DE1282037B - Blaehkanal-Waermetauscher - Google Patents

Description

• Blähkanal-Wärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher aus geschichteten, stellenweise miteinander verschweißten Blechen, deren unverschweißte Bereiche durch Einführen eines Druckmediums unter Bildung zweier getrennter Kanalsysteme aufgebläht sind, von denen ein Kanalsystern durch mechanische Bearbeitung stimseitig offene Kanäle aufweist, die quer zu den geschlossenen Kanälen liegen.
• Ein derartiger Wärmetauscher ist durch die USA.-Patentschrift 2 759 247 bekannt. Bei dieser Ausführung sind zwei Bleche stellenweise miteinander verschweißt und die durch Einfügen eines Trennmittels nicht miteinander verschweißten Bereiche durch Einführung eines Druckmittels aufgebläht, um dadurch auf einer Seite dieses Schichtbleches zwei voneinander unabhängige Kanalsysteme zu bilden. Das eine geschlossene Kanalsystem besteht aus parallel zueinander liegenden geradlinigen Kanälen, während das andere Kanalsystern quer zu den ersten Kanälen verlaufende und zwischen ihnen angeordnete blasenartige Erhebungen aufweist, deren Stirnseiten durch mechanische Bearbeitung geöffnet werden und deren Zentrum durch einen kleineren Kanal miteinander verbunden ist. Dieser kleinere Kanal dient nur zum Einführung des Druckmittels für das Blähen der durch die blasenartigen Erhebungen gebildeten Hohlräume. Derartige geblähte Schichtbleche werden als Wärmetauscherelemente verwendet, bei denen eine Luftkühlung durch die stirnseitig offenen Querkanäle erfolgen soll.
• Bei einem derartigen Wärmetauscher ist der Wärmeübergang ungünstig, da keine unmittelbaren Kontaktflächen beider Kanalsysteme vorhanden sind und deshalb für die von den Wänden der offenen Querkanäle an die durchstreichende Luft abgegebene Wärme der Leitweg von den geschlossenen Kanälen her sehr weit ist.
• Durch die USA.-Patentschrift 2 021995 sind ferner Wärmetauscher aus drei miteinander verschweißten Blechen bekannt. Diese Bleche sind durch Prägung vorgeformt und daraufhin miteinander verschweißt. Die durch die Prägung gebildeten Kanäle lassen ebenfalls keinen ausreichenden Wärmeübergang zu, zumal sie nur für niedere Drücke vorgesehen und geeignet sind. Bei diesen bekannten Wärmetauschern ist auf der einen Seite einer ebenen mittleren Platte ein geschlossenes schlangenlinienföriniges Kanalsystern vorgesehen, wohingegen auf der anderen Seite eine kesselbodenartig geformte Platte angeordnet ist, die einen über den ganzen Wärmetauscher reichenden Hohlraum umschließt. Dieser Hohlraum läßt im Vergleich zum zugehörigen Anschlußquerschnitt nur niedrige Geschwindigkeit des ihn durchströmenden Wärinetauschfluids zu und ermöglicht keine ausreichend geregelte Strömung, so daß der Wärmeübergang vom Fluid zu den Hohlraumwänden, oder umgekehrt, klein bleibt.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der zuerst angeführten bekannten Ausführungsforin zu beseitigen oder zumindest zu verringern und einen Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung zu schaffen mit besonders guter Wärmedurchgangswirkung durch Verkürzen der Wärmeleitwege im Blechmaterial bei einfacher und wenig aufwendiger Herstellmöglichkeit.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die beiden Kanalsysteme durch an sich bekannte stellenweise Verschweißung von drei Blechen beidseitig am ebenen mittleren Blech gebildet und sich wiederholt kreuzend ausgebildet sind, wobei das offene Kanalsystern eine zickzackartige Kanalführung aufweist und seine stirnseitigen öffnungen durch Beschneiden des Schichtblechrandes gebildet sind.
• Ein derartig ausgebildeter Wärmetauscher weist einen besonders guten Wirkungsgrad auf, weil durch wiederholtes kreuzweises überdecken der Kanalsysteme und die damit erreichten kurzen Wärmeleitwege ein sehr guter Wärmedurchgang erzielt wird, wobei der Aufwand zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscher wesentlich geringer als bei bekannten Methoden ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße Wärmetauscherkonstruktion geeignet, auch für hohe Drücke angewandt zu werden.
• Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das geschlossene Kanalsystern in an sich durch die USA.-Patentschrift 2 354 865 bekannter Weise in größere augenartige Hohlräume ausläuft, deren Wandungen zur Verbindung mit gleichartigen Wandungen weiterer Wärinetauscher zur Bildung von Wärmetauscherpaketen ausgebildet sind. Derartige Konstruktionen eignen sich im besonderen für Kraftfahrzeugkühler und ähnliche Wärmetauscher, bei denen es darum geht, das im geschlossenen Kanalsystem befindliche Medium durch Kühlluft abzukühlen.
• Es erweist sich schließlich als zweckmäßig, die aufgeblähten Wandteile des offenen Kanalsystems entlang ihrer Längsachse aufzuschlitzen, wie dies durch die USA.-Patentschrift 2 759 247 bereits bekanntgeworden ist. Diese Maßnahme eignet sich besonders dann, wenn eine möglichst große Oberfläche des Wärinetauschers gebildet werden soll, an welche Kühlluft gelangen kann, damit der Kühleffekt besonders wirkungsvoll wird.
• Wenngleich der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus allen Metallblechen hergestellt werden kann, die miteinander verschweißt und aufgebläht werden können, eignet sich im Sinne der Erfindung dennoch besonders die Anwendung von Leichtmetallblechen, insbesondere von Aluminiumblechen und Legierungen hiervon, weil bei diesem Material, wie bekannt, das Schweißen und Aufblähen mit besonderem Vorteil angewandt werden kam Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch drei miteinander verbundene Wärmetauscherelemente, F i g. 2 eine Vorderansicht auf ein Wärmetauscherelement mit Darstellung von getrennten Leitungskanälen, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-IH durch ein Wärmetauscherelement gemäß F i g. 1, F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV gemäß F i g. 3, F i g. 5 eine perspektivische Teilansicht eines Wärmetauscherelements, F i g. 6 einen Teilquerschnitt durch einen Kanal für das kühlende Medium mit aufgetrennter Kanalwand und F i g. 7 eine Teildraufsicht auf ein Wärinetauscherelement mit Vorrichtung zum Schlitzen der Kanalwandung.
• Das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 zeigt Wärmetauscherelemente, wie sie beispielsweise als Kühler für die Fahrzeugindustrie Verwendung finden können. Hierbei ist davon ausgegangen, daß das einzelne Element A, B, C aus drei Blechen 1, 2, 3 besteht, die nach einem bekannten Verfahren ursprünglich teilflächig miteinander durch Walzung oder Pressung fest verbunden werden, worauffiin durch Einführung eines Druckmediums der Hohlraurn 4 und die Kanäle 7 und 8 aufgebläht werden. Da dieses Verfahren an sich bekannt ist, bedarf es an dieser Stelle keiner näheren Beschreibung.
• Im Bereich der größeren Hohlräume 4 befinden sich Durchbrüche 6, die einerseits der Einführung des zu kühlenden Mediums in die Elemente A, B, C und andererseits der festen Verbindung dieser Elemente dienen. Das zu kühlende Medium gelangt durch die Hohlräume 4 in die vertikal verlaufenden Kanäle 7, in denen es nach unten strömt und durch die unteren Hohlräume 4 in das jeweils benachbarte Element gelangt.
• Die Kühlung dieses Mediums erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch Kühlluft, die einerseits durch die quer verlaufenden Kanäle 8 und andererseits durch die Zwischenräume 11 zwischen den einzelnen Elementen A, B, C hindurchgeleitet wird. Im vorliegenden Fall ist angenommen, daß die Kanäle 7 einerseits und die Kanäle 8 andererseits jeweils untereinander parallel verlaufen und daß die Kanäle 8 gegenüber den Kanälen 7 einen rechten Winkel bilden.
• Die Verbindung der Wärmetauscherelemente A, B, C kann im Sinne des Ausführungsbeispieles gemäß F i g. 1 durch Verbindungshülsen 9 erzielt werden, deren Ränder um die den Druchbruch 6 begrenzenden Wandstellen bebördelt werden. Um eine einwandfreie Dichtung zu erreichen, empfiehlt es sich, die Flächen 5 plan auszubilclen. An Stelle dieser Bördelverbindung kann naturgemäß auch eine Schweiß-oder Lötverbindung der einzelnen Elemente A, B, C durchgeführt werden.
• Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist eine Vorderansicht eines einzelnen Wärinetauscherelements A, B, C gezeigt, und zwar in der Ausbildung, die das Element nach der Aufweitung der Kanäle 7, 8 besitzt. Hierbei ist erkennbar, daß das Aufblähmittel, z. B. Wasser, durch die öffnung 12 und den Druckmediumkanal 14 zur Aufweitung des Hohlraums 4 und der Kanäle 7 und durch die öffnung 13 und den Druckmediumkanal 15 zur Aufweitung der Kanäle 8 in das Element eingeleitet wird.
• Es empfiehlt sich hierbei ' zunächst den einen Hohlraum 4 und die Kanäle 7 aufzuweiten, alsdann die Druckflüssigkeit dort unter Druck zu belassen, um daraufhin die anderen Kanäle 8 aufzuweiten. Dadurch wird erreicht, daß die mittlere Blechbahn 2 (vgl. F i g. 5) ihre ebene Lage beibehält und die Kanäle 7, 8 nach entgegengesetzten Richtungen einseitig aufgeweitet werden.
• Damit die kühlende Luft frei durch die Kühlkanäle 8 hindurchströmen kann, werden gemäß F i g. 2 die Ränder des einzelnen Elements A, B, C entlang der Linie 16 abgetrennt, so daß nunmehr die Kanäle 8 stimseitig offen sind (vgl. F i g. 5). Nunmehr wird die Einblasöffnung 12 für das Einführen des Druckmediums geschlossen, so daß die Kanäle 7 lediglich durch den Hohlraum 4 beschickt werden können. Weiterhin zeigt F i g. 2, daß es vorteilhaft ist, die einzelnen Kanäle 8 für die Hindurchleitung des kühlenden Mittels zickzackartig oder geschwungen auszubilden, damit das kühlende Medium einen möglichst langen Weg an den anderen vertikal verlaufenden Kanälen 7 vorbei beschreibt.
• In F i g. 3 ist nochmals die Lage der Kanäle 7 für die Hindurchführung des zu kühlenden Mediums gezeigt. Diese Figur stellt eine Draufsicht auf das verformte Blech 1 dar, falls dieses vom mittleren Blech 2 entfernt werden würde. Im Querschnitt der F i g. 4 ist zusätzlich die Lage der Kanäle 7 und 8, bezogen auf den Hohlraum 4, veranschaulicht. In F i g. 5 ist besonders erkennbar, daß vorteilhafterweise das mittlere Blech 2 stärker als die Randbleche 1, 3 ausgebildet sein kann.
• Darüber hinaus kann es im Sinne der Beispiele gemäß F i g. 6 und 7 vorteilhaft sein, die Wandungen der Kanäle 8 für das kühlende Medium entlang ihrer Längsachse nach der freien Seite offen auszubilden. Hierbei besteht im Sinne des Ausführungsbeispieles gemäß F i g. 7 die Möglichkeit, in die an den Stimseiten offenen Kanäle 8 ein Aufreißwerkzeug 52 einzuführen, das beim Bewegen entlang des einzelnen C Kanals 8 dessen Wandung an der Stelle 51 zerschneidet, so daß numnehr die Luft ungehindert von den Zwischenräumen 11 her (F i g. 1) an die Wandung 2 des Kanals 7 herantreten kann.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Wärmetauscher aus geschichteten, stellenweise miteinander verschweißten Blechen, deren unverschweißte Bereiche durch Einführen eines Druckmediums unter Bildung zweier getrennter Kanalsysteme aufgebläht sind, von denen ein Kanalsystem durch mechanische Bearbeitung stirnseitig offene Kanäle aufweist, die quer zu den geschlossenen Kanälen liegen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Kanalsysteme durch an sich bekannte stellenweise Verschweißung von drei Blechen (1, 2, 3) beidseitig am ebenen mittleren Blech (2) gebildet und sich wiederholt kreuzend ausgebildet sind, wobei das offene Kanalsystem (querliegende Kanäle 8) eine zickzackartige Kanalführung aufweist und seine stirnseitigen öffnungen durch Beschneiden des Schichtblechrandes gebildet sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Kanalsystem (Kanäle 7) in größere augenartige Hohlräume (4) ausläuft, deren Wandungen zur Verbindung mit gleichartigen Wandungen weiterer Wärmetauscher zur Bildung von Wärmetauscherpaketen eingerichtet sind. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeblähten Wandteile des offenen Kanalsystems entlang ihrer Längsachse aufgeschlitzt sind (F i g. 6). 4. Wärinetauscher nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich bekannter Weise aus Leichtmetallblechen besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 962 385; USA.-Patentschriften Nr. 2 859 509, 2 759 247, 2 759 246, 2 375 334, 2 354 865, 2 021995.