DE2200826C3

DE2200826C3 - Zylinderförmiger Wärmetauscher mit glatten Trennblechen, die Durchflußräume abtrennen

Info

Publication number: DE2200826C3
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: 1980-11-27
Also published as: DE7200602U; CH530607A; DE2200826B2; DE2200826A1

Description

Ein zylinderförmiger Wärmetauscher dieser Art ist durch die US-PS 24 29 508 bekannt. Bei diesem sind die Trennbleche und die Blechlamellen 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 zylinderförmigen 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 1 angeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß die glatten Trennbleche und die verformten Blechlamellen als ringförmige Blechscheiben ausgebil-

2f) det sind, müssen diese Scheiben beim Zusammenbau des Wärmetauschers lediglich konzentrisch aufeinandergelegt werden. Dadurch, daß die radialen Kanäle mit zunehmendem Abstand von der innenkante der Blechlarnellen abnehmende axiale Höhen aufweisen,

2"· müssen die glatten scheibenförmigen Trennwände für die Anlage an den Blechlamellen so leicht konisch verformt werden, daß die radial durchgehenden Durchflu'käume sich von innen nach außen gehend verengen. Man hat es nun in der Hand, die

so 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 hindurchslrömt. Dadurch wird über die ganze Länge der radial durchgehenden Kanäle eine im wesentlichen gleichmäßig und optimale Wärmeübertragung erreicht, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des zylinderförmigen 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 Blechlamellen von einem rechteckigen Blechstreifen ausgeht, dessen Breite so groß ist wie das radiale Ringmaß der Blechlamellen, daß man in den Blechstreifen quer zu seiner Längskante gerichtete Wellen gleicher Anzahl von Wellen pro Längeneinheit einprägt, daß man sodann den gewellten Blechstreifen in der Streifenebene zu einem Ring biegt, daß man die ringförmigen Trennbleche unter Zwischenfügung von inneren und äußeren ringförmigen Abschußstreifen zur Bildung der Ringräume aufeinanderlegt, zwischen die benachbarten Trennbleche auf den den

■55 Ringräumen abgewandten Seiten jeweils eine Blechelamelle 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. Es ergibt sich dadurch eine Fertigung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit sehr geringen Kosten.

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

F i g. 1 eine Vorderansicht eines zylinderförmigen Wärmetauschers mit einem Radialgebläse, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-1I in F i g. 1;
Fig.3 eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach

Fig.4 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils einer Blechlamelle des zyiinderförmigen 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 ι ο AusfühnrrsssbeispieL

In F i g. 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 i¹· 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 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 gegeüberliegenden Stellen jeweils über gleich große Flachrohrstücke 17 miteinander in Verbindung, die jeweils auf den den zugeordneten Ringräumen 12 jo abgewandten und einander zugewandten Seiten zweier Trennbleche 13 und 14 anliegen und in die benachbarten Ringräume 12 einmünden. 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 Paketes angeordneten Trennblechen ein Zuflußstutzen 20 bzw. Abflußstutzen 21 befestigt, die durch die Flachrohrstücke 17 umfaßte und mit den Ringräumen 12 verbundene Zu- und Abflußkanäle 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 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, verformte Blechlamellen 22 angeordnet, die als Verformungen jeweils beim gezeigten AuEführungsbeispiel 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 Durchströmkanäle 25 für die LufL Infolge der großen Austauschflächen der Blechlamellen 22 ist ein großer Wirkungsgrad des Kühlers erzielt.

Die Blechlamellen wet*- j. ^iIs zwei etwa diametral gegenüberliegende Durchbrüche 24 auf, die von einem Flachrohrstück 17 des ölzuflußkanals bzw. Ölabflußkanals durchsetzt sind. Die Durchbrüche können dabei in Abstand von den Flachrohrstücken 17 verlaufen.

In F i g. 2 sind lediglich die Durchbrüche 24 für die Flachrohrstücke 17 des Abflußkanal'es 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 stelig ab. Infolgedessen erweitern sich die von den Wellen 23 gebildeten Durchströmkanäle 25 in der Ebene dar 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 wird, 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 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 ergeben, deren Form und deren Größe mindestens den Querschnittsabmessungen der Flachrohrstücke 17 entspricht. Sodann werden in den Blechstreifen etwa rechtwinklig zu seiner Längskante verlaufende Wellen eingeprägt, die über ihre Länge konstante Querschnitte aufweisen.

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 Streifenebene 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 ?m Innenrand vergrößert und am Außenrand verringert, wobei die axiale Ertsreckung der Wellen am Innenrand vergrößert und am Außenrand verringert wird. Es ergeben sich demnach Wellen 23, deren axiale Erstreckung und deren Wellenzahl von innen nach außen abnehmen.

Sodann werden bereitsgestellte, 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. Auf die dem

Ringraum 12 abgewandte Seite eines Trennbleches werden sodann eine Blechlamelle 22 und zwei Flachrohrstücke 17 aufgelegt, wobei die Flachrohrstükke 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 Trennbleche einerseits über die Abschlußstreifen 15 und 16 und andererseits über die Flachrohrstücke 17 gegeneinander abstützen, erfolgt beim Zusammenspannen keine wesentliche Verformung der Biechiameiien. Das zusammengespannte Paket wird sodann in einen Lötofen oder ein Lötbad eingebracht, in dem die aufeinanderliegenden Teile durch die Lotplattierung der Trennbleche und der Blechlamellen zusammengelötet werden. Nach dem Herausnehmen des Paketes aus dem Lötofen oder Lötbad ist der Rundwärmetauscher fertiggestellt

Das in Fig.6 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel entspricht bis auf Abwandlungen der Wellen der Blechlamellen dem ersten Ausführungsbeispiel. 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.

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 Umfangsrichtung der Blechlamelle gesehen um ein geringes Maß, beispielsweise um etwa 'Λ 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 Durchslrömkanal 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 Wärmetauschers weiter gesteigert ist

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 90° 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 Trennbleche hineinragen und beispielsweise mit einem Teil ihrer Umfangsfläche an einem Bund anliegen, der an den Trennblechen vorgesehen ist und die Aussparungen umrandet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Trennbleche (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 Rohrstück (17) durchsetzt sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (22,122) aus lotplattiertem Aluminium bestehen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (22,122) rechteckige Blechstreifen sind, die durch die kanalbildenden Verformungen ihre ringförmige Form erhalten.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Verformungen in den Blechlamellen (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 Grundwelle (127) der Blechlamelle (122) in Umfangsrichtung versetzt ist.