DE202011052186U1 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Wärmeaustauscher, aufweisend – mehrere übereinander angeordnete erste Strömungskanäle (4) eines Kühlmediums, – zwischen den ersten Strömungskanälen (4) angeordnete, an ihren Enden mit Sammelkästen (7, 8) versehene zweite Strömungskanäle (5) eines Prozeßmediums, – wobei die ersten und zweiten Strömungskanäle (4, 5) jeweils durch Trennblechen (2) und diese auf Abstand haltende erste und zweite Blockprofile (3, 6) und zwischen jeweiligen Blockprofilen (3, 6) angeordnete Lamellen (9, 10) gebildet sind, – wobei die die ersten Strömungskanäle (4) begrenzenden ersten Blockprofile (3) C-förmig ausgebildet sind, – wobei sich von einer Basis (31) der ersten Blockprofile (3) zwei federnd ausgebildete Schenkel (32) in Richtung der Lamellen (9) erstrecken und zwischen sich eine in Richtung der Lamellen (9) offene Ausnehmung (33) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Basis (31) mindestens eine Ausnehmung (38, 39) zur flexiblen Ausbildung der Basis (31) der ersten Blockprofile (3) aufweist.Heat exchanger, comprising - a plurality of superimposed first flow channels (4) of a cooling medium, - between the first flow channels (4) arranged at their ends with collecting boxes (7, 8) provided second flow channels (5) of a process medium, - wherein the first and second Flow channels (4, 5) in each case by separating plates (2) and this holding at a distance first and second block profiles (3, 6) and between respective block profiles (3, 6) arranged lamellae (9, 10) are formed, - wherein the first Flow channels (4) limiting first block profiles (3) are C-shaped, - extending from a base (31) of the first block profiles (3) has two resilient legs (32) in the direction of the slats (9) and between them in the direction of the slats (9) open recess (33) limit, characterized in that - the base (31) at least one recess (38, 39) for flexible formation of the base (31) of the first Block profiles (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a heat exchanger according to the preamble of
Ein gattungsgemäßer Wärmeaustauscher ist beispielsweise aus der
Um die Lebensdauer eines solchen Wärmeaustauschers zu erhöhen, wird in der oben genannten Schutzschrift vorgeschlagen, die Blockprofile der Wärmeaustauscher, die parallel zueinander angeordnete Trennbleche auf Abstand halten, welche zusammen mit zwischen den Trennblechen angeordneten Lamellen die Strömungskanäle des Kühlmediums und die Strömungskanäle des zu kühlenden Prozeßmediums bilden, auf einer den Lamellen abgewandten Seite mit einer zentralen Ausnehmung mit quer zu den Strömungsrichtungen des heißen und kalten Mediums flexiblen, die Lötflächen aufweisenden Schenkeln zu versehen, wodurch erreicht wird, dass eine Seite des Blockprofils flexibel ausgeführt ist und so Kräfte bzw. Spannungen senkrecht zu den Flussrichtungen aufnehmen kann. In order to increase the life of such a heat exchanger, it is proposed in the above-mentioned protective document, the block profiles of the heat exchangers, which hold parallel separating plates at a distance, which together with arranged between the plates fins the flow channels of the cooling medium and the flow channels of the process medium to be cooled form, on a side facing away from the lamellae with a central recess with transverse to the flow directions of the hot and cold medium flexible, the solder surfaces having legs, thereby ensuring that one side of the block profile is made flexible and so forces or voltages vertically can absorb to the flow directions.
Allerdings hat sich gezeigt, dass sich trotz des teilweise flexibel gestalteten Blockprofils insbesondere durch zyklisch auftretende Belastungen die Lebensdauer des Wärmeaustauscherblocks verringernde Beschädigungen nicht hinreichend vermeiden lassen. However, it has been shown that despite the partially flexible designed block profile, in particular by cyclically occurring loads, the life of the heat exchanger block reducing damage can not be sufficiently avoided.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher mit nochmals erhöhter Lebensdauer und nochmals geringerer Gefahr von Rissen bereitzustellen. Object of the present invention is to provide a heat exchanger with even increased life and even lower risk of cracks.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a heat exchanger having the features of
Erfindungsgemäß sind die die ersten Strömungskanäle begrenzenden ersten Blockprofile sowohl mit C-förmig angeordneten, sich von einer Basis der Blockprofile sich in Richtung der Lamellen erstreckenden Schenkeln ausgebildet als auch mit einer flexibel ausgebildeten Basis versehen. According to the invention, the first block profiles delimiting the first flow channels are both C-shaped, formed from a base of the block profiles extending in the direction of the slats, and provided with a flexibly formed base.
Durch die flexible Ausbildung der Basis der Blockprofile ist ermöglicht, sowohl die Auswirkungen pulsierender bzw. zyklischer Innendruckbelastungen am Wärmeaustauscher als auch die Auswirkungen zyklischer thermischer Belastungen deutlich zu reduzieren. The flexible design of the base of the block profiles makes it possible to significantly reduce both the effects of pulsating or cyclic internal pressure loads on the heat exchanger and the effects of cyclic thermal loads.
So reduzieren sich bei zyklischen Innendruckbelastungen die auf die zwischen je zwei der ersten Blockprofile angeordneten Lamellen, insbesondere die Flanken der vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen im Randbereich der vorderen Prozeßpassagen wirkenden Spannungen um bis zu 40% durch die flexible Ausbildung der ersten Blockprofilen gegenüber der herkömmlichen Ausgestaltung der Blockprofile. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Wärmeaustauscherblocks um den Faktor 4 bis 5. Thus, in the case of cyclic internal pressure loads, the lamellae arranged between each two of the first block profiles, in particular the flanks of the tensions, preferably designed as turbulators, in the edge region of the front process passages are reduced by up to 40% by the flexible design of the first block profiles compared to the conventional design the block profiles. This increases the life of the heat exchanger block by a factor of 4 to 5.
Auch die durch zyklische thermische Belastung verursachten Spannungen auf die zwischen je zwei der ersten Blockprofile angeordneten Lamellen reduzieren sich durch die flexible Ausbildung der ersten Blockprofile um etwa 30% gegenüber der herkömmlichen Ausgestaltung der Blockprofile. The stresses caused by cyclic thermal stress on the arranged between each two of the first block profiles slats are reduced by the flexible design of the first block profiles by about 30% compared to the conventional design of the block profiles.
In gleichem Maße reduzieren sich die durch zyklische thermische Belastung verursachten Spannungen auf die Trennbleche am Rand der ersten Blockprofile aufgrund der Wärmeausdehnung in Blockbreitenrichtung durch die Vergrößerung des Verhältnisses von Biegelänge zur Durchbiegung des Trennbleches bei einer Verformung des Trennbleches sowie durch eine Verringerung der zyklischen Temperaturdifferenz zwischen dem flexiblen ersten Blockprofil und den vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen in den Prozesspasssagen des Wärmeaustauscherblocks um den Faktor 3 bis 4. Die Lebensdauer der Trennbleche erhöht sich dadurch in Abhängigkeit von den durch die Wärmeausdehnung in Blocklängenrichtung verursachten thermischen Spannungen um einen Faktor 1,5 bis 3. To the same extent, the stresses caused by cyclic thermal stress on the baffles at the edge of the first block profiles due to the thermal expansion in the block width direction by increasing the ratio of bending length for deflecting the baffle in a deformation of the baffle and by reducing the cyclic temperature difference between the flexible first block profile and preferably designed as turbulators lamellae. As a result, the service life of the lamellae, which are preferably designed as turbulators, in the process passages of the heat exchanger block increases by a factor of 3 to 4. The service life of the separator plates thereby increases by a factor of 1.5 to 3, depending on the thermal stresses caused by the thermal expansion in the block length direction ,
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Basis der Blockprofile parallel zur Laufrichtung der Strömungskanäle des Kühlmediums verlaufende Ausnehmungen auf, welche insbesondere schlitzförmig ausgebildet sind. Dadurch erhöht sich zum einen die Flexibilität des Blockprofils, zum zweiten reduziert sich durch das Einbringen der Ausnehmungen auch die Masse des Blockprofils, so dass dadurch auch die Aufnahmekapazität des Blockprofils reduziert wird. Schließlich wird durch die Einbringung der Ausnehmungen auch eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche am Blockprofil und damit einer Verringerung der thermischen Spannungen erreicht. According to a preferred embodiment variant, the base of the block profiles has recesses running parallel to the running direction of the flow channels of the cooling medium, which recesses are in particular slot-shaped. This increases on the one hand the flexibility of the block profile, the second reduced by the introduction of the recesses and the mass of the block profile, thereby also the absorption capacity of the block profile is reduced. Finally, an enlargement of the heat-transferring surface on the block profile and thus a reduction of the thermal stresses is achieved by the introduction of the recesses.
Die Enden der Ausnehmungen im Innern der Basis sind gemäß einer weiteren Ausführungsvariante aufgeweitet ausgebildet, was zum einen zu einer weiteren Erhöhung der Flexibilität des Blockprofils und auch zu einer weiteren Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche des Blockprofils führt. The ends of the recesses in the interior of the base are widened according to a further embodiment variant, which leads to a further increase in the flexibility of the block profile and also to a further enlargement of the heat-transmitting surface of the block profile.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Ausnehmungen alternierend auf der den Lamellen abgewandten Seite und der den Lamellen zugewandten Seite angeordnet. According to a further preferred embodiment, the recesses are arranged alternately on the side facing away from the lamellae and the side facing the lamellae.
Besonders bevorzugt ist dabei die Summe der Länge der alternierend angeordneten Ausnehmungen größer als die Länge der Basis des ersten Blockprofils, so dass in Längserstreckung der Basis betrachtet, sich die im Innern der Basis befindenden Enden der Ausnehmungen teilweise überlappen. In this case, the sum of the lengths of the alternately arranged recesses is particularly preferably greater than the length of the base of the first block profile, so that viewed in the longitudinal extent of the base, the ends of the recesses located in the interior of the base partially overlap.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, des Blockprofils, des Sammelkastens und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern. In the following description of the figures, terms such as above, below, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the heat exchanger, the block profile, the collecting box and the like chosen in the respective figures. These terms are not intended to be limiting, that is to say, by different working positions or the mirror-symmetrical design or the like, these references may change.
In
Durch die Abmaße der rechteckig ausgebildeten Trennblechen
Wie in den
Zwischen den Sammelkästen
Die Strömungskanäle
Die Strömungskanäle
Sowohl die Bestandteile des Wärmeaustauscherblocks
Um die Auswirkungen zyklischer Innendruckbelastungen am Wärmeaustauscher als auch die Auswirkungen zyklischer thermischer Belastungen herabzusetzen, sind die ersten Blockprofile
Erfindungsgemäß ist eine den Lamellen
Wie in den
Um die von der Basis
Die federnde Ausbildung erfolgt dabei insbesondere durch parallel zur Strömungsrichtung X der Strömungskanäle
Bevorzugt ist die Schlitztiefe m außerdem um mindestens 1mm kleiner als die als a-Maß (Höhe des in eine beliebige Nahtform einsetzbaren Dreieckes) bezeichnete Nahtdicke der Schweißnaht
Die Breite h1 dieser schlitzförmigen Ausnehmungen
Die Ausnehmungen
Eine gegenüber der in
Bei der in
Im Folgenden werden weitere Ausgestaltungen des ersten Blockprofils
Bei den Ausgestaltungsvarianten des ersten Blockprofils gemäß den
Bei der in
Die Länge aller sich von der den Lamellen
Bei der in
Die Länge t der Vertiefungen
Die Vertiefung
Bei der in
Bei der in
Bei der in
Wie
Die
Bei den Ausführungsvarianten gemäß
Bei der in
In einer nochmals alternativen Ausgestaltung des ersten Blockprofils
Schließlich sind bei der Ausführungsvariante gemäß
Wie
Zur weiteren Entlastung der Trennbleche und der Turbulatoren ist es ebenfalls denkbar, die ersten und/oder zweiten Blockprofile
Sämtliche der oben genannten Abmaße der Längen, Tiefen, Breiten oder Durchmesser der Ausnehmungen, Vertiefungen usw. der ersten Blockprofile sind dabei vorzugsweise entsprechend der oben genannten Gleichungen gewählt, um durch die oben beispielhaft beschriebenen Möglichkeiten zur Erhöhung der Flexibilität bzw. Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche der ersten Blockprofile auf die Trennbleche und die zweiten Lamellen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Wärmeaustauscherblock heat exchanger coil
- 2 2
- Platte plate
- 3 3
- erstes Blockprofil first block profile
- 31 31
- Basis Base
- 32 32
- Schenkel leg
- 33 33
- Ausnehmung recess
- 34 34
- Öffnungsspalt opening gap
- 35 35
- Innenfläche palm
- 36 36
- Steg web
- 361 361
- Vertiefung deepening
- 37 37
- Steg web
- 38 38
- Ausnehmung recess
- 38a 38a
- Ausnehmung recess
- 38b 38b
- Ausnehmung recess
- 381 381
- Ausweitung expansion
- 39 39
- Ausnehmung recess
- 4 4
- Strömungskanäle Kühlmedium Flow channels cooling medium
- 5 5
- Strömungskanäle Prozeßmedium Flow channels Process medium
- 6 6
- zweites Blockprofil second block profile
- 7 7
- Sammelkasten collection box
- 71 71
- Sammelraum plenum
- 72 72
- Kopfwand des Kastenprofils Headboard of the box profile
- 73 73
- Seitenwand Side wall
- 8 8th
- Sammelkasten collection box
- 9 9
- Lamellen lamella
- 10 10
- Lamellen/Turbulator Lamella / turbulator
- 101 101
- Nocken cam
- 102 102
- Flanke flank
- 11 11
- Eingangsstutzen inlet connection
- 12 12
- Schweißnaht Weld
- 13 13
- Stirnwand bulkhead
- 14 14
- Endblech end plate
- 15 15
- Schweißnaht Weld
- L L
- Länge des Wärmeaustauscherblocks Length of the heat exchanger block
- B B
- Breite des Wärmeaustauscherblocks Width of the heat exchanger block
- T T
- Tiefe des Wärmeaustauscherblocks Depth of the heat exchanger block
- X X
- Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums Flow direction of the medium to be cooled
- Y Y
- Strömungsrichtung des Kühlmediums Flow direction of the cooling medium
- a a
- Länge des Blockprofils Length of the block profile
- b b
- Länge der Basis des Blockprofils Length of the base of the block profile
- c c
- Länge der Schenkel des Blockprofils Length of the legs of the block profile
- d d
- Durchmesser der Ausnehmung Diameter of the recess
- d1 d1
- Durchmesser der Ausweitung Diameter of the extension
- d2 d2
- Durchmesser der Ausweitung Diameter of the extension
- d3 d3
- Durchmesser der Ausnehmung Diameter of the recess
- d4 d4
- Breite der Ausnehmung Width of the recess
- e e
- Breite des Öffnungsspaltes Width of the opening gap
- h1 h1
- Breite der Ausnehmung Width of the recess
- h2 h2
- Breite der Ausnehmung Width of the recess
- h3 h3
- maximale Breite der Ausnehmung maximum width of the recess
- h4 h4
- maximale Breite der Ausnehmung maximum width of the recess
- k k
- Länge der Ausnehmung Length of the recess
- m m
- Länge der Ausnehmung Length of the recess
- n n
- Länge der Ausnehmung Length of the recess
- p1 p1
- Abstand zwischen zwei Ausnehmungen Distance between two recesses
- p2 p2
- Abstand zwischen zwei Ausnehmungen Distance between two recesses
- r1 r1
- Breite der Ausnehmung Width of the recess
- r2 r2
- Breite der Ausnehmung Width of the recess
- s1 s1
- Länge der Ausnehmung Length of the recess
- s2 s2
- Länge der Ausnehmung Length of the recess
- t t
- Länge der Vertiefung Length of the recess
- s(T) s (T)
- Materialstärke des Turbulators Material thickness of the turbulator
- t(T) t (T)
- Nockenteilung des Turbulators Cam pitch of the turbulator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 20208748 U1 [0002] DE 20208748 U1 [0002]
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Family Applications (1)
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DE202011052186U Expired - Lifetime DE202011052186U1 (en) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | heat exchangers |
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