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Wärmeaustauscher mit in parallelen Reihen angeordneten flachen und
in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums kurzen Wärmeaustauschkörpern Die
Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, bei welchem die Wärme zwischen
der festen Oberfläche von Wärmeaustauschkörpem und einem strömenden gasförmigen
oder flüssigen Medium ausgetauscht wird und bei welchem die Wärmeaustauschkörper
aus flachen, in Strömungsrichtung kurzen Körpern bestehen, die parallel zueinander
und mit gleichen Abständen untereinander in mehr als zwei parallel zueinander und
schräg zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Reihen angeordnet sind. Sie
besteht im wesentlichen darin, daß die Wärmeaustauschkörper mit einem Anstellwinkel
angeordnet sind, der im Bereich des stumpfen, von der Strömungsrichtung des Mediums
und der Richtung der Reihen gebildeten Winkels liegt. Bekannt ist ein Dampfkessel-Speisewasservorwärmer
mit Vorwärmung des Wassers in Rippenrohren, die im Heizgasabzug des Kessels angeordnet
sind. Die Rippen der Vorwärmerröhren sind in der Heizstromrichtung schräg abfallend
angeordnet; die Steigung entspricht mindestens dem Böschungswinkel der Flugasche.
Eine gegenseitige Staffelung der Rippen der hintereinanderliegenden Röhren in Strömungsrichtung
ist nicht vorgesehen. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, ein Festsetzen der
Flugasche auf den Rippen zu verhindern und den Gasstrom nach unten abzulenken, um
den unteren Teil der Vorwärmerröhren für die Wärmeübertragung besser auszunutzen.
Ferner ist ein W ärmeaustauscher bekannt, bei dem das Medium durch im Querschnitt
rechteckige oder kreisförmige Kanäle strömt, deren einander gegenüberliegende Wände
durch mehrere parallel zueinander verlaufende Reihen in Strömungsrichtung kurzer
Platten miteinander verbunden sind. Die in der gleichen Reihe hintereinanderliegenden
Platten sind um ein so geringes Maß gegeneinander gestaffelt, daß keine zwei Platten
der gleichen Reihe zur Deckung miteinander kommen. Diese Anordnung besitzt den Mangel,
daß die jeweils in Strömungsrichtung folgende Platte im Strömungsschatten der vorhergehenden
Platte der gleichen Reihe liegt. Das strömende Medium wird also nur unvollkommen
von der vorderen Stirnfläche der Platten gespalten, vielmehr sind zwischen den einzelnen
Reihen der Platten freie Durchflußquerschnitte vorhanden, deren Breite dem gegenseitigen
Abstande der Reihen entspricht. Die Wirkung solcher kurzer Platten ist also kaum
von denen unterschiedlich, die in Strömungsrichtung genau hintereinanderliegen,
zumal die kurzen Platten parallel zur Strömungsrichtung bzw. in Kanalrichtung verlaufen.
Das Medium folgt daher in Richtung der freienDurchflußquerschnitte und wird dabei
seitlich abgelenkt. Dies kann, besonders bei Kanälen mit Kreisringquerschnitt, wo
eine Drallbewegung entsteht, zu einer Erhöhung des Druckverlustes führen. Der Wärmeübergang
wird also durch die geschilderten Umstände ungünstig beeinflußt. Durch den erfindungsgemäßen
Anstellwinkel der Wärmeaustauschkörper werden diese Mängel beseitigt. Das Medium
kann nicht mehr den schrägverlaufenden freien Durchflußquerschnitten zwischen den
Reihen der Wärmeaustauschkörper folgen, sondern wird immer wieder durch die Anstellung
der letzteren in die Ursprungsströmungsrichtung zurückgezwungen. Dabei werden die
dem zufließenden Medium zugekehrten Stirnflächen der Wärmeaustauschkörper in einer
für den Wärmeübergang sehr günstigen Weise von dem Medium beaufschlagt, der Druckabfall
wird dabei sehr gering gehalten.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Wärmeaustauschkörper, die in
geradlinig verlaufenden Reihen angeordnet sind. Mit den gleichen Vorteilen können
z. B. die Reihen in Spirallinien verlaufen, die auf den Krümmungsmittelpunkt der
Strömungsbahn zulaufen. Es kommt hierbei auf den Bau des Wärmeaustauschers an. Ferner
können die Wärmeaustauschkörper nach der Erfindung aus allen geeigneten Werkstoffen
bestehen. Werden sie z. B. von Blechstreifen gebildet, was den Vorteil hat, daß
sie sehr dünn gehalten werden können, so können sie gemäß der Erfindung, in Strömungsrichtung
gesehen, gekrümmt sein, um ihnen die notwendige Steifigkeit zu geben. Außerdem kann
dadurch die Ablenkwirkung erhöht werden, was auch für andere Werkstoffe als Blech
gilt. Es gehört weiter zur Erfindung, die Wärmeaustauschkörper von Streifen zu bilden,
die in Blechrippen
durch senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende
Einschnitte erzeugt und jalousieartig abgebogen sind. Eine solche Fertigungsmethode
ist an sich bekannt, jedoch nur bei Wärmeaustauschern, die in Strömungsrichtung
des Mediums lediglich eine einzige Reihe von kurzen, auf die geschilderte Weise
hergestellten Wärmeaustauschkörpern besitzen. Der Wärmeübergang ist bei derartigen
Konstruktionen im allgemeinen unzureichend.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele
noch näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt das Schema von flachen Wärmeaustauschkörpern,
die in zwei Gruppen angeordnet sind; Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellung Wärmeaustauschkörper,
die die Strömungsrichtung des Mediums ändern; Fig. 3 zeigt wiederum in dieser Darstellung
gekrümmte Wärmeäustauschkörper; Fig. 4 zeigt im Seitenschnitt und Fig. 5 in geschnittener
Aufsicht Wärmeaustauschkörper in ihrer Anordnung auf Tragkörpern; Fig. 6 zeigt eine
solche Gesamtanordnung in einem Kanal; Fig. 7 bis 9 zeigen die drei Ansichten eines
Lamellenkörpers mit mehreren Reihen von treppenartig gestaffelten Wärmeaustauschkörpern;
Fig. 10 zeigt ein Blechband, aus welchem der Lamellenkörper nach Fig. 7 bis 9 hergestellt
wird; Fig. 11 und 12 zeigen den Vorder- und Seitenschnitt einesWärmeaustauschelementes
aus Lamellenkörpern nach Fig. 7 bis 10; Fig. 13 zeigt einen ähnlichen Lamellenkörper
wie Fig. 7 bis 9 im Schnitt.
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Die Wärmeaustauschkörper sind in den Figuren mit 1 bezeichnet und
in mehreren parallel zueinander und schräg zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden
Reihen angeordnet. Sie besitzen untereinander gleiche Abstände. Ihre Länge in Strömungsrichtung
ist mit b bezeichnet und ihr gegenseitiger Abstand quer zur Strömungsrichtung mit
s. Durch die Staffelung der Wärmeaustauschkörper in Strömungsrichtung ergeben sich
schrägverlaufende Durchtrittsquerschnitte von der Breite 7. Der Staffelwinkel, d.
h. der Winkel zwischen der Strömungsrichtung und den schrägverlaufenden Durchtrittsquerschnitten,
ist mit 6 angegeben. Gemäß der Erfindung besitzen die Wärmeaustauschkörper 1 einen
Anstellwinkel 13. Dadurch wird der Gefahr, daß die Strömung in Richtung des Staffelwinkels
6 abgelenkt wird, weil das Medium hier durchgehende Kanäle 7 vorfindet, vorgebeugt.
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Die Größe des Anstellwinkels 13 ist so bemessen, daß die Strömung
die Eintrittsrichtung bzw. die mittlere Richtung der Stromlinie 4 beibehält. Zumal
wenn die Einzelwiderstände an den Wärmeaustauschkörpern 1 klein gehalten werden,
wenn also die Wärmeaustauschkörpereine strömungsgünstige Formerhalten, lassen sich
mit der mehrreihigen Anordnung nach der Erfindung besonders geringe Druckabfälle
erzielen.
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Bei Richtungsänderungen des strömenden Mediums werden die Wärmeaustauschkörper
1 auf gekrümmte Stromlinien 4 (Fig. 2) mit einem zum Krümmungsmittelpunkt 14 geneigten
Staffelwinkel 6 angeordnet. Der Anstellwinkel wird entsprechend der gewünschten
Ablenkung bemessen. Die Wärmeaustauschkörper sind tangential zu den Stromlinien
4 angeordnet. Auch durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Strömung verlustarm
ist. Um den die Wärmeaustauschkörper 1 bildenden Blechstreifen, die unter Umständen
-sehr dünn und in Strömungsrichtung kurz sind, eine hohe Steifigkeit zu verleihen
und um auch die Ablenkwirkung zu erhöhen, werden die Blechstreifen 1 in Strömungsrichtung
gebogen ausgebildet (Fig. 3).
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen die Anbringung der Wärmeaustauschkörper 1
an Trägerprofile. Diese bestehen aus Rohren ovalen Querschnitts 15, auf welche Blechrippen
16 aufgepreßt sind. Durch Schlitzen werden die Blechrippen 16 in eine Mehrzahl von
senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Blechstreifen aufgeteilt, welche die
Wärmeaustauschkörper 1 bilden. Um die erfindungsgemäße Anordnung zu erreichen, werden
diese Blechstreifen jalousieartig abgebogen, und zwar um die Summe 17 aus Staffelwinkel
+ Anstellwinkel. Die Blechrippen 16 werden durch entsprechendes Schrägstellen des
ganzen Elementes oder durch geneigtes Aufpressen auf die Rohre 15 um den Staffelwinkel
6 zur Strömung geneigt eingebaut (Fig. 4 bis 6).
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Die Fig. 7 bis 9 zeigen einen Lamellenkörper mit Reihen aus Blechstreifen,
der aus einem beliebig langen Blechband ohne Materialverschnitt hergestellt ist.
Dieses Blechband wird gemäß Fig. 10 mit den Einschnitten 20 versehen, so daß die
Stege 18 und 19 stehenbleiben und die die Wärmeaustauschkörper bildenden Blechstreifen
1 entstehen. Die Blechstreifen 1 werden derart abgebogen, daß sich gemäß Fig. 9
die Stege 18 und 19 wechselweise an den beiden Seiten des Lamellenkörpers befinden,
also hier die Stege 19 an der linken Seite und die Stege 18 an der rechten Seite.
Die einzelnen Blechstreifen 1 werden nach dem Biegen des Blechbandes zu dem gewünschten
Anstellwinkel 13 abgebogen. Weiterhin können die Stege sowohl die Form für eine
treppenartig gestaffelte Anordnung gemäß Fig. 8 als auch eine gebogene Form nach
Fig. 13 haben, wobei bei letzterer eine Richtungsänderung des strömendenMediums
bewirkt wird.
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Die Fig. 11 und 12 zeigen Wärmeaustauschelemente, bei denen Lamellenkörper
21 gemäß Fig. 7 bis 9 einseitig bzw. auch beiderseits mit Trägern 22 verbunden sind.