DE2404630A1

DE2404630A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2404630A1
Application number: DE2404630A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Current assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1974-01-31
Publication date: 1974-08-15
Also published as: GB1430491A; CH584393A5; BE810496A; DE2404630C2; ES422763A1; JPS5641919B2; IT1005365B; JPS49111253A; FR2216539A1; FR2216539B1

Description

OHAPi¹OTBADX ^MAURY 73 03795
Wärmeaustauscher.

Die Erfindung betrifft die Wämeaustauscher, d.h. Apparate, welche von zwei Strömungsmitteln mit verschiedenen Temperaturen durchlaufen v/erden, welche im Gegenstrom in zwei, voneinander isolierten Strömungskreisen strömen, um ihre Temperaturen einander anzunähern.

Die Erfindung betrifft im besonderen, wenn

auch nicht ausschliesslich, derartige Wärmeaustauscher für die sog. "gemischten" Anlagen für Zentralheizung und Warmwasserausgabe, welche einen einzigen Kessel für diese beiden Anwendungen aufweisen und von dem aus dem Kessel in Richtung auf den geschlossenen Zentralheizungskreis austretenden warmen Wasser bzw. von dem kalten Wasser durchströmt v/erden, v/elches für seine Ausgabe durch Entnahme erwärmt werden soll.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Wärmeaustauscher mit einem Stapel von identischen kreis-

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förmigen Schalen zu versehen, welche durchläufende Randleisten besitzen, welche axial so gegeneinander gelegt.sind, dass zwischen ihnen Kammern entstehen, wobei jede Schale in der Nähe ihres Umfangs zwei Öffnungen aufweist, deren Mittelpunkte auf . zwei zueinander senkrechten Halbmessern dieses Bodens liegen, wobei diese Offnungen beide den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt des Bodens haben und die benachbarten Schalen des Stapels fortlaufend um 90° gegeneinander versetzt sind.

Bei diesen bekannten Wärmeaustauschern werden die Schalen durch Platten mit massiven flachen Randleisten gebildet, und die Abdichtung zwischen den Platten wird durch axiales Festziehen des Stapels mit Hilfe von Zugschrauben und Muttern hergestellt, wobei zwischen den Platten Dichtungen vorgesehen sind«

Da die Abdichtung zwischen den so aufgestapelten vielfachen Kammern insbesondere für die Lockerung der Muttern und die Ermüdung der Dichtungen empfindlich ist, war es sehr schwierig, eine dauerhafte Abdichtung herzustellen, insbesondere infolge der Temperaturdifferenzen, denen die Austauscher während des Betriebes ausgesetzt sind.

Ferner erfordert die Festlegung der gegenseitigen Winkelstellung der verschiedenen übereinanderliegenden Platten die Verwendung von besonderen Zentriermitteln, welche durch mit entsprechenden Nuten der Platten zusammenwirkende Stangen gebildet werden.

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher der

obigen Art mit kreisförmigen aufgestapelten, fortlaufend gegeneinander verdrehten Schalen.

Sie bezweckt insbesondere, derartige Austauscher so auszubilden, dass sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen, indem sie insbesondere leichter herzustellen, dauerhafter, wirksamer- und gleichzeitig leichter und weniger sperrig sind.

Ein erfindungsgemässer Wärmeaustauscher ist

insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass einerseits die beiden ■ Öffnungen einer jeden Schale zwei kreisförmige löcher mit verschiedenen Durchmessern sind, welche in dem kreisförmigen Boden der Schale ausgebildet und mit zwei Bunden verbunden sind, wel-

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ehe an den beiden entgegengesetzten S.eiten des Bodens vordprinr. ■■ gen, wobei der Unterschied zwischen den Durchmessern dieser beiden Bünde so bemessen ist, dass der kleine Bund einer jeden Schale praktisch unter Berührung in den ihm zugewandten grossen Bund der benachbarten Schale des Stapels passt, welcher auf der gleichen Seite wie der kleine Bund angeordnet ist, und dass andererseits die durchlaufenden Randleisten einer jeden Schale von dem Boden derselben aus so umgebogen sind, dass die Schalen ineinander eingesteckt werden können.

Das sich automatisch aus dieser Ausbildung

ergebende gegenseitige Ineinandergreifen sowohl der Randleisten der Schalen als auch der Verbindpngsbunde ermöglicht, sehr leicht gleichzeitig eine gute Abdichtung zwischen den ineinander gesteckten Elementen (insbesondere durch einfache Hartlotung) und eine einwandfreie Zentrierung der ineinander -eingreifenden Elemente herzustellen, ohne dass sperrige und teure Zugschrauben oder Hilfsstangen benutzt werden müssen.

Ferner kann dieser Aufbau mit Hilfe von

Schalen hergestellt werden, welche aus verformtem dünnem Blech bestehen und keine' massiven Randleisten aufv/eisen, wodurch das Gewicht des Austauschers beträchtlich verringert werden kann.

Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird die Abdichtung zwischen den ineinander gesteckten Randleisten der benachbarten Schalen sowie zwischen den ineinander eingreifenden Bünden derselben durch Hartlötung vervollständigt.

Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird der kreisförmige Boden einer jeden Schale so verformt, dass parallele Rippen entstehen, deren lange grössenordnungsmässig gleich dem Halbmesser des Bodens ist, wobei diese Rippen in der mittleren Zone des Bodens angeordnet sind.

Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die Schalen durch Kupferbleche gebildet, welche eine Dicke von der Grössenordnung eines Millimeters haben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

. Fig· 1 zeigt schemätisch einen erfinduags-

gemassen Wärmeaustauscher. & & ■

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Pig. 2 ist eine Draufsicht einer Anordnung

von zwei den Wärmeaustauseher bildenden ineinandergesteckten Schalen.

Pig. 3 und 4 zeigen die obere Schale im Schnitt längs der Linie III-III bzw. IY-IV der Pig. 2.

Pig.-5 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht in einer der Pig. 3 entsprechenden Darstellung einen Stapel von drei erfindungsgemässen Schalen.

Der Austauscher enthält einen Stapel von

SGh.al.en 1 aus einem gut wärmeleitenden He tall, z.B. Kupfer, deren jede einen Boden 2 und eine umgebogene kreisförmige Randleiste 3 aufweist.

Wie aus Pig. 5 hervorgeht, ist diese umgebogene Randleiste 3 stufenförmig erweitert, sodass zwei kreisförmige innere Schultern 4 und 5 entstehen, welche als Sitze, für die beiden äusseren kreisförmigen Rippen 6 und 7 dienen, welche die Basis der umgebogenen Randleiste bilden, welche sich an den Boden der in die betreffende Schale eingesteckten Schale anschliesst und das äussere Gegenstück der inneren Schulter 4 dieser Schale bildet·

Jeder Boden 2 ist örtlich so verformt, dass Rippen oder andere Vorsprünge entstehen.

Diese VorSprünge haben eine doppelte Aufgabe . Zunächst halten sie durch Anschlagen an dem Boden der Nachbarschale einen von null verschiedenen kleinsten Abstand e, zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Sehalenböden aufrecht, wodurch zwischen diesen eine Kammer 9 entsteht. Perner bilden sie ein teilweises Hindernis für den Wasserumlauf in dieser Kammer 9, sodass sie dem Wasser eine gewisse Wirbelbe- wegung erteilen, was die Berührung zwischen dem Wasser und den einander gegenüberliegenden Böden der beiden Schalen und somit den V,^rärmeaustausch zwischen den auf den beiden Seiten eines jeden Bodens strömenden Wasservolumen verbessert.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausfüh-

rungsforni werden die Vorsprünge 8 durch vier parallele Rippen gebildet, welche an dem Boden 2 auf der gleichen Seite wie die •Randleiste 3 vorspringen, und deren Einheitslänge etwa gleich dem Halbmesser der Schale ist, wobei die Gesamtheit dieser vier

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nebeneinander liegenden Rippen in der mittleren Zone des Bodens 2 im Querschnitt ein sinusförmiges Profil besitzt, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht.

Ferner enthält jeder Boden 2 zwei kreisförmige Löcher 10 und 11, welche auf zwei zueinander senkrechten Halbmessern des Bodens 2 liegen und die gleiche Entfernung von dem Mittelpunkt des Bodens haben.

Das Loch 10 mit kleinerem Durchmesser ist an einen kreisförmigen Bund 12 angeschlossen, welcher auf der der Randleiste 3 entgegengesetzten Seite des Bodens 2 vorspringt.

Das Loch 11 hat einen Durchmesser, v/elcher

etwas grosser als der des Lochs 10 ist, und ist an einen kreisförmigen Bund 13 angeschlossen, v/elcher auf der anderen Seite des Bodens 2 vorspringt, d.h. auf der auf der gleichen Seite wie die Randleiste 3 liegenden Seite.

Die Durchmesser der beiden Bünde 12 und

sind so bemessen, dass der erste unter Berührung in den zweiten eingesteckt v/erden kann.

Ein derartiges Ineinandergreifen entsteht

bei der Aufstapelung von zwei identischen Schalen, deren identische Seiten axial in dem gleichen Sinn gerichtet aber um gegeneinander verdreht sind, sodass axial der Bund 12 einer Schale dem Bund 13 der anderen Schale gegenüberliegt.

Dieses Ineinandergreifen wird vorzugsweise

durch eine Erweiterung der Mündung des kleinen Bundes 12 nach seiner vollständigen Einführung in den grossen Bund vervollständigt, wie bei 14 in Fig. 5 sichtbar.

Wenn das Ineinanderstecken beendet ist, befindet sich das Ende des grossen Bundes 13 in unmittelbarer Hähe der Wurzel des kleinen Bundes 12, und das bei 14 erweiterte Ende des kleinen Bundes schneidet bündig mit dem Boden 2 der Schale ab, welcher der grosse Bund angehört.

Ferner v/erden die Stellen des gegenseitigen

Ineinandergreifens der verschiedenen Schalen vorzugsweise durch Hartlötung längs der unter Berührung ineinander eingreifenden Oberflächen abgedichtet·

Hierfür werden bei der Anbringung einer jeden Schale an der vorhergehenden des Stapels an den ringförmigen

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Anlageflächen dieser Schalen zur Führung des Ineinandergreifens hülste 15, 16 aus Hartlot oder Weichlot in Form einer Paste oder eines Ringes angebracht, wobei vorzugsweise zwei derartige Wülste vorhanden sind, von denen unmittelbar nach dem Ineinanderstecken, wie dies deutlich in Fig. 5 sichtbar ist, der erste, 15, in der ringförmigen Ausnehmung 24 zwischen dem die Abschlussstufe 5 der umgreifenden Schale beendenden Hantel und der Aussenfläche der Zwischenstufe' 4 der eingreifenden Schale und der zweite, 16, in der ringförmigen Ausnehmung 25 zwischen dem hierfür erweiterten Ende des umgreifenden grossen Bundes 13 und der gegenüberliegenden Wurzel des in diesen grossen Bund eingreifenden kleinen Bundes 12 liegt.

Hierauf wird nach Einsetzen aller Schalen

ineinander das Ganze durch den einfachen Durchgang des Stapels durch einen Ofen erwärmt, wodurch die Wulste 15, 16 geschmolzen oder erweicht werden und die gewünschte Lötung hergestellt wird.

Die beiden Enden des Stapels werden an Abschlusswände 17, 18 angeschlossen, welche insbesondere die Form von halbkugeligen Domen haben.

■ Ein derartiger Stapel bildet zwei Reihen von abwechselnd miteinander verschachtelten Kammern 9.

Diese beiden Reihen sind unabhängig voneinander an den beiden Enden des Stapels an unabhängige Versorgungsstutzen 19 bzv/. 20 angeschlossen.

Bei der bevorzugten betrachteten Anwendung

wird einer dieser Stutzen von dem aus einem Kessel austretenden, in.einem geschlossenen Zentralheizungskreis strömenden warmen Wasser durchflossen, während der andere von kaltem Wasser durchströmt wird, welches für seine Ausgabe durch Entnahme erwärmt v/erden soll.

Es ist leicht ersichtlich, dass das in den

Kammern einer jeden Reihe strömende V/asser von einer Kammer zu der nächsten über Verbindungskanäle 21, 22 (Fig. 1) strömt, deren jeder durch zwei ineinander gesteckte Bündel 12 und 13 gebildet wird, wobei diese Kanäle abwechselnd in Bezug auf die Achse des Stapels diametral einander entgegengesetzt sind, wobei die Richtungen der Durchmesser, welche die beiden betreffenden Reihen kennzeichnen, zueinander senkrecht liegen.

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Da die Kanäle 21 und 22, welche nacheinander von jedem V/asserstrom bei seinem Eintritt in eine Kammer bzw. bei einem Austritt aus derselben durchflossen werden, einander diametral gegenüberliegen, ist das Wasser gezwungen, in der Querrichtung praktisch das gesamte Volumen dieser Kammer zu bestreichen·

Hierdurch wird ein ausgezeichneter Wärmeaustausch erzielt, welcher zu dem Hinzutritt, welcher von der an jedem Wasserstrom durch das Vorhandensein der Rippen 8 erzeugten Wirbelbewegung herrührt, deren Scheitel an den verschiedenen Punkten 23 (Pig· 5) mit der Basis der gegenüberliegenden Rippen in Berührung kommen.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher bekannten, insbesondere hinsichtlich der Wirksamkeit für ein gegebenes Gewicht und einen gegebenen Platzbedarf, sowie hinsichtlich der Lebensdauer.

Hur beispielshalber sei angegeben, dass ein

Wärmeaustauscher der betrachteten Art, welcher voll befriedigend arbeitete und entsprechend der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform hergestellt war, aus 20 aufgestapelten Kupferschalen mit einer Dicke, von je 1 mm bestand, welche einen Durchmesser von etwa 100 mm und einen gegenseitigen axialen Abstand von grossenordnungsmassig 5 mm hatten, wobei die Durchmesser der Löcher 10 und 11 grossenordnungsmassig 20 mm betrugen.

Das Gewicht und der Platzbedarf der durch

einen derartigen Austauscher und einen "einfachen" Heizkörper (d.h. mit einer einzigen Wasserleitung) gebildeten Anordnung waren nicht grosser als die eines "gemischten" Heizkörpers (d.h. mit zwei Wasserleitungen) vergleichbarer Heizleistung.

Ferner konnte der Austauscher sehr schnell

auf seinen Betriebszustand gebracht werden, und zwar in allen Fällen in weniger als einer Minute, was eine ständige Aufrechterhai tung der Temperatur des Austauschers unnötig macht.

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PATENTANSPRÜCHE

(1 .^Wärmeaustauscher niit einem Stapel von

identischen kreisförmigen Schalen mit durchlaufenden Randleisten, welche axial so aneinandergelegt sind, dass zwischen ihnen Kammern entstehen, wobei jede Schale in der Nähe ihres Umfangs zwei Offnungen aufweist, deren Mittelpunkte auf zwei zueinander senkrechten Halbmessern dieser Schale und beide in gleicher Entfernung von dem Mittelpunkt der Schale liegen, wobei die benachbarten Schalen des Stapels fortlaufend um 90° gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits die beiden Offnungen einer jeden Schale zwei kreisförmige löcher (10, 11) mit verschiedenen Durchmessern sind, welche in dem kreisförmigen Soden (2) einer jeden Schale ausgebildet und an zwei an den beiden entgegengesetzten Seiten des Bodens vorspringende Bünde (12, 13) angeschlossen sind, wobei der Unterschied zwischen den Durchmessern dieser beiden Bunde so bemessen ist, dass der kleine Bund einer jeden Schale praktisch unter Berührung in den ihm zugewandten grossen Bund der benachbarten Schale des Stapels passt, welche auf der gleichen Seite wie der kleine Bund angeordnet ist, und dass andererseits die durchlaufenden Randleisten (3) einer jeden Schale von dem Boden derselben aus so umgebogen v/erden, dass die Schalen ineinander eingesteckt werden können.
2.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen den ineinandergesteckten Randleisten der benachbarten Schalen einerseits und zwischen den ineinandergesteckten Bünden derselben andererseits durch Hartlötung vervollständigt wird (Wulste 15» 16 - Pig. 5).
3.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umgebogenen Eandleisten (3) zv/ei aufeinanderfolgende ringförmige Stufen (4, 5) besitzen.
4.) Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in einen grossen Bund (13) eingesteckte Ende eines jeden kleinen Bundes (2) nach dem Einstecken etwas erweitert ist (bei 14) und mit dem Boden der Schale bündig abschneidet, an'weichem der grosse Bund vorspringt»

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5.) Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass der kreisförmige Boden einer jeden Schale so verformt ist, dass er parallele Rippen (8) bildet, deren Länge grossenordnungsmassig gleich dem Halbmesser des Bodens ist, wobei diese Rippen in der mittleren Zone des Bodens angeordnet sind.
6.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8) an der Fläche des Bodens der Schale vorspringen, welche auf der gleichen Seite wie die umgebogenen Randleisten (3) derselben liegt, wobei sie sich über eine solche Höhe erstrecken, dass sie mit dem Boden der Nachbarschale in Berührung kommen,
7·) Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen durch verformte Kupferbleche gebildet werden, deren Dicke die Grössenordnung des Millimeters hat.
8.) Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass er etwa 20 aufeinander aufgestapelte Schalen hat, deren Durchmesser grossenordnungsmassig 10 cm betragen.
9.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 und 6,

dadurch gekennzeichnet,, dass die Durchmesser der in den Böden eier Schalen ausgebildeten löcher (10, 11) grossenordnungsmassig 20 mm betragen, und dass vier Rippen (8) vorhanden sind, welche sinusförmig sind und eine Höhe von" grossenordnungsmassig 5 mm und einen gegenseitigen Abstand von grossenordnungsmassig 15 mm haben.

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