DE2051630C3

DE2051630C3 - Heat exchanger for a cooling system of electrical equipment that works according to the thermosiphonic flow principle

Info

Publication number: DE2051630C3
Application number: DE19702051630
Authority: DE
Inventors: Kenneth Lee Lansing Mich. Kaltz (V.St-A.)
Original assignee: Tranter Manufacturing Inc
Current assignee: Tranter Manufacturing Inc
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1977-02-10

Description

Die Erfindung betrifft einer. Wärmetauscher für nach dem thermosiphonischen Prinzip arbeitenden Kühlsystem von elektrischen Einrichtungen, wie Transformatoren od. dgl. bestehend aus einer Mehrzahl von Strömungsräumen für das zu kühlende Fluid bildende gleichen Plattenelementen, die über senkrecht zu den Plattenelementen verlaufende Einlaß- und Auslaßverteiler miteinander mechanisch verbunden und strömungsmäßig parallel geschaltet sind, bei dem jedes Plattenelement aus zwei im wesentlichen gleichen langgestreckten Stanzblechen besteht, die längs ihrer aufeinanderliegender Ränder zur Bildung des Strömungsraumes miteinander verbunden sind und nahe ihrer Enden jeweils in Fluchtung liegende und in entgegengesetzte Richtungen weisende angeformte Kragen aufweisen, die teleskopartig mit dem entsprechenden Kragen des benachbarten Plattenelementes zur Bildung der Einlaß- und Auslaßverteiler verbindbar sind und bei dem wenigstens eines der Stanzbleche 13 dem Bereich zwischen den Kragen Wellungen od. dgl die Wärmeübertragungsfläche vergrößernde Verformungen aufweistThe invention relates to one. Heat exchanger for a cooling system that works according to the thermosiphonic principle of electrical devices, such as transformers or the like. Consisting of a plurality of Flow spaces for the fluid to be cooled forming the same plate elements that are perpendicular to the Inlet and outlet manifolds extending through plate members are mechanically interconnected and fluidically connected are connected in parallel, in which each plate element of two are essentially the same there is elongated stamped metal sheets along their superimposed edges to form the flow space are connected to each other and are in alignment near their ends and in opposite directions have molded collar that telescopes with the corresponding Collar of the adjacent plate element connectable to form the inlet and outlet manifolds are and in which at least one of the punched sheets 13 the area between the collar corrugations or the like the heat transfer surface has increasing deformations

Es ist ein Kühler zum Kühlen von großen, in öl eingetauchten elektrischen Transformatoren bekannt, bei dem es auf eine hohe Kühlleistung ankommt, um die Raumbeanspruchung und den Materialaufwand klein halten zu können (vgL britische Patentschrift 11 46 740). Bei diesem bekannten Kühler besteht jedes Plattenelement aus zwei entlang eines flachen Randes miteinander verschweißten Blechen. Unmittelbar in der Nähe des einen Randes sind von den Blechen in entgegengesetzte Richtungen ausgeformte Kragen oder Stutzen vorgesehen, welche im Durchmesser geringfügig voneinander abweichen, so daß die Kragen benachbarter plattenförmiger Elemente teleskopartig ineinander greifen können. Auf diese Weise erfolgt die Verbindung der plattenförmigen Elemente miteinander sowohl in mechanischer als auch in strömungsmäßiger Hinsicht Die in Fluchtung liegenden Kragen bilden dabei den Einlaß- bzw. den Auslaßverteiler.It is a cooler for cooling large, in oil submerged electrical transformers known, in which it depends on a high cooling capacity to the To be able to keep the space requirement and the cost of materials small (see British Patent 11 46 740). In this known cooler, each plate element consists of two along a flat edge with one another welded sheets. Immediately near one edge are from the metal sheets in opposite ones Directions shaped collars or sockets are provided, which are slightly apart in diameter differ, so that the collars of adjacent plate-shaped elements can telescope into one another. In this way, the plate-shaped elements are connected to one another both in mechanically as well as in terms of flow. The collars lying in alignment form the Inlet or outlet manifold.

Bei einer ähnlichen Anordnung (vgl. französische Patentschrift 11 90414) können die Kragen auch mehr oder weniger trichterförmig ausgebildet sein, wobei der eine Kragen nach innen zurückgestülpt ist so daß die Ränder der ineinander geschobenen Kragen in Fluchtung zueinander liegen und miteinander verschweißt werden können.With a similar arrangement (cf. French patent specification 11 90414), the collars can also do more or less funnel-shaped, with one collar turned back inward so that the The edges of the collars pushed into one another are in alignment with one another and welded to one another can be.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß dieser noch bei wesentlich einfacherem Aufbau eine bessere Durchströmung der plattenförmigen Elemente gewährleistet und eine Verringerung des Strömungswiderstandes ermöglichtIt is the object of the invention to further develop a heat exchanger of the type indicated at the outset in such a way that this still with a much simpler structure a better flow through the plate-shaped elements guaranteed and enables a reduction in flow resistance

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das oder jedes Plattenelement zwischen jedem Ende des Wellen od. dgl. aufweisenden Bereiches und dem zugehörigen durch Kragen gebildeten Verteiler jeweils einen in Richtung senkrecht zum Plattenelement gegenüber dem gewellten Bereich erweiterten Halsabschnitt und einen gegenüber diesem senkrecht zum Plattenelement erweiterten Sammelabschnitt aufweist der den Halsabschnitt mit dem zugehörigen Verteiler verbindet, und daß der an dem einen Stanzblech angeformte Kragen von gegenüber dem anderen Kragen geringfügig kleinerem Durchmesser, über eine Anschlagschulter für den Kragen von größerem Durchmesser des angrenzenden Plattenelementes an den Sammelabschnitt anschließt. Bei dieser Ausbildung greifen die zylindrischen Kragen bei genau vorherbestimmbarer Uberdeckung ineinander, ohne daß es bei der Montage dazu besonderer Aufmerksamkeit seitens des Monteurs bedarf. Gleichzeitig werden dabei die Kragen in ihrer gegenseitigen Überlappungslage zuverlässig gesichert, bis sie durch Hartlöten fest miteinander verbunden werden können. Das Hartlöten kann daher für den gesamten Wärmetauscher in einem einzigen Vorgang ausgeführt werden.This object is achieved according to the invention in that the or each plate element between each The end of the area having waves or the like and the associated distributor formed by a collar in each case a neck section which is widened in the direction perpendicular to the plate element in relation to the corrugated area and has a collecting section which is widened in relation to this perpendicular to the plate element which connects the neck portion with the associated manifold, and that of the one punched sheet molded collar of slightly smaller diameter compared to the other collar, over a Stop shoulder for the collar of larger diameter of the adjacent plate element connects to the collecting section. In this training, the cylindrical collars engage with precisely predeterminable Overlap into one another without special attention being paid to it during assembly of the fitter. At the same time, the collars are in their mutual overlapping position reliably secured until they can be firmly connected to one another by brazing. The brazing can therefore be carried out for the entire heat exchanger in a single operation.

Die durch die ineinandergreifenden Kragen gebildeten Einlaß- und Auslaßverteiler stehen mit den eigentlichen Wärmetauscherabschnitten der Plattenwärmetauscher, welche durch wellenförmige oder anders verformte Abschnitte zwischen den beidenThose formed by the interlocking collars Inlet and outlet manifolds are with the actual heat exchanger sections of the plate heat exchangers, which by undulating or otherwise deformed sections between the two

Verteilern bestimmt sind, über abgestufte Strömungsquerschnitte in Verbindung. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß ein nahezu widerstandsfreier Eintritt von den Verteilern in den Wärmetauscherabschnitt bzw. Austritt von diesem in den Verteiler gewährleistet ist Gleichzeitig wird durch die Ausbildung sichergestellt, daß das Wärmetauscherfluid gleichförmig auf die ganze Breite und damit auf die ganze Ausdehnung der plattenförmigen Elemente ausgebreitet oder verteilt wird. Hierdurch werden alle Flächen gleichförmig von dem Wärmetauscherfluid beaufschlagt Durch den gewellten Abschnitt wird der Wärmeübergang von dem zu kühlenden Mittel an die Atmosphäre wesentlich verbessert Vor allem aber ergibt sich auch bei größerer Anzahl von parallel zueinander geschalteten plattenförmigen Elementen nur ein geringer Strömungswiderstand, da das Fluid zwischen den Verteilern und dem gewählten Abschnitt der Plattenelemente unbehindert und ohne nennenswerten Widerstand ein- und ausströmen kann.Manifolds are intended to be connected via graduated flow cross-sections. The arrangement is like this made that an almost resistance-free entry from the distributors into the heat exchanger section or Exit from this into the distributor is guaranteed At the same time, the training ensures that the heat exchange fluid is uniform over the entire width and thus over the entire extent of the plate-shaped elements is spread or distributed. This will make all surfaces uniform from the heat exchanger fluid acted upon by the corrugated section, the heat transfer from the Means to be cooled to the atmosphere are significantly improved Number of plate-shaped elements connected in parallel to one another only a low flow resistance, since the fluid between the manifolds and the selected portion of the plate elements is unobstructed and can flow in and out without significant resistance.

Vorteilhafterweise ist der Kragen, der die Anschlagschulter aufweist, an seiner freien Stirnkante radial eingeschnürt um so das Ineinanderschieben der Kragen zu erleichtern und eine Verklemmung vor der Anschlagschulter zu vermeiden.The collar, which has the stop shoulder, is advantageously radial on its free front edge constricted in order to facilitate the telescoping of the collar and a jamming in front of the Avoid stop shoulder.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment explained it shows

F i g. 1 im Ausschnitt die Stirnansicht eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten, wobei die Schnittebene entlang der Linie 1-1 der F i g. 2 geführt ist,F i g. 1 in the cutout the front view of a heat exchanger according to the invention, partially in section, wherein the cutting plane along the line 1-1 of FIG. 2 is performed,

F i g. 2 durch den neuen Wärmetauscher entlang der Schnittlinie 2-2 der F i g. 1 undF i g. 2 through the new heat exchanger along section line 2-2 of FIG. 1 and

Fig.3 eine Seitenansicht eines Ausschnittes des Wärmetauschers.3 shows a side view of a section of the heat exchanger.

Der in F i g. 3 dargestellte Wärmetauscher tO ist über eine Schweißnaht 11 mit dem Gehäuse einer Wand eines Transformators 12 fest verbunden. Der Wärmetauscher dient dazu, die im Transformator entwickelte und von einem Kühlöl aufgenommene Wärme an die Atmosphäre abzugeben.The in F i g. 3 illustrated heat exchanger tO is over a weld 11 firmly connected to the housing of a wall of a transformer 12. The heat exchanger serves to transfer the heat developed in the transformer and absorbed by a cooling oil to the Give off atmosphere.

Der Wärmetauscher besteht aus einer Mehrzahl von Strömungsräume für das zu kühlende Fluid bildenden gleichen Plattenelementen 16, die im gegenseitigen Abstand aufrechtstehend angeordnet sind. Jedes Plattenelement besteht aus zwei im wesentlichen gleichen langgestreckten dünnen Stanzblechen 17, 18. Die Plattenelemente sind über senkrecht zu den Plattenelementen verlaufende Einlaß- und Auslaßverteiler miteinander mechanisch verbunden unci strömungsmäßig parallelgeschaltet In den Figuren ist der untere Einlaßverteiler 20 dargestellt. Die langgestreckten und zu einem Plattenelement gehörenden Stanzbleche 17, 18 sind längs ihrer aufeinanderliegender! Außenränder 21 zur Bildung des Strömungsraumes miteinander verbunden. Die Verbindung kann durch Schweißen oder Lötung oder auf andere Weise erfolgen.The heat exchanger consists of a plurality of flow spaces for the fluid to be cooled same plate elements 16, which are arranged upright at a mutual distance. Every panel element consists of two essentially the same elongated thin punched metal sheets 17, 18. The Plate elements are connected to one another via inlet and outlet manifolds extending perpendicular to the plate elements mechanically connected and connected in parallel in terms of flow. In the figures, the lower Inlet manifold 20 is shown. The elongated punching sheets 17 belonging to a plate element, 18 are superimposed along them! Outer edges 21 to form the flow space with one another connected. The connection can be made by welding or soldering or in some other way.

Wenigstens eines der Stanzbleche, im dargestellten Beispiel beide Stanzbleche, die zu einem Plattenelement gehören, sind in dem Bereich 25 zwischen ihren Enden mit Wellungen versehen, die in Längsrichtung der Stanzbleche verlaufen und durch in Abständen angeordnete parallele Schweißzonen 26 in entsprechende Felder unterteilt sind. Die Wellentäler 27 der zusammengehörigen Stanzbleche 17 und 18 liegen in einem gegenseitigen Abstand.At least one of the punched sheets, in the example shown, both punched sheets, which form a plate element belong, are provided in the region 25 between their ends with corrugations that extend in the longitudinal direction of the Punched sheets run and through spaced parallel welding zones 26 in corresponding Fields are divided. The wave troughs 27 of the associated punching plates 17 and 18 are in one mutual distance.

Die Einlaß- und Auslaßverteiler, z. B. der Einlaßverteiier 20, werden durch den Stanzblechen 17 und 18 zugeordnete Kragen 29, 31 gebildet Der Kragen 29 schließt an das Stanzblech 18 über eine Krümmung an, während der Kragen 31 an das Stanzblech 17 über eine Anschlagschulter 30 für den Kragen 29 anschließt welch letzterer einen geringfügig größeren Durchmesser als der Kragen 31 aufweist so daß die beiden KragenThe inlet and outlet manifolds, e.g. B. the inlet distributor 20, are formed by collars 29, 31 assigned to the punching plates 17 and 18 connects to the punched sheet 18 via a curvature, while the collar 31 to the punched sheet 17 via a Stop shoulder 30 for the collar 29 connects which the latter has a slightly larger diameter than the collar 31 has so that the two collars

ίο teleskopartig ineinander geschoben werden können, wobei der Einschub durch die Anschlagschulter 30 begrenzt wird. Der Kragen 31 von kleinerem Durchmesser ist an seiner freien Stirnkante 32 radial eingeschnürt um das Zusammenschieben der Teile zu erleichtern.ίο can be telescoped into one another, the insertion being limited by the stop shoulder 30. The collar 31 of smaller diameter is constricted radially at its free end edge 32 to prevent the parts from being pushed together facilitate.

Jedes Stanzblech 17 und 18 ist jeweils zwischen jedem Ende des die Weitungen od. dgl. aufweisenden Bereiches 25 und dem zugehörigen durch die Kragen 29, 31 gebildeten Verteiler 20 jeweils zu einem in Richtung senkrecht zum Plattenelement gegenüber dem gewellten Bereich 25 erweiterten Halsabschnitt 24 ausgeformt, der seinerseits in den die Kragen umgebenden Bereich gegenüber dem Halsabschnitt senkrecht zum Plattenelement zu einem Sammelabschnitt 23 erweitert der den Halsabschnitt mit dem zugehörigen Verteiler verbindet. Auf diese Weise erhält man große Eintrittsund Austrittsquerschnitte für das Kühlfluid, so daß sich eine von Strömungswiderständen wesentlich freie, intensive gleichmäßige Strömung in allen parallel geschalteten Plattenelementen ergibt. Gleichzeitig erhält man eine relativ große Berührungsfläche zwischen Fluid und Stanzblechen, so daß der Wärmetauscher mit großer Wärmetauschleistung auch bei relativ geringen Abmessungen und geringem Gewicht ausgebildet werden kann.Each punched sheet 17 and 18 is in each case between each end of the area having the widenings or the like 25 and the associated manifold 20 formed by the collar 29, 31 each to one in the direction Neck section 24 which is enlarged perpendicular to the plate element opposite the corrugated area 25, which in turn in the area surrounding the collar opposite the neck portion perpendicular to the plate element to a collecting section 23 which extends the neck section with the associated distributor connects. In this way, large inlet and outlet cross-sections for the cooling fluid are obtained, so that an intensive uniform flow in all parallel, essentially free of flow resistance switched plate elements results. At the same time, you get a relatively large contact area between fluid and stamped sheets, so that the heat exchanger with high heat exchange capacity even with relatively small dimensions and light weight can be formed.

An einem Ende ist der Einlaßverteiler 20 durch eine Kappe 34 verschlossen, die auf den Kragen 31 aufgeschoben ist. Am anderen Ende des Einlaßverteilers ist ein Anschlußrohrstück 35 mit einem verjüngten Abschnitt 36 in den Kragen 29 eingeschoben.At one end the inlet manifold 20 is closed by a cap 34 which is placed on the collar 31 is postponed. At the other end of the inlet manifold is a connector pipe 35 with a tapered Section 36 pushed into the collar 29.

Bei der Herstellung des Wärmetauschers 10 werden die Stanzbleche 17 und 18 eines jeden plattenförmigen Elementes an ihren aufeinander liegenden Rändern 21 durch Schweißung fest miteinander verbunden. Danach werden die Plattenelemente 16 in der in Fig. 2 und F i g. 3 gezeigten Weise aufeinander gereiht, indem die Kragen 29, 31 teleskopartig bis zum Anschlag ineinander geschoben werden. Am einen Ende jedes Verteilers wird eine Verschlußkappe 34 und am anderen Ende ein Anschlußrchr 35 eingeschoben.During the manufacture of the heat exchanger 10, the punched sheets 17 and 18 of each are plate-shaped Element firmly connected to one another at their superposed edges 21 by welding. After that the plate elements 16 in the in Fig. 2 and F i g. 3 lined up in a row by the Collars 29, 31 telescopically pushed into one another until it stops. At one end each A closure cap 34 and at the other end a connector 35 is inserted into the distributor.

Danach wird jeweils ein Ring oder Band aus einem Hartlötmittel um die einzelnen Verbindungsstellen gelegt, worauf der zusammengesetzte Wärmetauscher in einem Ofen mit Stickstoffatmosphäre eingebracht und auf Hartlöttemperatur erhitzt wird. Dabei fließt das Kupferlot unter Kapillareinwirkung in die Spalte der teleskopartig übereinander geschobenen Teile. Nach Abkühlung entstehen an diesen Verbindungsstellen mechanisch feste und dichte Lötverbindungen, die in Fig.2 mit 38 bezeichnet sind. Man erhält also einen leichtgewichtigen Wärmetauscher aus einfachen und leicht und billig herzustellenden Einzelteilen, die leicht und ohne weitere Hilfsmittel zusammengesetzt und in einem einzigen Arbeitsgang schließlich miteinander verbunden werden können.A ring or band of brazing agent is then placed around each joint placed, whereupon the assembled heat exchanger is placed in a furnace with a nitrogen atmosphere and heated to brazing temperature. The copper solder flows into the column of the under capillary action Parts pushed telescopically one on top of the other. After cooling, these connection points develop mechanically strong and tight soldered connections, which are denoted by 38 in FIG. So you get one lightweight heat exchanger made of simple and easy and cheap to manufacture individual parts that are easy and assembled without any further aids and finally together in a single operation can be connected.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger for one after the thermosiphonic Cooling system of electrical equipment such as transformers that works on the principle of flow oddgU consisting of a plurality of Flow spaces for the fluid to be cooled forming the same plate elements that are perpendicular to Inlet and outlet manifolds extending to the plate elements are mechanically connected to one another and are connected in parallel in terms of flow, with each plate element consisting of two im consists essentially of the same elongated punched metal sheets along their superposed edges are connected to each other for the formation of the flow space and close to their ends in In alignment and pointing in opposite directions, molded collars telescopically with the corresponding collar of the adjacent plate element to form the Inlet and outlet manifolds are connectable, and in which at least one of the punched sheets in the Area between the collar corrugations or the like. Deformations increasing the heat transfer surface having, characterized in that the or each plate element (16) od between each end of the corrugations. having area (25) and the associated manifold formed by collars (29, 31), respectively one widened in the direction perpendicular to the plate element in relation to the corrugated area Neck section (24) and a collecting section that is widened in relation to this perpendicular to the plate element (23) which connects the neck portion to the associated manifold (20) and that which is formed on one punched sheet ^ collar (31) from opposite to the other collar (29) slightly smaller diameter over a stop shoulder (30) for the collar of larger Diameter of the adjacent plate element adjoins the collecting section (23).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the collar (31) which the Has stop shoulder (30), is constricted radially at its free end edge (32).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the telescopic interlocking parts of the plate elements (16) are sealingly connectable by brazing.