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Rundwärmetauscher für Radialgebläse und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rundwärmetauscher für Radialgebläse, mit in
Abstand nebeneinander angeordneten, miteinander in Verbindung stehenden Ringräumen
für ein durch diese hindurchfließendes Medium und mit-zwischen den Ringräumen befindlichen,
in radialer Richtung offenen Zwischenräumen für ein in radialer Richtung hindurchströmendes
gasförmiges Medium.
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Der-Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde-, einen Rundwärmetauscher
für Radialgebläse zu schaffen, der einen großen Wirkungsgrad hat und einen geringen
Fertigungsaufwand erfordert.
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Die Aufgabe ist bei einem Rundwärmetauscher der eingangs genannten
Art gemaß der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Zwischenräumen jeweils eine ringförmige
Blechlamelle angeordnet ist, die von innen nach außen verlaufende Wellen aufweist,
deren axiale Erstreckung und deren Wellenzahl von innen nach außen abnimmt und die
Durchströmkanäle bilden, die sich in der Ebene der Blechlarnelle jeweils nach außen
hin erweitern und rechtwinklig zur Ebene der Blechlamelle nach außen hin verengen,
und daß die Blechlamelle auf beiden Seiten entlang der Wellen zumindest teilweise
an die benachbarten Ringräume begrenzenden Trennblechen anliegt. Unter Wellenzahl
ist hierbei die Anzahl ganzer Wellen bezogen auf eine Längeneinheit zu verstehen.
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Dadurch, daß in den Zwischenräumen jeweils eine Biechlamelle mit von
innen nach außen verlaufenden Wellen angeordnet ist, sind in den Zwischenrätunen
große Austauschflächen geschaffen, die zu einem hohen Wirkungsgrad des RundwArmetauschers
führen.
Dadurch, daß die axiale Erstreckung der Wellen und deren Wellenzahl von innen nach
außen abnimmt und Durchströmkanäle gebildet sind, die sich in der Ebene der Blechlamelle
jeweils nach außen hin erweitern und rechtwinklig zur Ebene der Blechlamelle nach
außen hin verengen, ist erreicht, daß das gasförmige Medium im wesentlichen mit
gleichförmiger Geschwindigkeit in etwa radialer Richtung durch die Zwischenräume
hindurchströmt, so daß eine gleichmäß9ge und optimale Wärmeübertragung erzielt und2XaXurch
der Wirkungsgrad gesteigertist. Ferner ist erreicht, daß der Rundwärmetauscher aus
einzelnen Blechteilen zusammengesetzt werden kann, da die Austauschflächen von in
den Zwischenräumen angeordneten Blechlamellen gebildet und die Ringräume von Trennblechen
begrenzt sind. Dieser Aufbau ermöglicht eine Fertigung des Rundwärmetauschers mit
geringem Aufwand.
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Ferner führt dieser Aufbau zu einem Rundwärmetauscher mit relativ
geringem Gewicht bei hohem Wirkungsgrad.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen
eines erfindungsgemäßen Rundwärmetauschers.
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Dieses Verfahren besteht gemäß der Erfindung darin, daß man zur Bildung
der Blechlamellen von einem rechteckigen Blechstreifen ausgeht, dessen Breite so
groß ist wie das radiale Ringmaß der Blechlamelle, daß man in den Blechstreifen
quer zu seiner Längskante gerichtete Wellen mit an beiden Längsrändern gleicher
Wellenzahl einprägt, daX man sodann den gewellten Blechstreifen in der Streifenebene
zu einem Ring biegt, daß man die ringförmigen Trennbleche unter Zwischen fügen von
inneren und äußeren ringförmigen Abschlußstreifen zur Bildung der Ringräume aufeinanderlegt,
zwischen die benachbarten Trennbleche auf den den Ringräumen abgewandten Seiten
jeweils
eine Blechlamelle und zwei in benachbarte Ringräume einmündende,
die Blechlamelle durchsetzende Rohrstücke einbringt und daß man das so gebildete
Paket zusammenspannt und in eine Lötvorrichtung zum Zusammenlöten der Einzelteile
einführt.
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Dadurch, daß man von einem rechteckigen Blechstreifen ausgeht, dessen
Breite so groß ist wie das radiale Ringmaß der-Blechlamelle, daß man in den Blechstreifen
quer zu seiner Längskante gerichtete Wellen mit an beiden Längsrändern gleicher
Wellenzahl einprägt und sodann den gewellten Blechstreifen in der Streifenebene
zu einem Ring biegt, sind mit außerordentlich geringem Aufwand Blechlamellen mit
großen Austauschflächen für die Zwischenräume herstellbar. Dadurch, daß man zuerst
die Wellen in den Blechstreifen einprägt und diesen sodann zu einem Ring biegt,
erfolgt beim Biegen eine Verformung der Wellen dergestalt, daß beim fertigen Ring
einerseits die Wellenzahl am inneren Rand größer als am äußeren Rand ist und zu
diesem hin abnimmt, wodurch in der Ebene des Ringes sich nach außen erweiternde
Durchströmkanäle entstehen, und andererseits die rechtwinklig zur Ebene des Ringes
gemessene, d.h. axiale Erstreckung von innen nach außen abnimmt, wodurch sich die
Durchströmkanäle-in der Ebene rechtwinklig zur Ringebene nach außen hin verengen.
Die sich bildende Erweiterung der Durchströmkanäle in der Ringebene, die zu einer
für die Wärmeübertragung an sich ungünstigen Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit
führt, wird somit durch dle sich bei diesem verfahren bildende Verengung rechtwinklig
zur Ringebene in etwa kompensiert, so daß das gasförmige Medium durch die Durchströmkanäle
mit im wesentlichen gleich förmiger Strömungsgeschwindigkeit hindurchströmen kann.
Der geringe Fertigunqsaufwand für die Herstellung der Blechlamellen führt somit
trotz der Fertigungsvereinfachung zu strömungstechnisch vorteilhaften
Blechlamellen.
Auch die übrigen Verfahrensgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen eine
Fertigung mit geringen Kosten.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht eines Rundwärmetauschers mit
einem Radialgebläse, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Schnitt
entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht des Rundwärmetauschcrs
in Fig. 1, Fig. 4 eine perspektivische vergrößerte Ansicht eines Teils einer Blechlamelle
des Rundwärmetauschers, Fig. 5 einen Schnitt der Blechlamelle entlang der Linie
V-V in Fig. 4und Fig. 6 eine perspektivische vergrößerte Ansicht eines Teils der
Blechlamelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 ist ein Rundwärmetauscher 10 gezeigt, der konzentrisch zum
Laufrad 11 eines nicht weiter gezeigten Radialgebläses angeordnet ist, das sich
durch den Rundwärmetauscher hindurcherstreckt. Der Wärmetauscher 10 kann vorzugsweise
als luftgekühlter Olkülller verwendet
werden, bei dem als zu kühlendes
Medium öl und als gasförmiges Medium Luft verwendet werden.
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Für das Durchströmen des Öles sind mehrere in Abstand nebeneinander
angeordnete Ringräume 12 vorgesehen, die in axialer Richtung jeweils von zwei ringförmigen
Trennblechen 13 und 14 begrenzt sind, zwischen die ringförmige innere Abschlußstreifen
15 und äußere Abschlußstreifen-16 eingelegt sind, die den Ringraum in radialer Richtung
begrenzen. Die benachbarten Ringräume 12 stehen an zwei einander diametral gegenüberliegenden
Stellen jeweils über gleich große Flachrohrstücke 77 miteinander in Verbindung,
die jeweils auf den den zugeordneten Ringräumen 12 abgewandten und einander zugewandten
Seiten zweier Trennbleche 13 und 14 anliegen und in die benad barten Ringräume e-inmünden.
Zu diesem Zweck weisen die Trennbleche 13 und 14 dem Querschnitt der Flachrohrstücke
17 etwa entsprechende Aussparungen 18 bzw. 19 auf. Für den Zufluß und Abfluß des
Öls ist an den an den Stirnseiten des Pakets angeordneten Trennblechen ein Zuflußstutzen
20 bzw. Abflußstutzen 21 befestigt. Das den Zuflußstutzen 20 bzw. Abflußstutzen
21 tragende Trennblech ist an der diametral gegenüberliegenden Stelle nicht mit
einer Aussparung versehen, so daß es den Zufluß- bzw. Ab flußkanal in axialer Richtung
abschließt.
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zwischen den öl führenden Ringräumen 12 sind in radialer Richtung
offene Zwischenräume für die in etwa radialer Richtung von innen nach außen hindurchströmende
Luft vorgesehen. In diesen Zwischenräumen sind jeweils ringförmige Blechlamellen
22 angeordnet, die jeweils beim gezeigten Ausführungsbeispiel radial gerichtete
Wellen 23 aufweisen, entlang denen die Blechlamellen 22 zumindest teilweise an den
Trennblechen 13 und 14 anliegen. Die axiale Breite
der Zwischenräume
ist im wesentlichen von den Flachrohrstücken 17 vorgegeben, die die Trennbleche
13 und 14 in Abstand voneinander halten. Die Wellen 23 der Blechlamellen bilden
mit den Trennblechen radiale Durchströmkanäle7l#ür die Luft. Infolge der großen
Austauschflächen der Blechlamellen 22 ist ein großer Wirkungsgrad des Kühlers erzielt.
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Die Blechlamellen weisen jeweils zwei etwa diametral gegenüberliegende
DurchbrUch3 auf, die von einem Flachrohrstück 1 r des Olzuflußkanals bzw. Olabflußkanals
durchsetzt sind. Die Durchbrüche können dabei in Abstand von den Flachrohrstücken
17 verlaufen. -In Fig. 2 sind lediglich die Durclfbrüche 24 für die Flachrohrstücke
17 des Abf lußkanales gezeigt.
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Einzelheiten der Blechlamellen 22 sind aus Fig. 4 und 5 ersichtlich.
Die von innen nach außen verlaufenden Wellen 23 haben am Innenrand der Blechlamelle
eine größere Wellenzahl, d.h. Anzahl von ganzen Wellen pro Längeneinheit, als am
Außenrand. Die Wellenzahl nimmt vom Innenrand zum Außenrand etwa stetig ab. Infolgedessenenweitern
sich die von den Wellen 23 gebildeten Durchströrnkanäle 25 in der Ebene der Blechla~elle
22 in radialer Richtung nach außen hin (vgl. Fig. 4). Diese Erweiterung, die wegen
der dadurch bedingten Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit der hindurchströmenden
Luft an sich ungünstig ist, wird jedoch in etwa dadurch ausgeglichen, daß die axiale,
d.h. rechtwinklig zur Ebene der Blechlamelle 22 gemessene ,Erstreckung der Wellen
von innen nach außen hin abnimmt (vgl. Fig. 5) und der Dur-chströmkanal 25 sich
in der zur Ebene der Blechlamelle rechtwinkligen Ebene nach außen hin verengt.
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Dadurch wird erreicht, daß die Wirkung der Erweiterunq
jedes
Durchströmkanales 25 durch die Verengung verringert wird, so daß die Geschwindigkeit
der Kühl luft in einem geringeren Maße beim Durchströmen abnimmt und im günstigsten
Fall sogar konstant bleibt, so daß sich dann eine gleichmäßige und optimale Wärmeübertragung
ergibt.
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Die Trennbleche 13 und 14 und die Blechlamellen 22 bestehen aus beidseitig
lotplattiertem Aluminium, so daß nach entsprechender Behandlung in einem Lötofen
oder Lötbad die sich berührenden Teile, d.h. die Trennbleche 13, 14, die Abschlußstreifen
15, 16, die Flachrohrstücke 17, die Blechlamellen 22 und je nachdem auch der Zuflußstutzen
20 und der Abflußstutzen 21 zu einer Einheit zusammengelötet sind.
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Der vorstehend beschriebene Rundwärmetauscher kann sehr einfach und
außerordentlich billigbergestellt werden. Zu diesem Zweck wird für jede Blechlamelle
22 ein rechteckiger Blechstreifen bereitgestellt, dessen Breite so groß ist wie
das radiale Ringmaß der fertigen Blechlamelle.
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In den Blechstreifen werden an zwei in Abstand voneinander liegenden
Stellen Durchbrüche eingebracht, deren Form und Abmessungen so gewählt sind, daß
sich bei der fertig geprägten Blechlamelle 22 die Durchbrüche 24 ergeDen, deren
-Form und deren Größe mindestens den Querschnittsabmessungen der Flachrohrstücke
17 entspricht. Sodann werden in Sen Blechstreifen etwa rechtwinklig zu seiner Längskante
verlaufende Wellen eingeprägt, die über ihre Länge konstante Querschnitte aufweisen.
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Nach dem Prägevorgang erhält man einen Wellblechstreifen mit gleich
großen, parallel zueinander verlaufenden Wellen. Sodann wird der Wellblechstreifen
um einen Biegedorn mittels einer bekannten Biegevorrichtung in der Str#eifenebene
zu einem Ring gebogen. Beim Biegevorgang wird darauf geachtet, daß ein im wesentlichen
geschlossener Ring entsteht. Die einander genäherten Ränder der Blechlamelle können
hierbei unverbunden bleiben, da die Bildung eines mechanisch geschlossenen Ringes
nicht erforderlich ist. Durch diesen Biegevorgang wird die Wellenzahl am Innenrand
vergrößert und am Außenrand verringert, wobei die axiale Erstreckung der Wellen
am Innenrand vergrößert und und am Außenrand verringertwird. Es ergeben sich demnach
Wellen 23, deren axiale Erstreckung und deren Wellenzahl von innen nach außen abnehmen.
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Sodann werden bereitgestellte, jeweils mit den Aussparungen 18 und
19 versehene Trennbleche 13 und 14 unter Zwischenfügen der inneren und äußeren ringförmigen
Abschlußstreifen 15 bzw. 16 zur Bildung der Ringräume 12 aufeinandergelegt.
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Auf die dem Ringraum 12 abgewandte Seite eines Trennbleches werden
sodann eine Blechlamelle 22 und zwei Fhchrohrstücke 17 aufgelegt, wobei die Flachrohrstücke
17 die Durchbrüche der Blechlamellen 22 mit Spiel durchsetzen können. Sodann wird
ein weiteres Paar von Trennblechen zur Bildung eines Riaumes 12 aufgelegt. Das Aufbauen
der Einzelteile erfolgt zweckmäßigerweise in vertikaler Richtung. Das auf diese
Weise gebildete Paket aus im wesentlichen lose aufeinander gelegten Einzelteilen
wird sodann z.B. mittels / zusammengespannt. Da sich beim Zusammenspannen Spannvorr
cheunen
die Trennbleche einerseits über die Abschlußstreifen 15
und 16 und andererseits über die Flachrohrstücke 17 gegeneinander abstützen, erfolgt
beim Zusammenspannen keine wesentliche Verformung der Blechlamellen Das zusammengespannte
Paket wird sodann in einen Lötofen oder ein Lötbad eingebracht, in dem die aufeinanderliegenden
Teile durch die Lotplattierung der Trennbieche und der Blechlamellen zusammengelötet
werden0 Wach dem Heräusnehmen des Paketes aus dem Lötofen oder Lötbad ist der Aundwärmetauscher
fertiggestellt.
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Das in Fig, 6 gezeigte zweite, Ausführungsbeispiel entspricht bis
auf Abwandlungen der Wellen der Blechlamellen dem ersten Ausführungsbeispiel0 Zur
Vermeidung ~von Wiederholungen werden daher für Teile des zweiten Ausführungsbeispiels,
die denjenigen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, um 100 größere Bezugszahlen
verwendet, so daß durch diesen Hinweis auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles
Bezug genommen wird.
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Die Blechlamelle 122 in Fig. 6 unterscheidet sich insoweit von derjenigen
des-ersten Ausführungsbeispiels, als beim zweiten- Ausführungsbeispiel jede Welle
in radialer Richtung aufeinanderfolgende Wellenstücke aufweist, von denen jedes
zweite Wellenstück 126 zu einer Grundwelle 127 gehört, während die dazwischen liegenden
Wellenstücke 128 zu einer Zwischenwelle 129 gehören, die in Umfangsritihtung der
Blechlamelle gesehen um ein geringes, Maß, beispielsweise um etwa 1/4 der Wellenlänge
einer ganzen Welle gegenüber der Grundwelle 127 verschoben ist. Die Wellenstücke
126 und 128 sind nur im Bereich der Wellenköpfe, nicht jedoch der Wellenflanken
miteinander verbunden. Auf diese Weise ist in jedem Durchströmkanal 125, der von
der GrundwelLe 127 gebildet ist,zusätzlich ein
Zwischenkanal 130
gebildet, der von den in radialer Richtung einander abwechselnden Wellenflanken
der Wellenstücke 126 der Grundwelle 127 und der Wellenstücke 128 der Zwischenwelle
129 seitlich begrenzt wird. Hierdurch ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel
die wirksame Austauschfläche der Blechlamelle 122 noch vergrößert, so daß der Wirkungsgrad
des Rundwärmetauschers weiter gesteigert ist.
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Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können die
Wellen etwa nach Art von Leitschaufeln oder Leitblechen angeordnet sein, wobei sie
mit der Tangente an die Blechlamelle einen Winkel kleiner als 900 einschließen und
ferner auch von innen nach außen hin bogenförmig verlaufen können.
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Ferner kann die Anordnung bei einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
auch so getroffen sein, daß die die Ringräume miteinander verbindenden Flachrohrstücke
in die Aussparungen der Trennbleche hineinragen und beispielsweise mit einem Teil
ihrer Umfangsfläche an einem Bund anliegen, der an den Trennblechen vorgesehen ist
und die Aussparungen umrandet.