DE1985333U - Waermetauscher. - Google Patents

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L.	Ihm Nachricht vom	J	899 Lindau (Bodensee)
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11. 12* 1967

Wilton Hilemkusj 22 Maplewood Terrace^ Springfieldj Hampden^ Massachusetts /USA

Wärmetauscher«

Di© Neuerung betrifft einen labyrinthartigen Wärmetauscher zur wirksamen Wärmeübertragung von einem fließenden Medium oder Medien auf einer Seite einer Trennwand zu einem anderen fließenden Medium oder Medien auf der anderen Seite der Trennwand, welcher als Wärmeübertrager allgemein viele Ars= Wendungsmöglichkeiten aufweisÄI Zum Beispiel kann er dienen als ein Boiler oder ein Zubehörteil eines Boilers oder als ein Heizkessel oder als Dach=_s Wand·= oder Gebäudefüllung

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eines Hauses oder Zimmers oder dergleichen mit eingebauter Rohrleitung und Wärmeübertragung oder als ein getrenntes Zubehörteil^ ujo Außenluft zur Zubereitung in einem Gebäude durch aus diesem Gebäude abgesaugte Luft erwärmt ujirdo Er kann₉ wie oben erwähnt,, als eine Wand'=· oder Gebäudefüllung dienem_? wobei seine einzigartigen Eigenschaften sowohl eine große Starrheit als auch U/ärtneaustauschpotential bieten» Ferner kann er aufgrund seiner Konstruktion als labyrinth« artiger Wärmetauscher zur akustischen Behandlung in solchen Fällen verwendet werden^ wo Lärm ein schweres Problem ist in Verbindung mit der Behandlung von Luft oder einem an= deren fließenden Medium«

Das System erfordert das Beschleunigen und Verlangsamen des IYIedium-*Stromes infolge Veränderungen der verfügbaren Fläche im Verlauf des Fließens zwischen den Zellen_s wenn fließendes Medium durch einen Strömungswerlaüf gedrückt wird«, Überdies werden pulsartige Geschwindigkeitsveränderungefj im Strömungs= verlauf eintreten) die eine Expansion oder Kontraktion er« geben, den labyrinthartigen oder schraubenförmigen Fluß ver*=* anlassen zu beschleunigen und zu verzögern und den Verlauf zu ändffln ₉ wodurch die Turbulenz erhöht wird ρ um die Wärmeübertragung zu vergrößern«.

Bisher bekannte wirksame Wärmetauscher sind teuer in der Herstellung und kompliziert in der Konstruktion gewesen., miesen einen Mangel an Flexibilität bezüglich der An·= Wendungsgebiete auf und waren auf ihren Einsatzbereich beschränkt«

Die Notwendigkeit für einen wirksamen Wärmetauscher von einfacher Konstruktion^ der eine hohe UJärmeübeTtraagungs'=» quote aufweist^, zusammen mit dem Vorteil^, dank eines viel= fältigen Merkmals einen weiten Bereich der Fähigkeiten vor« zusehen j ist lange empfunden woTcden₀

Eine Hauptaufgabe der Neuerung ist_? einen Wärmetauscher von bausteinartiger Konstruktion zu schaffen _s womit durch das einfache Mittel des Vergrößesns. oder Verminderns der Anzahl der Bauteile oder der Größe der Bauteile oder der Länge oder Konfiguration des Strömungsverlaufes unbegrenzte Veränderungen erreicht werden können«

Eine andere Aufgabe istj einen Wärmetauscher für fließende Medien ^u schaffen _s der eine extrem hohe: Wärmeübertragungs«=» quote aufweist«, die aus der einzigartigen Konstruktion des Strömungsverlaufes des Mediums durch den Aufbau resultiert«, welcher in seiner Konstruktion mit einer äußerst hohen Festig«

ksit ausgestattet ist«

Als ein anderes besonders erwähnenswertes Merkmal kann der Wärmetauscher der vorliegenden Neuerung entweder als ein Gleichlaufs oder Gsgenlaufgerät oder als ein Temperatur-* ausglsicher vor der mischung von Flüssigkeiten verwendet werden«

In einer seiner Ausführungsformen ist der Wärmetauscher in einer Anzahl von ebenen Gruppen angeordnet^ derart^ daß ein Strömungsverlauf einer Gruppe an allen seinen Flächen durch andere Strömungsverläufe seiner eigenen Gruppe oder benachbarten Gruppen umgeben ist_e

Dies bietet die Vorteile der strukturellen Festigkeit und der wirtschaftlichen Herstellung und erlaubt ein leichtes Entfernen und Austauschen bei annähernd vollständiger Ausschaltung der UJartungskosten_s basierend auf dem Prinzip des geplanten Auswechselns«,

In den Zeichnungen^ welche Ausführungsformen der Neuerung veranschaulichen^ sind?

Figur 1 eine unvollständige teilweise auseinandergenommene

Perspektivansicht eines Gitters- von der Artj, aus tuelcher das IMrmeübertragungselement gebildet tuird|

Figur 2 eine unvollständige₈ teilweise ausainandergenommene Perspaktiwansioht einer Form des w"ärmeübertragumgs<« ©lementes eines Wärmetauschers der vorliegenden Mauerung?

Figur 3 eine unvollständige Perspektivansicht eines Wärme« tauschersj der eine Form der Neuerung verkörpert_s worin die Strömungsverläufe des Mediums des Wärme-Übertragungselements vertikal angeordnet sind5

Figur 4 eine unvollständige Perspektivansioht eines Wärmetauschersj der eine Form der Mauerung verkörpert, worin die Strömungsverläüfe des lYlediums des Wärme« übertragungselsments diagonal angeordnet sindf

Figur 5 eine unvollständige Perspektivansicht eines Wärme« tauschersj der eine andere Form der Neuerung ver~ körpertj worin eine Anzahl von UJärmeübertragungs«=· elementen übereinander geschichtet angeordnet sind ι

Figur 6 eine unvollständige Perspektivansieht einer anderen

Form des Wärmeübertragungselements_s worin die Strömungsverläufe das Mediums vertikal angeordnet sind«,

Wärmetauscher können die Form von einem oder mehreren Wärme*= übertragungselementen annehmen ₉ die durch Wärmeübertragungs^ wände oder «platten umschlossen und/oder getrennt werden und mit geeigneten Einlaßstücken oder Einlaßleitungen verbunden sindg um erhitzte und/oder gekühlte fließende Medien zuzu«=> führen sowie ferner mit geeigneten Aualaßstücken oder Aus« laßleitungen versehen sind^ Solche Anordnungen für Zwedce des Einlasses und Auslasses^ die hinsichtlich der Art sehr ver<e> schieden sind, wurden in den Zeichnungen nicht veranschau·= licht _s um dieselben ztr vereinfachen und um die Beschreibung auf das Wesentliche der Neuerung zu beschränken«

Wenn im folgenden der Ausdruck "fließendes Medium" verwendet wird_? ist darunter alles zu verstehens was fließtj, entweder von flüssiger oder gasförmiger Form₀

Die Neuerung wurde zweckmaßigerweise als "Wärmetauscher" bezeichnet, wobei der Ausdruck in seinem klassischen Sinn für eine Vorrichtung verwendet wird₉ die Wärme von einem fließenden Medium,-.das- auf einer Seite einer Trsnnwand fließt,,

auf ©in anderes-fließendes Medium überträgt_f das auf der anderen Seite der Trennwand fließt*

Figur 1 veranschaulicht ein Gitter oder eine Gitterkon*- struktion aus Metall- Kunststoff oder dfeichiuertigem NIa^ terialj aus welchem Wärmeübertragungselemente,, die die Neuerung verkörpern^ vorzugsweise jedoch nicht obliga^ torisch hergestellt sind« Dieselben enthalten eine Anzahl von im gleichmäßigen Abstand zueinander angeordneten pa^· rallelen aufrechtstehenden sich in Längsrichtung erstrecken·=· den lamellenähnlichen Wänden 20 und eine Anzahl von in · gleichmäßigen Abständen zueinander angeordneten parallelen aufrechtstehenden sich quer erstreckenden lamellenähnlichen Wänden 30_s die senkrecht auf den Wänden 20 stehen und diese unterteilen^ wodurch eine Anzahl nicht miteinander verbun*=· dener Zellen oder Kammern 40 von im allgemeinen quadratischer oder rechteckiger oder einer anderen Form gebildet iuerden und jede dieser Zellen oder Kammern durch Teile eines Paares benachbarter Wände 20 und Teile eines Paares benachbarten Wänden 30 begrenzt uiird_a

Die so beschriebenen Gitter oder Gitterkonstruktion&n sind von ineinandergreifender Art,- wie sie häufig in Armaturen für Leuchtstoffrohren zum Zerstreuen von Licht verwendet

werden«,

■β

Figur 2 veranschaulicht ein Wärmeübertragungselement 1O₉ das eine Form der Neuerung verkörpert und durch Abkanten oder Deformieren bestimmter Teile von bestimmten Wänden und 30 zwischen benachbarten Kammern 40 gebildet wird_s um eine Verbindung zwischen den Kammern zu gewähren,. Eine An«= zahl solcher miteinander verbundener Kammern bilden einen Strömungsverlauf_Φ

Bestimmte Wände 20 und 30 sind abgekantet oder deformiertp nicht wahlloSj sondern nach einem bestimmten Muster oder Mustern^ um eine Anzahl von Strömongsverläufen durch das Wärmeübertragungselement vorzusshenj wie im folgenden aus·= führlicher erklärt wird*

Teile der Wände 20 und 30 sind von ihren entsprechenden Deckflächen nach unten deformiert oder sind von ihren entsprechenden unteren Flächen nach oben abgekantet^ um im rechten Winkel zur Richtung des Strömungsverlaufes vor«=* zustehen und um Öffnungen zuzulassen, die eine Verbindung zwischen benachbarten Kammern herstellen«.

Solches Abkanten oder Deformieren kann auf jeder Seite einer

bestimmten UJand 20 oder 30 durchgeführt werden* Beispielsweise wird in Fig„ 2 eine Wand 20 dargestellt_s die mit einer Anzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Streifen 22 versehen istj, welche durch Deformieren oder Biegen der Wand von ihrer oberen Kante nach unten gebildet werden^ so daß die Streifen von joder Seitenfläche der Wand ab«= wechselnd nach außen vorstehen und dadurch eine Anzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Öffnungen 24 durch die Wand bestimmen©

Eine Wand 30 ist mit einer Anzahl von im gleichen Abstand zu-* einander angeordneten Streifen 32 versehen dargestellt^ die durch Abkanten oder Biegen der Wand von ihrer unteren Kante nach oben gebildet werden_s so daß die Streifen von jeder Seitenfläche der Wand abwechselnd nach außen vor«=· stehen und eine Anzahl won im gleichen Abstand zueinander angeordneten Öffnungen 34 durch die Wand vorsehen«

Eine solche Anordnung des Abkantsns bestimmter Teile von Wänden 30_s entweder nach innen oder nach aussen oder des Deformierens bestimmter Teile der Wände 2O₉ entweder nach innen oder nach sussen, wodurch jeweils bestimmte Zellen oder Kammern 40 miteinander verbunden werden_s wird über das gesamte Wärmeaustauschelement 10 durchgeführt, um eine Anzahl

, 10

to

von Strömungsverläufen dahindurch zu schaffen_o

Öffnungen 24 und 34 gewähren eine Verbindung zwischen be·= nachbarten Zellen oder Kammern 40_s uiobei die Strömung auf und abj im Zickzack und in gewundener Bahn verläuftj u/ie im folgenden ausführlicher erklart wird«

Die somit vorgesehenen Strömungsverläufe bieten den Vorteil, eine größere üiirbelbildung des darin fließenden Mediums oder der Medien zu erreichen»

In Fig« 3 wird eine Ausführungsform des Wärmetauschers ver~ anschaulicht ₉ der ein Uiärmeübertragungselement 10 enthält^ das zwischen inneren und äußeren UJärmeübertragungsuiänden oder ««platten 50 bzw© 52 angeordnet und ferner von Seiten=· wänden oder —platten 54 umschlossen wird»

Geeignete Anschlußstücke (nicht dargestellt), die die üb·= liehen Anschlußfunktionen ausführen,;, werden zweckmäßigerweise an das Wärmsübertragungselement angeschlossen«, um Einlasse zum und Auslässe von dem Wärmetauscher für das fließende Medium vorzusehen»

In der Ausführungsform von Fig«, 3 werden vertikale Strömungs-

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verlaufe für das fließende Medium dargestellt, welche nur der Einfachheit halber als erwärmte und abgekühlte Strö<=* mungsvarläufe bezeichnet werden, da sie vertauscht werden könnten©

Die erwärmten Strömungsverläufe werden durch die Pfeile A bezeichnet und die abgekühlten Strömungsverläufe durch die Pfeile B₂ wobei der Klarheit halber nur auf dem erwärmten . Strömungsverlauf eine Schraffierung aufgetragen ist© Die Strömungen können_s wenn gewünscht«, von paralleler oder ge·= genläufiger Art sein_s wobei der Gegedauf hierin veranschau= licht ist«

Die Strömungen A und B wechseln über die Breite des Wärme=" tauschsrsj verlaufen durch eine Öffnung 34 unter einem Streifen 32 in eine Kammer 40«, durch eine Öffnung 24 über einen Streifen 22 und in die nächste benachbarte Zelle oder Kammer 40, die unmittelbar darüber oder darunter angebracht ist«, wo sich der Vorgang wiederholt,,

Es sei erwähnt^ da'ßj wenn die Strömangsverläufe von gleicher Länge sind, gleiche Druckabfälle vom Einlaß zum Auslaß erhalten werden^ wodurch ein Kurzschließen der Strömungen ver~ mieden wird,, welche dazu neigen,- den Gesamtwirkungsgrad d'er

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Wärmeübertragung zu vermindern© . ---

Verschiedene Längen der Strömungsverläufe können in solchen Fällen verwendet werden., wo es vorteilhaft erscheint^ wie in einem Dreifach««, Vierfach·= oder größerem Uiärmetausch« system«

Oedes Muster des Strömungsverlaufes erscheint in einer Zickzack·= oder schachbrettartigen Form^ wobei jede Zelle oder Kammer einen Streifen in der dritten Richtung aufweist^ welche wechselweise senkrecht zu den Flächen ist, die durch die Uiände und parallel mit den Platten gebildet wird«

Die Ausführungsform von Fig«, 4 ist in der Konstruktion identisch der in Fig_e 3 gezeigten Ausführungsform_s ausgenommen , daß diagonale heiße und kalte Strömungsverläufe C bzw« D anstelle der vertikalen Strömungsverläufe darge=» stellt werden«,

Es wird ersichtlich_s daß vertikale und/oder horizontale Strömungsverläufe oder Kombinationen von diagonal&n_s vertikalen und horizontalen Strömungsverläufen verwendet wer«=· den können,»

In der Ausführungsform von Fig„ 5 wird eine mehrfach«= oder

geschichtete Konstruktion dargestellt, die ein mittleres UJärmeübertragungselement 110 enthalt,, das zwischen einem oberen UJärmeübertragungseleroent 210 und einem unteren Wärme·= übertragungselement 310 angeordnet ist,, wobei das obere Wärmeübertragungselement 210 durch ein Paar von unteren und oberen U/Mrmeübertragungsßiänden oder -»platten 250 bzw© 252 eingeschlossen wird und das untere UJärmeübsrtragungs= element 310 durch ein Paar von unteren und oberen Wärme« übertragungsuiänden oder «platten 350 bzw« 352 umschlossen

Die UJärmeübertragungselemente sind übereinander geschichtet^ ujobei das mittlere UJärmeübertragungselement 110 von der un= teren Platte 250 des oberen UiärmBÜbertragungselements 210 und der oberen Platte 352 des unteren UJärmeübertragungs«=· elements 310 eingeschlossen uiird_ö

Die liiärmeübertragungselemente werden auch von Seitenwänden oder ««platten umschlossen (nicht dargestellt) und die Stirnseiten sind geeignet mit Anschlußstücken verbunden (eben= falls nicht dargestellt) _s um fließendes lYledium ein— und auszuführen« ·

Obwohl nur drei tUärmeübertragungselemente in der Zeichnung

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dargestellt sind_s ist nicht beabsichtigt darauf begrenzt zu sein? da jede Anzahl von Elementen jeder gewünschten Länge oder Anordnung des Strömungsverlaufes verwendet werden kannj, um der unterschiedlichen Anbringung oder den Erfordernissen der Wärmeübertragung zu entsprechen«,

3edes tUärmeübertragungselement besteht aus im Abstand zueinander angeordneten parallelen sich in Längsrichtung er= streckenden lamellenartigen UJänden₉ die von im Abstand zu= einander angeordneten parallelen sich quer erstreckenden lamellenartigen Wänden unterbrochen werden_s wie in der Aus= fuhrungsform der Fig«, 1 bis 4s> .

Durch Übereinanderschichten der lilärmeübertragungseiemente wird eine größere Strömungskapazität und eine vollständigere und wirksamere Wärmeübertragung erreicht*, Beispielsweise wird der Strömungsverlauf E des mittleren Elements 110 auf zwei Seiten seiner eigenen Ebene von Strömungen F und G be= grenzt, ist auf seiner oberen Seite in der nächst oberen horizontalen Ebene durch die Strömung H begrenzt und auf seiner unteren Seite in der nächst unteren horizontalen Ebene durch die Strömung Je

Natürlich wird die. Anordnung der Strömungen in den verschiede*

nen Ebenen verändert« Das heißtj, eine heiße Strömung in dem mittleren Element wird auf ihrer oberen und unteren Seite durch heiße Strömungen oder kalte Strömungen begrenzt^ oder sie wird auf allen ihren Seiten von gegenläufigen Strömungen begrenzte

In der in Fig_e 6 dargestellten Ausführungsform sind die abgekanteten Streifen weggelassen worden_f wodurch das llJärmeübertragungselement zur Herstellung aus einem geeigneten Kunststoffmaterialj, uiie beispielsweise durch ein Formverfahrenj besonders geeignet ist«,

Das streifenlose Kunststoffelement wird vorzugsweise in ©olchen Fällen verwendet^ wo die Festigkeit und Starr-=· hext keine kritischen Faktoren sind und besonders wenn das Element häufig entfernt^ weggeworfen und ersetzt wird_? anstatt in einem Programm der geplanten Überholung gereinigt zu werden»

Hierin werden eine Anzahl von im gleichmäßigen Abstand zueinander angeordneten^ parallelen und aufrechtstehenden Wänden 420 eines UJärmeübertragungselements 410 von einer Anzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten^ parallelen und aufrechtstehenden Wänden 430 unterbrochen^

um eine Anzahl von Zellen oder Kammern 440 zu begrenzen«)

Die Wände 420 sind entlang ihrer oberen Kanten mit einer Anzahl von im Abstand zueinander angeordneten Öffnungen 424 versehen und die Wände 430 sind entlang ihrer unteren Kanten mit einer Anzahl von im Abstand zueinander ange« ordneten Öffnungen 434 Versehens, wobei die Öffnungen 424 und 434 eine Verbindung mit den Zellen oder Kammern 440 herstellen»

Die Strömungsverläufe können entweder vertikal,? horizontal oder diagonal verlaufen^ wie in den Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5„

In Fig« 6 verlaufen die Strömungen K₅ L und ΙΪ1 vertikale

Obwohl die Zellen oder Kammern in allen Ausführungsformen in quadratischer oder rechteckiger Form dargestellt worden sind_s versteht es sich-, daß sie eine hexagonale oder andere Form aufweisen können*

Die Achse eines Ströfliungsverlaufes braucht nicht notwendiger= weise linear zu söin und kann eine Kombination eines linearen Teils und eines Zickzack~Teils enthalten,? nicht nur in einer

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Ebene oder Dimension,, sondern in zwei oder drei Ebenen oder Dimensionen_e

Schutzansprüche

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Claims (1)

1. Schutz ans prüehe

   1„ Wärmetauscher^ gekennzeichnet durch eine zellenartige Füllwand (10.), die eine erste Reihe von miteinander verbundenen^ fließendes Medium aufnehmenden Zellen (40) vorsfehtj welche eine Anzahl von in einer ge-= meimsamen Ebene angeordneten gewundenen Strömungen (A) definieren sowie eine zweite Reihe von miteinander verbundenenj, fließendes Medium aufnehmenden Zellen (40,),, die eine Anzahl von gewundenen Strömungen (.B) defi— nieren., welche in einer gemeinsamen Ebene neben der ersten Reihe angeordnet sindj, wobei die Wände (20_s 30) zwischen der ersten und zweiten Reihe eine Trennwand bilden«»

   2« Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gek θ nnzeichnetj daß eine Anzahl der zellen— artigen Füllwände (11O_? 21O₉ 310) Fläche an Fläche aufein·=» ander gestapelt angeordnet sind sowie keine Fließverbindung miteinander aufweisen;, eins Trennwand (250_? 252_S 350_s 352)_? benachbarte Füllwände voneinander trennt_s wodurch die erste und zweite Reihe (A, B) in einer Anzahl von Ebenen angeordnet sind©

   3o Uiärmetauscher nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichne t^ daß eine Anzahl von zeilenartigen Füilujänden Fläche an Fläche übereinander gestapelt angeordnet sind und eine Fließverbindung miteinander auf=· weisen., wodurch die erste und zweite Reihe in einer Anzahl von Ebenen angeordnet sind«,

   Α» Wärmetauscher nach Anspruch 1_g dadurch ge·= kennzeichnet^ daß die erste und zweite Reihe von gleicher Länge sind«

   5_e Wärmetauscher nach Anspruch 1, d a d u r e h g e <=· k θ η η ζ e i c h η β t_s daß die erste und zweite Reihe von ungleicher Länge.sinde

   6«, Ulärmetauscher nach Anspruch 1 _y dadurch ge=· kennzeichnet^ daß die Fließverbindung ζωί·= sehen den fließendes Medium aufnehmenden Zellen (40) durch Öffnen der UJMnde zwischen benachbarten Zellen auf eine Weise gewährt wirdj, um einen auf und ab verlaufenden gewellten Zickzack*=* und schraubenförmigen Strömungsverlauf vorzusehen«,

   7® Wärmetauscher nach Anspruch 6j dadurch ge-

   20

   P.A." 162 950*20.

   kennzeichnet, daß die Öffnungen (24,34) durch Biegen bestimmter Wände von ihren oberen Kanten nach unten und durch Biegen bestimmter anderer Wände von ihren unteren Kanten nach ob eingebildet werden»

   8. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (424, 434) in bestimmten Wänden (420) längs ihrer oberen Kanten und in bestimmten anderen Wänden (430) längs ihrer unteren Kanten gebildet werden,,

   rttseweiss Diese Unterlage (BeseHrsHjEstg-tm* S.r;;uftcincp'.) ist dis zu'sfrt· eime-eschfä; s> ->■-'· '■' ■■- - ■·" fassung dsr ursprtngüoh üi· jribhiR.i U·^'-;^ ab. Dis rec'iiücs B';ddu:unci ds;· A · · - - =-i

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