DE2200826B2

DE2200826B2 - Zylinderförmiger Wärmetauscher mit glatten Trennblechen, die Durchflußräume abtrennen

Info

Publication number: DE2200826B2
Application number: DE19722200826
Authority: DE
Inventors: Dieter Christian Steinegg Appenzell Innerrhoden Steeb (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1972-01-08
Publication date: 1980-04-03
Also published as: CH530607A; DE7200602U; DE2200826A1; DE2200826C3

Description

Ein zylinderförmiger Wärmetauscher dieser Art ist durch die US-PS 24 29 508 bekannt. Bei diesem sind die Trcnnbleche und die Blechlamellcn aus rechteckigen Blechstreifen gebildet, die in Axialebenen des zylinderförmigen Wärmetauschers angeordnet sind, so daß die durch ihre Zwischenräume gebildeten Durchflußräume sich radial nach außen erweitern. Dementsprechend nehmen die Querschnitte der durch die Blechlamellen abgeteilten Kanäle von innen nach außen zu. Diese sich radial nach außen erweiternden Kanäle für den radialen

Gasstrom bewirken, daß die Strömungsgeschwindigkeit radial nach außen abnimmt, wodurch der lokale Wirkungsgrad innerhalb eines jeden radial durchgehenden Kanals von innen nach außen abnimmt, was einen schlechten Wirkungsgrad zur Folge hat.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Wärmetauschers besteht darin, daß bei seinem Aufbau viele und verhältnismäßig kleine Blechstücke ringförmig aneinandergelegt werden müssen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zylindeiförmigen Wärmetauscher für ein radial durchströmendes Gas zu schaffen, der gegenüber dem bekannten Wärmetauscher einen verbesserten Wirkungsgrad hat und einen geringeren ■ Fertigungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angeführten Merkmale gelöst Dadurch, daß die glatten Trennbleche und die verformten Blechlamellen als ringförmige Blechscheiben ausgebildet sind, müssen diese Scheiben beim Zusammenbau des Wärmetauschers lediglich konzentrisch aufeinandergelegt werden. Dadurch, daß die radialen Kanäle mit zunehmendem Abstand von der Innenkante der Blechlamellen abnehmende axiale Höhen aufweisen, müssen die glatten scheibenförmigen Trennwände für die Anlage an den Blechlamellen so leicht konisch verformt werden, daß die radial durchgehenden Durchflußräume sich von innen nach außen gehend verengen. Man hat es nun in der Hand, die kanalbildenden Verformungen so zu gestalten, daß die Querschnitte der radial durchgehenden Kanäle über ihre ganze Länge im wesentlichen gleich bleiben und dadurch das gasförmige Medium im wesentlichen mit gleichförmiger Geschwindigkeit in etwa radialer Richtung durch die Zwischenräume hindurchströmt. Dadurch wird über die ganze Länge der radial durchgehenden Kanäle eine im wesentlichen gleichmäßig und optimale Wärmeübertragung erreicht, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des zylintkrförmigen Wärmetauschers gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten Wärmetauscher wesentlich verbessert wird.

Auch kann der zylinderförmige Wärmetauscher gemäß der Erfindung sehr einfach hergestellt werden, indem man zur Bildung der Blechlamcllen von einem rechteckigen Blechstreifen ausgeht, dessen Breite so groß ist wie das radiale Ringmaß der Blechlamcllen. daß man in den Blechstreifen quer zu seiner Längskante gerichtete Weilen gleicher Anzahl von Wellen pro Längeneinheit einp-rägt, daß man sodann den gewellten Blechstreifen in der Streifencbcne zu einem Ring biegt, daß man die ringförmigen Trcnnblcchc unter Zwischenfügung von inneren und äußeren ringförmigen Abschußstieifcn zur Bildung der Ringräume aufeinanderlegt, zwischen die benachbarten Trcnnbleche auf den den Ringräumen abgewandten .Seilen jeweils eine ßlcchclamelle und zwei in benachbarte Ringräumc einmündende, die Blechlamelle durchsetzende Rohrstücke einbringt und daß man das so gebildete Paket zusammenspannt und in eine Lötvorrichtung zum Zusammenlöten der Einzelteile einführt. Es ergibt sich dadurch eine Ferligung des erfindungsgcmäöen Wärmelauschers mil sehr geringen Kosten.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiclen im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Vorderansicht eines zylinderförmigen Wärmetauschers mit einem Radialgebläse, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie U-I! in Fig. I;

Fig.3 eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach Fig.l;

Fig.4 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils einer Blechlamelle des zylinderförmigen Wärmetauschers;

Fig.5 einen Schnitt der Blechlamelle entlang der Linie V-V in F i g. 4 und

Fig.6 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils der Blechlamelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein zylinderförmiger Wärmetauscher 10 gezeigt, der konzentrisch zum Laufrad 11 eines nicht weiter gezeigten Radialgebläses angeordnet ist, das sich durch den Wärmetauscher hindurch erstreckt Der Wärmetauscher 10 kann vorzugsweise als luftgekühlter Ölkühler verwendet werden, bei dem als zu kühlendes Medium öl und als gasförmiges Medium Luft verwendet werden.

Für das Durchströmen des Öles sind mehrere in Abstand nebeneinander angeordnete Ringräume 12 vorgesehen, die in axialer Richtung jeweils όπ 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 gegeüberliegenden Stellen jeweils über gleich große Flachrohrstücke 17 miteinander in Verbindung, die jeweils auf den den. zugeordneten Ringräumen 12 abgewandien und einander zugewandten Seiten zweier Trennbleche 13 und 14 anliegen und in die benachbanien Ringräume 12 einmünden. Zu diesem Zweck weisen die Trennbleche 13 und 14 dem Querschnitt der r'lachrohrstücke 17 etwa entsprechende Aussparungen 18 bzw. 19 auf. Für den Zufluß und Abfluß des Öls ist an den an den Stirnseiten des Paketes angeordneten Trennblechen ein Zuflußstutzen 20 bzw. Abflußstut/en 21 befestigt, die durch die Flachrohrslückc 17 umfaßte und mit den Ringräumen '2 verbundene Zu- und AbfluUkanälc für das öl bilden. 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. Abflußkanal in axialer Richtung abschließt.

Zwischen den öl führenden Ringi iumen 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, verarmte IJIechlamellen 22 angeordnet, die als Verformungen jeweils beim gezeigten Ausführung^beispiel radial gerichtete Wellen 23 aufweisen, entlang denen die Blcchlamcllen 22 zumindest teilweise an den Trennblcchen 13 und 14 anliegen. Die axiale Breite der Zwischenräume ist im wesentlichen von den Flachrohrstücken 17 vorgegeben, die die Trcnnbleche 13 und 14 in Abstand voneinander halten. Die Wellen 23 der Blechlamellcn bilden mit den Trennblechen radiale Diirchströmkanäle 25 für die Luft. Infolge der großen Austauschflächen der Blechlamellen 22 ist ein großer Wirkungsgrad des Kühlers erzielt.

Die Blechlamellen weisen jeweils zwei etwa diametral gegenüberliegende Durchbrüchc 24 auf, die von einem Flachrohrstück 17 des ölzuflußkanals bzw. ölabflußkanals durchsetzt sind. Die Durchbrüche können dabei in Absland von den Flachrohrstücken 17 verlaufen.

In Fig.2 sind lediglich die Durchbrüche 24 für die Flachrohrstucke 17 des Abflußkanales gezeigt.

Einzelheiten der Blechlamellen 22 sind aus F i g. 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. Infolgedessen erweitern sich die von den Wellen 23 gebildeten Durchströmkanäle 25 in der Ebene der Blechlamelle 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. F i g. 5) und der Durchströmkanal 25 sich in der zur Ebene der Blechlamelle rechtwinkligen Ebene nach außen hin verengt. Dadurch wird erreicht, daß die Wirkung der Erweiterung jedes Durchströmkanales 25 durch die Verengung verringert w=rd, so daß die Geschwindigkeit der Kühlluft in einem geringeren Maße beim Durchströmen abnimmt und im günstigsten Fall sogar konstant bleibt, so daß sich dann eine gleichmäßige und optimale Wärmeübertragung ergibt.

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 Anschlußstreifen 15, 16, die Flachrohrstücke 17, die Blechlamellen 22 und je nachdem auch der Zuflußstutzen 20 und der Abflußstutzen 21 zu einer Einheit zusammengelötet sind.

Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher kann sehr einfach und außerordentlich billig hergestellt 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. In den Blechstreifen werden ;in 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 ergeben, deren Form und deren Größe mindestens den Querschnittsabmcssungen der Flachrohrstückc 17 entspricht. Sodann werden in den Blechstreifen etwa rechtwinklig zu seine· Längskantc verlaufende Wellen eingeprägt, die über ihre Länge konstante Querschnitte aufweisen.

Nach dem Prägevorgang erhält man einen Wcllblechstreifen mit gleich großen, parallel zueinander vcrlaufenden Wellen. Sodann wird der Wellblethstreifcn um einen Bicgcdorn miUels einer bekannten Biegevorrichtung in der Streifenebene zu einem Ring gebogen. Beim Biegevorgang wird darauf geachtet, daß ein im wesentlichen geschlossener Ring entsteht. Die einander genäherten Ränder der Blechlamelle könn?n 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 Ertsreckung der Wellen am Innenrand vergrößert und am Außenrand verringert wird. Es ergehen sich demnach Wellen 23, deren axiale Erstreckurg und deren Wellenzahl von innen nach außen abnehmen.

Sodann werden bereitsgestellte, jeweils mit den Aussparungen 18 und /9 versehene Trennbleche 13 und 14 unter Zwischenfügen der inneren und äußeren ringförmigen Abschlußstreifen 15 bzw. 16 zur Bildung der Ringräume 12 aufeinandergelegt. Auf die dem

Ringraum 12 abgewandte Seite eines Trennblcches werden sodann eine Blechlamelle 22 und zwei Flachrohrstücke 17 aufgelegt, wobei die Flachrohrstiikke 17 die Durchbrüche der Blechlamellen 22 mit Spiel durchsetzen können. Sodann wird ein weiteres Paar von Trennblechen zur Bildung eines Ringraumes 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 Spannvorrichtungen zusammengespannt. Da sich beim Zusammenspannen die Trennblcchc einerseits über die AbschluBstreifen 15 und 16 und andererseits über die Flachrohrstücke 17 gegeneinander abstützen, erfolgt beim Zusammenspannen keine wesentliche Verformung der Blechlamellcn. Das zusammengespannte Paket wird sodann in einen Lötofen oder ein L.ötbad

durch die Lotplattierung der Trennbleche und der Blechlamellen zusammengelötet werden. Nach dem Herausnehmen des Paketes aus dem Lötofen oder l.ötbad ist der Rundwärmetauscher fertiggestellt.

Das in Fig. fi gezeigte zweite Ausführungsbeispiel entspricht bis auf Abwandlungen der Wellen der Blechlamellen dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden daher für Teile des zweiten Ausführiingsbeispiels, die denjenigen des ersten Atisführungsbeispiclcs entsprechen, um 100 größere Bezugs/.\hlen verwendet, so daß durch diesen Hinweis auf die Beschreibung des crMen Ausfiihrungsbeispieles Bezug genommen wird.

Die Blechlamelle 122 in F i g. b unterscheidet sich insoweit von derjenigen des ersien Ausführungsbeispiels, als beim zweiten Ausführungsbeispiel jede Welle in radialer Richtung aufeinanderfolgende Wellenstiicke aufweist, von denen jedes /weile Wcllenstück 126 zu einer Grundwelle 127 gehört, während die dazwischen liegenden Wellenstiicke 128 /u einer Zwischcnwellc 129 gehören, die in Umfangsrichtung der Blechlamelle gesehen um ein geringes Maß. beispielsweise um etwa 'Λ der Wellenlänge einer ganzen Welle gegenüber der Grundwelle 127 verschoben ist. Die Wellcnstücke 126 und 128 sind nur im Bereich der Wellenköpfe, nicht jedoch der Wellenflanken miteinander verbunden. Auf diese Weise ist in jedem Durchstrftmkanal 125. der von der Gnindwclle 127 gebildet ist, zusätzlich ein Zwischenk.mal 130 gebildet, der von den in radialer Richtung einander abwechselnden Wellcnflanken der Wellenstiicke 12fi der (imndwcllc 127 und der Wellenstiicke 128 der Zwischenwelle 129 seitlich begrenzt wird. Hierdurch ist gegenüber dem ersten Ausführiingsbeispiel die wirksame Austauschfläche der

Ulo.-liUmoll» tOt n.w-h ,,,,,,,mllnri c. ,1.11 ,!„,

Wirkungsgrad des Wärmetauschers weiter gesteigert ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können die Wellen etwa nach Art von l.citschaufeln oder l.eitblcchen angeordnet sein, wobei sie mit der Tangente an die Blechlamelle einen Winkel kleiner .ils W einschließen und ferner auch von innen nach außen hin bogenförmig verlaufen können.

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 Trennblechc hineinragen und beispielsweise mit einem Teil ihrer IJmfangsfläche an einem Bund anliegen, der an den Trennblcchen vorgesehen isl und die Aussparungen umrandet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

), Zylinderförmiger Wärmetauscher mit glatten Trennblechen, die Durchflußräume für ein im wesentlichen axial durchströmendes Medium von radial durchgehenden Durchflußräumen für ein Gas trennen, in denen verformte Blechlamellen angeordnet sind, deren Verformungen sich den in radialer Richtung ändernden Abständen zwischen den Trennwänden anpassen und dadurch an jeweils benachbarten Trennblechen wechselweise anliegen und die radial durchgehenden Durchflußräume in radiale Kanäle unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Trcnnbleche (13, 14) und die verformten Blechlamellen (22, 122) als ringförmige Blechscheiben ausgebildet sind und daß die radialen Kanäle (25,125,130) mit zunehmendem Abstand von der Innenkante der Blechlamellen (22, 122) abnehmende, axiale Höhen aufweisen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und/oder Abmessungen der Verformungen der Blechlamellen (22) so gewählt sind, daß die Erweiterung jedes radialen Kanals (25,125,130) in Umfangsrichtung durch seine Verengung in Achsrichtung im wesentlichen kompensiert ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (22, 122) zwei vorzugsweise diametral gegenüberliegende Durchrbüche (24) aufweisen, die jeweils von einem die beiden benachbarten Durchflußräume (12) für das den Wärmetauscher axial durchströmende Medium verbindenden Roh. ,tück (17) durchsetzt sind.
4. Wärmetauscher nach eine ι der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamcllen (22,122)auslotplatticrtcm Aluminium bestehen.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamcllen (22,122) rechteckige Blechstreifen sind, die durch die kanalbildendcn Verformungen ihre ringförmige Form erhalten.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche ;■ bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildendcn Verformungen in den Blechlamcllen (22, 122) wellenförmig sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Grundwelle (127) der Blechlamelle (122) durch mehrere Zwischenräume in Wellenstücken (126) unterteilt ist und daß ein zwischen den Wellenstücken (126) befindliches Blech zu einem Zwischenwellenstück (129) verformt und gegenüber der Grundwcllc (127) der Blechlamelle (122) in Umfangsrichtung versetzt ist.