DE1501489A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
Olof _Cardelli Ingenieur, 1501489Olof _Cardell i engineer, 1501489
Sollentuna, SchwedenSollentuna, Sweden
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher mit einander gegenüberliegenden Blechen, die paarweise Kanäle für im Wärmeaustausch stehende Mittel bilden, wobei die Bleche verhältnismässig nahe einander liegen, sodass zwischen ihnen enge Kanäle gebildet werden. Die Bleche sind gewöhnlich so zusammengesetzt, dass ein Wärmeaustauschmittel zwischen jedem zweiten Blechpaar und ein anderes Mittel zwischen den anderen Blechpaaren strömen kann. Zweck der Erfindung ist die Ausbildung eines Wärmeaustauschers der angegebenen Art, der verhältnismässig hohen und gegebenenfalls stark schwankenden Drücken widerstehen kann.The invention relates to heat exchangers with opposing plates, the pairs of channels for Form standing in heat exchange means, the sheets are relatively close to each other, so that between them narrow channels are formed. The sheets are usually assembled so that there is a heat exchange medium between each second pair of sheets and another means can flow between the other pairs of sheets. The purpose of the invention is training a heat exchanger of the specified type, which withstand relatively high and possibly strongly fluctuating pressures can.
Erfindungsgemäss sind die Bleche paarweise durch Ab- 'According to the invention, the sheets are paired by Ab- '
standhalter miteinander verbunden, die an gekrümmten Flächen durch elektrisches Widerstandsschweissen mit dem Blechen fest vereinigt sind, wobei der Krümmungsradius dieser Flächen gleich oder grosser ist als der halbe Abstand zwischen den Blechen, die durch die Abstandhalter miteinander verbunden sind. Durch die angegebene Ausbildung der Abstandhalter und ihre Verbindung mit gegenüberliegenden Blechen sind die Voraussetzungen für eine wirksame Verbindung der Bleche miteinander gegeben, wodurch eine stabile und dauernd haltbare Konstruktion geschaffen wird. Es hat stand holder connected to each other, which are firmly united on curved surfaces by electrical resistance welding with the sheet metal, the radius of curvature of these surfaces is equal to or greater than half the distance between the sheets that are connected to each other by the spacers. The specified design of the spacers and their connection with opposing metal sheets are the prerequisites for an effective connection of the metal sheets with one another, whereby a stable and permanently durable construction is created. It has
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sich in der Fraxis gezeigt, dass die Ausbildung der Abstandhalter von grösster Bedeutung für eine wirksame Schweissverbindung an den gegenüberliegenden Blechen des Wärmeaustauschers ist, und zwar besonders dann, wenn der Abstand zwischen den Blechen klein ist. Wenn nähmlich die Abstandhalter keine günstige Form an den Schweissstellen haben, so entstehen beim Schweissen Funken und geschmolzenes Metall spritzt um die Schweissstelle herum. Dieses geschmolzene Metall haftet an den Blechen desshown in Fraxis that the training of the spacer is of the greatest importance for an effective welded connection on the opposite plates of the heat exchanger, and especially when the distance between the sheets is small. If namely the spacers are not a favorable shape have at the welding points, sparks are created during welding and molten metal splashes around the welding point hereabouts. This molten metal sticks to the sheet metal of the
W Wärmeaustauschers und kann eine Korrosion und einen erhöhten W heat exchanger and can cause corrosion and increased
Strömungswiderstand für das Heizmittel verursachen. In diesem Zusammenhang liegt auch das Problem vor, dass ein Abstandhalter, der eine zu kleine Masse hat, beim Einschalten des Schweissstroms mehr oder weniger vollständig schmilzt, wobei natürlich der gewünschte Blechabstand nich erzielt werden kann. Bei einem Blechabstand von beispielsweise weniger als 1 bis 2 mm sind zum Beispiel Abstandhalter in Form von Kugeln unbrauchbar, daCause flow resistance for the heating medium. In this context, there is also the problem that a spacer, which has too small a mass, more or less completely melts when the welding current is switched on, whereby of course the desired sheet metal spacing cannot be achieved. With a sheet metal spacing of, for example, less than 1 to 2 mm For example, spacers in the form of balls are useless because
k sie für die elektrische Widerstandsschweissung eine zu kleinek it is too small for electrical resistance welding
Masse haben. Der Krümmungsradius einer Kugel ist an den Berührungsstellen mit den Blechen konstant und gleich dem halben Blechabstand. Die Verwendung einen Abstandhalters mit gekrümmter Berührungsfläche bei kleinem Blechabstand setzt voraus, dass er eine grössere Masse hat als eine entsprechende Kugel. In diesem Fall soll daher der Abstandhalter eine Krümmungsradius haben, der grosser ist als der halbe Blechabstand.Have mass. The radius of curvature of a sphere is constant at the points of contact with the metal sheets and is equal to half that Sheet spacing. The use of a spacer with a curved contact surface with a small sheet metal spacing assumes that it has a greater mass than a corresponding sphere. In this case, the spacer should therefore have a radius of curvature that is larger than half the sheet metal spacing.
Abstandhalter in Form von Kugeln haben den Vorteil,Spacers in the form of balls have the advantage
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dass sie leicht an ihren Stellen anzubringen sind und nicht gerichtet zu werden brauchen, wie es bei Abstandhaltern in Form von Stäben der Fall ist, deren Stirnflächen mit den Blechen verbunden sind.that they are easy to attach in their places and do not need to be straightened, as is the case with spacers in the form of rods is the case, the end faces of which are connected to the sheets.
Besondere Vorteile ergeben sich bei Abstandhaltern in Form von Drahtstücken, die in Reihen zwischen den Blechen angeordnet sind und bei grösseren Blechabständen zylindrisch sein können, bei kleineren Blechabständen dagegen einen ovalen, beispielsweise elliptischen Querschnitt haben sollen und derart zwischen den Blechen angebracht sind, dass die Nebenachse der Ellipse einen rechten Winkel mit den Blechebenen bildet. Derartige Abstandhalter können eine geeignete Masse haben, sodass beim Schweissen ein gutes Wärmegleichgewicht besteht, denn ihre Masse lässt sich leicht durch geeignete Wahl der Länge der Drahtstücke den Erfordernissen anpassen. Ein kleiner Blechabstand und eine entsprechend kleine Nebenachse des elliptischen Drahtquerschnittes lässt sich somit durch eine entsprechend (Special advantages result from spacers in the form of pieces of wire which are arranged in rows between the metal sheets and are cylindrical in the case of larger sheet metal spacings can, on the other hand, should have an oval, for example elliptical, cross-section with smaller sheet metal spacings and such are attached between the sheets so that the minor axis of the ellipse forms a right angle with the plane of the sheet. Such spacers can have a suitable mass, so that There is a good thermal equilibrium when welding, because its mass can easily be determined by a suitable choice of the length of the Adapt wire pieces to requirements. A small sheet metal spacing and a correspondingly small minor axis of the elliptical Wire cross-section can thus be determined by a corresponding (
grössere Länge des Drahtstückes ausgleichen. Genaue Abmessungen der Abstandhalter ergeben sich bei Verwendung eines kalibrierten Drahtes, der sehr enge Toleranzen und daher eine hohe Massgenauigkeit hat.Compensate for the greater length of the piece of wire. Exact dimensions of the spacers are obtained when using a calibrated wire, which has very tight tolerances and therefore high dimensional accuracy.
Die Festigkeit und Massgenauigkeit des Wärmeaustauschers lässt sich auch durch zweckmässige Verbindung der Blechkanten und Ausbildung der miteinander verbundenen Blechränder beeinThe strength and dimensional accuracy of the heat exchanger can also be achieved by connecting the sheet metal edges appropriately and formation of the interconnected sheet metal edges flussen. Ausführungsbeispiele sind im Folgenden unter Hinweisrivers. Embodiments are noted below
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auf die Zeichnungen beschrieben.described on the drawings.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines erfindungsgemäss ausgebildeten Wärmeaustauschers. Die * Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abstandhalters in Seitenansicht, Endansicht bzw. Seitenansicht senkrecht zu Fig. 2. Die Fig. 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abstandhalters in Seitenansicht und Endansicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel fc in Seitenansicht und Endansicht. Fig. 9 zeight ein viertes Ausführungsbeispiel des Abstandhalters. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines Randteiles des Wärmeaustauschers und Fig. 11 einen ähnlichen Ausschnitt nach einem anderen Ausführungsbeispiel. Die Fig. 12 und 13 zeigen perspektivische Ansichten von Ausschnitten des Wärmeaustauschers gemäss weiteren Ausführungsbeispielen. Fig. 14 zeigt, wie die Abstandhalter an den Blechen angeschweisst werden können.1 shows a perspective view of a section of a heat exchanger designed according to the invention. The * 2, 3 and 4 show a first embodiment of a spacer in side view, end view and side view, respectively, perpendicular to Fig. 2. Figs. 5 and 6 show a second embodiment of a spacer in side view and end view. 7 and 8 show a third embodiment fc in side view and end view. 9 shows a fourth embodiment of the spacer. Fig. 10 shows a perspective view of a section of an edge part of the heat exchanger and FIG. 11 shows a similar section according to another exemplary embodiment. Figs. 12 and 13 show perspective Views of sections of the heat exchanger according to further exemplary embodiments. Fig. 14 shows how the Spacers can be welded to the sheets.
Mit 1, 2, 3 und 4 sind Teile von parallelen, einander gegenüberliegenden Blechen in einem Wärmeaustauscher bezeichnet. Zwischen den Blechen befinden sich enge, flache Kanäle 5, 6, 7 für im Wärmeaustausch stehende Mittel. Der dargestellte Wärmeaustauscher ist ein Kreuzstromaustauscher, in dem das eine Mittel in Richtung der F feile 8 durch die Kanäle 5 und 7 und das andere Mittel in Richtung der Ffeile 9 durch den Kanal 6 strömt.With 1, 2, 3 and 4 are parts of parallel, each other opposite sheets in a heat exchanger called. There are narrow, flat channels 5, 6, 7 between the sheets for means in heat exchange. The heat exchanger shown is a cross-flow exchanger in which one Means in the direction of the file 8 through the channels 5 and 7 and the other means in the direction of the file 9 through the channel 6 flows.
Andere Strömungsrichtungen sind möglich, wie Gegenstrom und Gleichstrom. Die Bleche werden paarweise durch Abstandhalter zu-Other directions of flow are possible, such as countercurrent and cocurrent. The sheets are joined in pairs by spacers
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samrnengehalten, die auch den gewünschten Blechabstand bestimmen. Zwischen dem Blechpaar 1, 2 sind Abstandhalter 10 und zwischen den Blechen 3, 4 Abstandhalter 10' reihenweise angeordnet. Dagegen sind im Kanal 6 zwischen den Blechen 2 und 3 kleine Abstandhalter angebracht. Statt dessen könnten in jedem Kanal Abstandhalter vorgesehen sein. Die Abstandhalter bestehen aus Drahtstücken, die in Fig. 2-4 einen elliptischen und in Fig. 5-9 einen kreisrunden Querschnitt haben. Bei elliptischem Querschnitt sind die Abstandhalter so zwischen den Blechen gerichtet, dass, wie Fig. 1 zeigt, die Nebenachse der Ellipse mit den Blechebenen einen rechten Winkel bildet.held together, which also determine the desired sheet metal spacing. Between the pair of sheets 1, 2 are spacers 10 and between the sheets 3, 4 spacers 10 'arranged in rows. In contrast, are in the channel 6 between the sheets 2 and 3 small spacers attached. Instead, spacers could be provided in each channel. The spacers exist from pieces of wire which in Fig. 2-4 have an elliptical and in Fig. 5-9 a circular cross-section. With an elliptical cross-section the spacers are so directed between the sheets that, as Fig. 1 shows, the minor axis of the ellipse with the Sheet metal planes form a right angle.
Die angegebenen Formen der Abstandhalter sind besonders vom Gesichtspunkt des Schweissens vorteilhaft. Die Drahtstücke nehmen leicht die zum Widerstandsschweissen günstigste Lage ein, und zwar sind bei Drahtstücken mit elliptischem Querschnitt die Nebenachsen senkrecht zu den Blechen gerichtet, was eine stabile Lage ergibt. Dies gilt auch für die in Fig. 7, 8 und 13 gezeigten tablettförmigen Abstandhalter. Sie kehren eine bogenförmige gleichmässige Fläche der Blechseite zu, an die sie anzuschweissen sind, sodass die Gefahr der Bildung von Funken und herumspritzenden Tropfen aus geschmolzenem Metall sehr gering ist, Bei der Widerstandsschweissung kann ein gutes Wärmegleichgewicht aufrechterhalten werden, weil die Masse der Drahtstücke durch entsprechende Wahl des Durchmessers und/oder der Länge leicht den gewünschten Wert erhalten kann. Da die The specified shapes of the spacers are particularly advantageous from the point of view of welding. The wire pieces easily assume the most favorable position for resistance welding, namely in the case of wire pieces with an elliptical cross section, the secondary axes are directed perpendicular to the metal sheets, which results in a stable position. This also applies to the tray-shaped spacers shown in FIGS. 7, 8 and 13. They turn a curved, even surface of the sheet metal side to which they are to be welded, so that the risk of sparks and splashing drops of molten metal is very low Choice of diameter and / or length can easily get the desired value. Since the
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Masse der Abstandhalter vom Gesichtspunkt des Schweissens am · günstigsten ist, kann das fertige Erzeugnis eine hohe Massgenauigkeit haben. Ferner können die Abstandhalter so befestigt werden, dass sie dem Strom des Arbeitsmittels (Pfeile 8) in den Kanälen zwischen den durch die Abstandhalter miteinander verbundenen Blechen eine gleichmässig abgerundete Fläche zukehren, sodass der Strömungswiderstand im Wärmeaustauscher niedrig gehalten werden kann. Dies lässt sich ferner dadurch verbessern, dass die Abstandstücke vom drahtförmigen Ausgangsmaterial so abgetrennt, beispielsweise abgeschnitten werden, dass sie abgerundete Stirnflächen haben, wie dies Fig. 2 und 4 erkennen lässt.Dimensions of the spacers from the point of view of welding on is cheapest, the finished product can have a high degree of dimensional accuracy. Furthermore, the spacers can be attached in such a way that that they the flow of the working medium (arrows 8) in the channels between the interconnected by the spacers Sweep up an evenly rounded surface so that the flow resistance in the heat exchanger can be kept low. This can also be improved in that the spacers are separated from the wire-shaped starting material, for example cut off, so that they have rounded end faces, as can be seen in FIGS. 2 and 4.
Die Abstandhalter werden durch elektrisches Widerstandsschweissen befestigt, wobei man von Blechstreifen ausgehen kann, zwischen denen die Abstandhalter in Reihen angeordnet und alle Abstandhalter einer Reihe gleichzeitig angeschweisst werden. Wie Fig. 14 zeigt, werden Elektroden la und 2a an die Aussenseiten der Bleche 1 bzw. 2 dem Abstandhalter 10 gegenüber angepresst, wobei ein elektrischer Strom von der einen Elektrode über das eine Blech» den Abstandhalter 10 und das andere Blech zur anderen Elektrode flieset. An den Berührungsstellen zwischen dem Abstandhalter und den Blechen schmilzt das Metall an den ' einander berührenden Teilen so stark, dass wie beim üblichen elektrischen Widerstandsschweissen eine feste Verbindung entsteht.The spacers are attached by electrical resistance welding, whereby one can assume sheet metal strips, between which the spacers are arranged in rows and all spacers in a row are welded on at the same time. As FIG. 14 shows, electrodes 1 a and 2 a are on the outside of the metal sheets 1 and 2, respectively, opposite the spacer 10 pressed, with an electric current from one electrode via one sheet »the spacer 10 and the other sheet flows to the other electrode. At the points of contact between the spacer and the sheets, the metal melts on the ' touching parts so strongly that as with the usual electrical resistance welding creates a solid connection.
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eignen sich für grosse Blechabstände, während bei kleinen Blechabständen die Kugeln eine zu kleine Masse haben und daher die Gefahr vorliegt, dass sie ganz schmelzen können. In diesen Fällen sind Tabletten nach Fig. 7, 8 und 13 oder Drahtstücke nach Fig. 2-6 geeigneter Länge vorzuziehen.are suitable for large sheet metal gaps, while with small sheet metal gaps the balls have too small a mass and therefore the There is a risk that they can melt completely. In these cases tablets according to FIGS. 7, 8 and 13 or pieces of wire to be preferred according to Fig. 2-6 of suitable length.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen, in denen die Abstandhalter die Form von Drähten mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt haben, steht jeder Abstandhalter vor dem Schweissen in Linienberührung mit den beiden Blechen. Beim \ In the exemplary embodiments shown, in which the spacers are in the form of wires with a circular or oval cross-section, each spacer is in line contact with the two metal sheets prior to welding. At \
Schweissen schmilzt das Metall an diesen Berührungslinien die in Flächen übergehen, an denen die Schweissnaht gebildet wird. Dank der Form des Abstandhalters hat diese Schweissnaht eine sehr hohe Festigkeit. Zweckmässig werden alle Abstandhalter ein und derselben Querreihe gleichzeitig angeschweisst, wobei die Bleche vor der Schweissstelle auseinandergehalten werden.Welding melts the metal at these lines of contact merge into areas where the weld seam is formed. Thanks to the shape of the spacer, this weld seam has a very high strength. It is practical if all the spacers in the same transverse row are welded on at the same time, with the sheets are held apart in front of the welding point.
Die Bleche sind nicht nur durch die Abstandhalter, sondern auch unmittelbar an den Seiten des Wärmeaustauschers paarweise miteinander verbunden. Diese Verbindung kann in beliebiger geeigneter, gegebenenfalls an sich bekannter Weise ausgebildet werden. Zwei vom Gesichtspunkt des Schweissens besondere vorteilhafte Ausbildungen sind in Fig. 10 und 11 gezeigt, welche die Verbindung auf einer Seite des Wärmeaustauschers zeigen. Eine ähnliche Verbindung kann auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein. Die vier Bleche 1, 2, 3,The sheets are not only through the spacers, but also directly on the sides of the heat exchanger connected in pairs. This compound can be used in any suitable manner, optionally known per se be formed. Two embodiments which are particularly advantageous from the point of view of welding are shown in FIGS. 10 and 11, which show the connection on one side of the heat exchanger. A similar connection can be provided on the opposite side. The four sheets 1, 2, 3, sind paarweise derart miteinander verbunden, dass die Blecheare connected in pairs in such a way that the sheets
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1 und 2 gemäss Fig, 10 an den Rändern zueinander gebogen und durch eine Schweissnaht 11 miteinander vereinigt sind. In gleicher Weise sind die Bleche 3 und 4 durch eine Schweissnaht 11' miteinander verbunden. Die Bleche 1 und 2 bilden daher gegenüberliegende Seiten eines flachen Hohlkörpers. Dasselbe gilt für die Bleche 3 und 4. Die Hohlkörper sind miteinander durch Abstandhalter 10 verbunden, während sie im Inneren keine Abstandhalter haben. Mit Hilfe von weiteren Abstandhaltern 10' können1 and 2 according to FIG. 10 bent towards one another at the edges and are united with one another by a weld 11. In the same The sheets 3 and 4 are connected to one another by a weld seam 11 '. The sheets 1 and 2 therefore form opposite one another Sides of a flat hollow body. The same applies to the sheets 3 and 4. The hollow bodies are connected to one another by spacers 10 while they have no spacers inside. With the help of further spacers 10 'can
* die gezeigten Hohlkörper mit weiteren, darüberliegenden und darunterliegenden Hohlkörpern verbunden werden. Die Längerichtung der Abstandhalter 10, 10' liegt senkrecht zu den miteinander verbundenen Längskanten der Hohlkörper, also senkrecht zu den Schweissnähten 11, 11'. Die Abstandhalter kehren daher ihre abgerundeten Seiten der durch die F feile 9 angedeuteten Strömungsrichtung zu. * the hollow bodies shown are connected to other hollow bodies above and below. The longitudinal direction of the spacers 10, 10 'is perpendicular to the interconnected longitudinal edges of the hollow bodies, that is, perpendicular to the weld seams 11, 11'. The spacers therefore turn their rounded sides in the direction of flow indicated by the file 9.
Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 zeigt vierThe embodiment according to FIG. 11 also shows four
) Bleche 21, 22, 23 und 24, die paarweise durch Abstandhalter) Sheets 21, 22, 23 and 24, the pairs by spacers
miteinander verbunden sind, und zwar durch Abstandshalter 10 zwischen den Blechen 21 und 22 und Abstandhalter 10' zwischen den Blechen 23 und 24. Alle Blechränder sind in derselben Richtung gebogen und so aneinandergeschweisst, dass die Kante 25 eines Bleches sich auf die konvexe Seite 26 eines benachbarten Bleches stützt. Dadurch ergibt sich eine steife Konstruktion, in der die Schweissverbindungen an den Seiten dee Wärmeaustauschers leicht herzustellen sind. Zum Unterschied vonare interconnected by spacers 10 between the sheets 21 and 22 and spacers 10 'between the sheets 23 and 24. All sheet metal edges are bent in the same direction and welded together so that the edge 25 of a sheet is based on the convex side 26 of an adjacent sheet. This results in a stiff construction, in which the welded joints on the sides of the heat exchanger are easy to manufacture. In contrast to
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den SchweisBverbindungen an den Berührungestellen zwischen den Abstandhaltern und den Blechen wird die Verbindung an den Seiten vorzugsweise durch Elektrodenschweissung hergestellt, wobei vor dem Schweissen Zusatzmaterial verwendet wird.the welded connections at the points of contact between the Spacers and the metal sheets, the connection on the sides is preferably made by electrode welding, where additional material is used before welding.
Besonders breite Hohlkörper lassen sich gemäss Fig. 12 dadurch herstellen, dass zwei oder mehrere Blechstreifen 28, 29 mit hochgebogenen Rändern 30, 31 versehen werden, die aneinandergeschweisst werden, wobei im Hohlraum Abstandhalter 32 angebracht werden, die in bereits beschriebenen Weise feetgeschweisst werden.Particularly wide hollow bodies can be made according to FIG produce in that two or more sheet metal strips 28, 29 are provided with upturned edges 30, 31 which are welded to one another, spacers 32 being attached in the cavity, which are foot-welded in the manner already described will.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abstandhalter können innerhalb der flachen Hohlkörper angebracht werden, die Kanäle für ein oder mehrere der im Wärmeaustausch stehenden Mittel bilden, und/ oder ausserhalb der Hohlkörper. Es können also sämtliche Bleche durch Abstandhalter miteinander verbunden sein.The invention is not limited to the illustrated embodiments limited. The spacers can be attached inside the flat hollow body, the channels for one or form several of the means in heat exchange, and / or outside the hollow body. So it can be all sheets be connected to each other by spacers.
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