DE1960947A1

DE1960947A1 - Waermeaustauscher mit durch Abstandstuecke miteinander verbundenen Wandpaaren

Info

Publication number: DE1960947A1
Application number: DE19691960947
Authority: DE
Inventors: Olof Cardell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-12-04
Publication date: 1970-07-09
Also published as: BE743016A; FR2025989A7

Description

Wärmeaustauscher mit durch Abstandstücke miteinander verbundenen Wandpaaren

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher mit einander gegenüberliegenden Wänden, die paarweise Kanäle für die Wärmeaustauschmittel bilden, vofeei die Wände in jedem zweiten Paar durch Abstandstücke miteinander verbunden sind. Es sind hier besonders Wärmeaustauscher beabsichtigt, bei denen die Wände verhältnismässig nahe aneinander liegen, so dass flache Kanäle zwischen ihnen gebildet werden. Die Wände sind im allgemeinen so zusammengestellt, dass das eine Wärmeaustauschmittel zwischen jedem zweiten Wandpaar und das andere Wärmeaustauschmittel zwischen den anderen Wandpaaren strömen kann. Zweck der Erfindung ist es, den Wänden eine derart gewellte Form zu geben, dass die Wärmeübertragung vom einen Mittel zum anderen verbessert wird·

Es ist bekannt, die Wände von Wärmeaustauschern mit Wellen oder Falten auszubilden, aber dabei haben die Kämme oder höchsten Teile der Wellen als Abstandsglieder gedient oder Teile solcher Abstandsglieder gebildet. Solche Wärmeaustauseher haben den Nachteil, dass sie hohe Drücke nicht ertragen können, weil die gegenseitige Verbindung der Wände, g.B. durch Schweissen, zu einer Schwächung der die Wände gewöhnlich bildenden dünnen Bleche geführt hat. Die Wärmeübertragung durch die Wände war ferner nicht befriedigend.

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Die Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die Wände in einem Wärmeaustauscher wellenförmig sind und die Wellen der Wände miteinander durch Abstandstücke verbunden sind, wobei die Fände mit den Wellenkämmen einer Wand gegenüber den Wellentälern der anderen ¥enö angeordnet sind, so dass die Kanäle zwischen diesen Wänden eine veränderliche Höhe haben. Die Höhe des Kanals ist vorzugsweise am gross ten an den Stellen der Reihen von Abstand stücken und am kleinsten,in der Mitte zwischen zwei naheliegenden Reihen von Abstand stücken.

Da die Wellenkämme der gewellten Wände Ir jedem Paar gegenüber den Wellentälern liegen, wird das senkrecht oder annähernd senkrecht zu den Wellen steinende Wär&ieaustauschicittel äureh einen sich abwechselnd erweiternden unü ^erjtfcgesiss Kanal stro> men_s wodurch die Strömung turbulent ^iK unu. Mtshsl' bildet₉ die öle iCäraisttbertrsgyiig wesentlich verbessere

Die Erfindung" eignet sich besonders gut für Ivärissays tauscher mit WInden₅ die paarweise flache Rohre bilden^ welche mit dem einen Ende in der einen Endwand urfi mit dem anderen Ende in der anderen Endwand eines rohrförmigen Gehäuses eingesetzt sind* Die Äfostandstücke sind dann vorzugsweise in querverlaufenden Beihen in den Rohren angeordnet, während die Wellenkämme .und Wellentäler der Rohrwände vorzugsweise in der Querrichtung der Rohre verlaufen. In Wärmeaustauschern dieser Art strömt das eine Wärmeaustauschmittel von einem Einlass bei der einen Endwand des Gehäuses durch die Rohre und durch einen Auslass bei der anderen Endwand des Gehäuses hinaus, sancl es ist also in diesen Rohren, dass die Höhe des Rohres von einem Kleinst^ wert in der Mitte zwischen zwei Abstandstückreilieti onö einem Grösstwert an den Stellen der Abstandstüekreinem schwankt· Die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeaustauschmittels innerhalb der Rohre wird deshalb auch schwanken und wird sm. grössten zwischen den Abstand stücken urd in der Regel am geringsten in der Nähe der Abstandstücke.

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BAD ORIGINAL

Die Erfindung umfasst auch eine Ausführungsform, bei der die Seitenwände mit Erhebungen und Vertiefungen versehen sind, wobei die höchsten Stellen derselben sich an den Verbindungsstellen zwischen den Seitenwänden und den Abstandstücken befinden, während die tiefsten Stellen ungefähr in der Mitte zwischen benachbarten Abstandstücken liegen. Falls die Abstandstücke in parallelen Reihen angeordnet sind, so dass vier Abstandstücke angenommen werden können,an den Ecken eines Rechtecks, eines Quadrates oder eines anderen Viereckes zu liegen, sollen die tiefsten Punkte in den Schneidepunkten gedachter Diagonalen des betreffenden Vierecks liegen. Die am stärksten eingepressten oder tiefsten Stellen der einen.Wand liegen in der Regel gegenüber den am stärksten eingepressten oder tiefsten Stellen der anderen Seitenwand, so dass der Abstand zwischen den Seitenwänden an den am stärksten eingepressten Stellen am kleinsten ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren bei der Herstellung der Flachrohre nach der letztgenannten Ausführungsform. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist vor allem, dass man die Flachrohre mit ebenen, parallelen Seitenwänden und Abstandstücken zwischen diesen herstellt und danach mittels einer Walze oder eines Stempels mit nachgiebiger Arbeitsfläche das Wandmaterial um die Verbindungsstellen zwischen Abstandstücken und Seitenwänden herum einpresst.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Nachstehenden unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen? Fig. 1 eine Seiteha nsicht des Wärmeaustauschers im Ganzen, Fig. 2 oinen Teil eines Längsschnittes in vergrössertem Masstab, Fig. 3 einen Querschnitt ebenfalls i^-n vergrössertem Masstab eines erfindungsgeniässen Wärmeaustauschers mit in Fig. 2 und 3 abgenommenem Gehäuse, Fig. k- ein erfindungsgemäss ausgeführtes Flachrohr oder Hohlgebilde im Schaubild, Fig. * und 6 Längsschnitte nach d^n Linien 5-5 bzw. 6-6

0 C S 8 2 3 --' 1 0 S ^c

in Fig. k, Fig. 7 eine Darstellung im Grundriss eines Beispiels der Verteilung der höchsten und tiefsten Punkte des Flachrohres und Fig. 8 in gleicher V/eise wie Fig. 7 ein Beispiel einer anderen Verteilung.

In dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher hat das rohrförmige Gehäuse 1 einen Einlasstutzen 2 und einen Auslasstutzen 3 für das eine Wärmeaustauschmittel. Es sind ferner ein Einlasstutzen h und ein Auslasstützen 5 für das andere Wärmeaustauschmittel vorhanden. Wenn das eine Mittel durch den Einlasstutzen 2 hinein und durch den Auslasstutzen 3 hinaus strömt, strömt es auch durch die Flachrohre im Gehäuse 1 und längs diesen Rohren vom einen Ende des Gehäuses zum anderen. Das andere Mittel strömt vom Einlasstutzen h zum Auslasstutzen 5 zv?isehen den Flachrohren.

Nach Fig. 3 sind 6 und 7 zwei übereinanderliegende Flachrohre, deren Wände 8 und 9 durch Abstandstücke 10 miteinander verbunden sind. Die Enden der Abstandstücke sind beispielsweise durch elektrisches Widerstandsschweissen an den einander gegenüberliegenden Wänden festgeschweisst. Ein Wärmeaustauschmittel strömt, wie schon erwähnt, innerhalb der Rohre und das andere in den zwischen den Rohren gebildeten Zwischenräumen oder Kanälen 11.

.Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Wände 8, 9 gewellt mit den Wellenkämmen 12 der einen Wand 9gegenüber den Wellentälern lh der anderen Wand 8 und ebenso mit den Wellentälern 15 der erstgenannten Wand 9 gegenüber den Wellenkämmen 16 der Viand 8 gegenübergestellt. Die zwischen den Wänden gebildeten Kanäle oder Zwischenräume 17 nehmen somit von einem Kleinstwert der Kanalhöhe zwischen einem Wellenkamm 12 und einem Wellental I¹+ bis zu einem Höchstwert zwischen einem Wellental 15 und einem Wellenkamm 16 zu. An letztgenannter Stelle ist eine Reihe von Abstandstücken 10 angebracht.

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Die Kanäle YJ sind somit am grössten an den Stellen der Abstandstückreihen und am kleinsten in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abstandstückreihen. Die Höhe der Rohrkanäle wird somit in der Längsrichtung schwanken, so dass das im Innern des Rohres strömende Mittel durch abwechselnd schmälere und weitere Kanalquerschnitte strömen wird. Dadurch werden Geschwindigkeitsschwankungen und Wirbelgebllde im strömenden Wärmeaustauschmittel auftreten, wodurch die Wärmeübertragung zu und von den Wänden bedeutend verbessert wird.

Die Wellen erstrecken sich im eben beschriebenen Beispiel quer durch den Wärmeaustauscher vom einen Seitenbereich des Rohres zum anderen. Das in Fig. !+-δ dargestellte Beispiel weist anders geformte Wellen, d.h. Wellen in Form von reihenweise geordneten Erhebungen.

Nach Fig. h- besteht der flache Hohlkörper oder das Flachrohr aus zwei Seitenwänden 21 und 22 aus Blech, die ihren Langseitenkanten entlang durch Ranichweissnähte 23 und 2k miteinander verbunden sind. Im Rohr sind Abstandstucke in Form von Zapfen 25 mit kegeligen Enden und ringsum verlaufendem Flansch 26 ausgeführt. Die Abstandstücke können aber auch eine andere, beliebige, zweckmässige Form haben, z.B. aus kujelförmigen oder tablettenförmigen Körpern bestehen. Die Abstandstücke sind mit den Ebenen und den Rändern der Seitenwände parallelen Reihen angeordnet. Jede Seitenwand 1, 2 ist durch elektrisches Widerstandsschweissen an den Abstandstücken festgeschweisst, so dass Schweissverbände 27 bzw. 28 zwischen jedem Abstandstückende und der angrenzenden Seitenwand gebildet werden.

Die Seitenwände 21 und 22 sind nicht eben sondern derart wellenförmig, dass die höchsten Punkte oder Wellenkämme an den Schweisstellen liegen, die in Fig. k mit 29 bezeichnet sind. Die tiefsten Punkte befinden sich zwischen den Schweisstellen

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und sind in Fig. h mit 30 bezeichnet« Da die Äbstandstüeke in parallelen Reihen mit zweckmässig gleichen Abständen zwischen den Reihen und den Abstandstücken angeordnet sind, können vier Abstandstücke angesehen werden, an den Ecken eines Vierecks zu liegen,und die Form der Seitenwand nach dem Einpressen soll dabei derart sein, dass die tiefsten Punkte zwischen diesen vier Abstandstücken sich im Schneidepunkt 3I ^der Diagonalen dieses Vierecks befinden, wie in Fig. 7 vaanschaulicht wird. Dort sind die vier Abstandstücke mit 32, 3¹*, 35 und 36 bezeichnet. Nach Fig. 8, wo die Abstandstücke einer Reihe gegenüber den Abstandstücken benachbarter Reihen versetzt sind, liegen vier Abstandstücke 37j 38, 39 und ¹K) an den Ecken eines Parallelogramms, und der tiefste Punkt 3I der Seitenwand befindet sich ebenfalls im Schnittpunkt der Diagonalen, dieses Parallelogramms.

Die eingepressten Vertiefungen können dadurch erzeugt werden, dass man von einem Flachrohr mit ebenen Wänden und zwischen diesen festgeschweissten Abstandstücken ausgeht und danach das Rohr zwischen zwei Walzen mit nachgiebigem Mantel z.B. aus Gummi fördert, wobei die Walzen mit erforderlichem Druck gegeneinander gepresst werden. Statt Walzen kann man Pressplatten verwenden, die gegen- und auseinander bewegt werden,während das Rohr zwischen diesen fortbewegt wird, '

Durch die erzeugte Wellenform der Rohrseitenwände werdan diese verstärkt, so dass sie einen höheren inneren Druck ertragen können als schlicht ebene Wände. Ausserdem vird eine turbulente oder wenigstens eine gestörte laminare Strömung der auf der Aussenseita und Innenseite des Rohres strömenden Kittel erhalten, wodurch die Wärmeübertragung ebenfalls verbessert wird. Durch das Pressen mittels nachgiebiger Pressglieder werden Weilen mit sanft abgerundeten Profilen erhalten, so dass eine nennenswerte Erhöhung des Strömungswiderstandes infolge der Wellenform nicht entsteht.

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Claims

Olof^Cardell, Ingenieur

Sollentuna, Schweden

Patentansprüche

l.J Wärmeaustauscher mit einander gegenüberliegenden Wänden, ""Sie paarweise Kanäle für Wärmeaustausehmittel bilden, wobei die Wände in jedem zweiten Paar durch Abstandstücke miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Wände(8,9 bzw. 21, 22)wellenförmig sind, wobei die Wellen der beiden Wände durch Abstand stücke (LO bzw. 25) miteinander verbunden sind und so angeordnet sind, dass die Wellenkämme (16 bzw. 2^ der einen Wand(8 bzw. 21) den Wellentälern 6.5 bzw. 29 der anderen Wand (9 bzw. 22)gegenüberliegen und dadurch Kanäle schwankender Höhe zwischen den Wänden bilden.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Kanalhöhe am grössten ist, da wo eine Reihe von Abstandstttcken (LO bzw. 2?) liegt und in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abstandstückreihen am kleinsten ist·

3· Wärmeaus-tauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes zweite Wandpaar ein flaches Rohr mit dem einen Ende in der einen Bndwand eines rohrförmigen Gehäuses und mit dem anderen Ende in der anderen Endwand des Gehäuses bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandstücke Q-O bzw. 25) in querverlaufenden Reihen in den Rohren angeordnet sind und dass die Wellenkämme und Wellentäler der Wellen sich in der Querrichtung des Rohres erstrecken.

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h, Flachrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, bei denen die Wärmeaustauschmittel auf der Aussen- bzw. Innenseite der im wesentlichen parallelen Seitenwände des Rohres strömen, welche Seitenwände mittels Abstandstücke, z.B. Zapfen mit abgerundeten, an den Seitenwänden festgeschweissten Enden, Kugeln oder zapfenähnlicher Körper miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (21, 22) mit Erhebungen (29) und Vertiefungen (28) versehen sind, wobei die höchsten Stellen sich bei den Verbindungsstellen zwischen Seitenwand (21, 22) und Abstandstück (25) befinden, während die niedrigsten Stellen ungefähr in der Mitte zwischen benachbarten Abstandstücken liegen.

5. Flachrohr nach Anspruch k mit in parallelen Reihen angeordneten Abstandstücken, die jeweils die Ecken von Rechtecken, Quadraten oder anderen Vierecken bilden, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die tiefsten Stellen der Seitenwände in den Schneidepunkten (31) zwischen den gedachten Diagonalen dieser Vierecke liegen.

6. Verfahren zur Herstellung von Flachrohren nach Anspruch h oder 5, dadurch g ekennzei chnet, dass man die Flachrohre mit ebenen, parallelen Seitenwänden (21, 22) mit zwisch3n diesen angebrachten Abstandstücken (25) herstellt und danach das Soitenwandmaterial mittels Walzen oder Pressplatten mit nachgiebiger Arbeitsfläche rings um die Verbindungsstellen mit den Abstandstücken einpresst.

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