DE2409517A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

PHN.6803.

28.10.1973.

Ann-sidcr: ^. γ. philips.¹ Gloeücmpenfabriekeu

A«:i# No, PHN- 6803 .
Ai»neidv..a vom* 27* Febr. 1974

"Wärmeaustauscher"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem in Rohren strömenden Mittel und der Umgebungsluft, geeignet zum Gebrauch bei Kühlschränken, Belüftungsanlagen, Kraftzentralen usw. mit einer Anzahl Kühlwasserrohre, die einerseits an eine Zufuhr und andererseits an einer Abfuhr für das Mittel angeschlossen sind, wobei die Rohre mit einer Anzahl sich quer darauf erstreckender in wärmeleitendem Kontakt damit stehender Metallteile wie Streifen oder Gaze versehen sind.

Wärmeaustauscher der obengenannten Art werden in Belüftungsanlagen und in Kühlsystemen von Kraftzentralen verwendet, Herkömmliche Wärmeaustauscher v/eisen den Nachteil auf, dass für die erforderte Kühlleistung eine grosse Front-

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oberfläche erforderlich, ist, was im Zusammenhang mit dem Unterbringen des Wärmeaustauschers insbesondere bei Belüftungsanlagen und Kühlschränken Probleme ergibt.

Weiter werden bei den bekannten. Wärmeaustauschern zur Erhaltung eines ausreichend grossen Wärmeaustausches mit der Luft Hochleistungsventilatoren verwendet. Diese Ventilatoren sind teuer was den Beschaffungspreis sowie den Gebrauch anbelangt und - erzeugen für die Umgebung viel Lärm,

Die Erfindung bezweckt nun, einen Wärmeaustauscher zu schaffen mit einer"derart verbesserten Wärmeübertragungsleistung, dass die obengenannten Nachteile zum grössten Teil ausgeschaltet sind.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher weist das Kennzeichen auf, dass die betreffenden Rohre in einer Anzahl flacher Elemente gegliedert sind, deren Ober- und Unterseiten in je einer gemeinsamen Ebene liegen und die zwei andere Seiten in der Vorder- bzw» Rückfläche des Wärmeaustauschers liegen, wobei die Elemente einen Winkel über 45° mit der Vorder- und Rückfläche einschliessen und wechselweise an der Vorder- und Rückseite luftdicht miteinander verbunden sind, so dass eine gefaltete Vorder- bzw. Rückseite entsteht und wobei die Dickenabmessung (l) jedes der Elemente höchstens 25 nun beträgt und der hydraulische Durchmesser (d, ) der Luftkanäle in jedem der Elemente kleiner gewählt worden ist als 2 mm, dies unter der Berücksichtigung, dass der Quotient —/kleiner als 25 ist.

Auf diese Weise ist ein Wärmeaustauscher erhalten

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worden, der eine sehr grosse Kühlleistung mit einer akzeptierbaren Breiten- und"Dickenabmessung verbindet, so dass Einbau an vielen Stellen ohne grosse Probleme möglich ist.

Durch die V—förmige Anordnung der Wärmeaustauscher elemente ist eine wesentliche Vergrösserung der Frontoberflache des Wärmeaustauschers erhalten worden. Dies bedeutet, dass bei einem gleichen Luftstrom wie bei einem herkömmlichen Kühler die Strömungsgeschwindigkeit in den Luftkänälen viel kleiner sein wird. Diese niedrige Luftgeschwindigkeit ermöglicht es, den hydraulischen Durchmesser dieser Luftkanäle klein zu machen, ohne dass dies zu einem zu grοssen Strömungswiderstand führt. Infolge des kleinen hydraulischen Durchmessers der Luftkanäle wird ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient erhalten, während auch die wärmeübertragende Oberfläche sehr gross ist.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher verbindet eine grosse Wärmeübertragungsleistung mit einem sehr gedrängten Bau, was Einbau ermöglicht, und mit einem verhältnismässig niedrigen Strömungswiderstand, was grosse Ventilatoren mit dem damit einhergehenden Lärm überflüssig macht. .

Durch diese Eigenschaften eignet sich der

Wärmeaustauscher nach der Erfindung insbesondere zum Gebrauch in Belüftungsanlagen und Kühlschränken. In diesen beiden Anwendungsgebieten spielen das Volumen und der geringe Schallpegel eine äusserst wichtige Rolle.

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^; Dies macht die betreffenden Wärmeaustauscher

auch geeignet zum Gebrauch für die Abfuhr von Wärme bei Elektrizitätszentralen an die Luft. Normalerweise wird bisher diese Wärme Oberflächenwasser abgegeben, was eine thermische Verunreinigung mit sich bringt, oder mittels grosser, die Landschaft verunstaltender Kühltürme an der Luft. Dabei verursacht der frei werdende Wasserdampf oft Wolkenfelder.

Durch den gedrängten Bau des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers und durch die niedrige erforderliche Ventilatorleistung bietet dieser Austauscher die Möglichkeit, ohne Verwendung unpraktisch grosser Anlagen die obengenannte Wärme bei Zentralen der Luft abzugeben. Die Vorteile sind keine Umweltverschmutzung, keine Landschaftverunstaltung und die Lage der Grosszentralen ist nicht mehr am Vorhandensein ausreichenden Kühlwassers gebunden.

Durch die schräge V-förmige Anordnung der

Elemente gegenüber der anströmenden Luft hat es sich herausgestellt, dass etwaige. Verunreinigungen in der Luft sich nicht an den Elementen sondern hinten in den V-förmigen Aussparungen ansammeln.

Damit ein gutes Auffangen von Verunreinigungen und ein leichtes Reinigen gewährleistet wird, weist eine weitere günstige Ausführungsform das Kennzeichen auf, dass jede der Verbindungen an der Rückseite der Elemente als rinnenförmige s

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Verbindungsteil ausgebildet ist, in dem Verunreinigungen aufgefangen werden können.

Damit eine gute Führung der anströmenden Luft gewährleistet wird, hat ,jede der Verbindungen an der Vorderseite der Elemente eine gute.aerodynamische Form, so dass die Luft gut' in den Kühler hineinströmt.

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform ist jedes der Elemente am Aussenumfang mit einer Schicht Feingaze mit einer Maschenweite von weniger als 1,5 mm versehen. Dies vermeidet eine Verschmutzung des Kühlers auf sehr wirksame Weise, während ausserdem diese Gaze zum Wärmeaustausch beiträgt.

Es sei bemerkt, dass bereits ein Kraftfahrzeugkühler vorgeschlagen wurde, mit einer Konstruktion die der des in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Wärmeaustauschers nahezu entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass ausser Kraftfahrzeuganwendung der vorliegende Wärmeaustauscher bei Anwendung in Belüftungsanlagen, Kühlschränken und Kraftzentralen besondere Vorteile bietet. ·

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei Schnitte durch einen Wärmeaustauscher, der aus einer Anzahl V-förmig.angeordneter Elemente besteht,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere mögliche Ausführungsform eines Wärmeaustauschers.

In den Fig. 1 und 2 ist in zwei senkrecht aufeinander stehenden Schnitten auf schematische und nicht massgerechte

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Weise ein Teil'eines Wärmeaustauschers dargestellt, der aus einer Anzahl Elemente 1 aufgebaut, ist, die mit der Vorderbzw, RückflSche 2 bzw. 3 des Kühlers einen Winkel <te einschliessen.

Jedes der Elemente 1 enthält eine Anzahl Rohre 4, die sich an einer Seite an einen geraeinsamen Zuführungskanal 5 und an der anderen Seite an einen gemeinsamen Abführungskanal 6 anschliessen, ■ Die Rohre h sind durch eine Vielzahl flacher Metallstreifen 7» die beispielsweise durch verlöten wärmeleitend mit den. Rohren verbunden sind, miteinander verbunden.

Die Elemente 1 sind wechselweise an der Vorderseite an der Stelle 8 und an der Rückseite durcli einen rinnenfSrmigen Teil 9 miteinander verbunden« In einer Anlage angeordnet wird also die heranströmende Luft entsprechend der angegebenen Pfeilrichtung strömen. Die Verbindungen an der Stelle 8 weisen eine aerodynamisch gute Form auf, so dass die heranströmende Luft leicht den Wärmeaustauschoberflächen zugeführt wird.

Durch die V-förmige Anordnung der Elemente 1 ist die Wärmeaustauschoberfläche wesentlich vergrössert und zwar um

einen Faktor -■ · Davon muss selbstverständlich die Dicke

cos.^j,

der Elemente subtrahiert werden, weil dies an der Stelle 8 und 9 einen Teil ergibt, an dem keine Luft hindurchflies sen kann. Beim Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist die Dicke jedes der Elemente höchstens 25 mm. Das bedeutet, dass die Anschlüsse 8, 9 nur wenig Raum erfordern. Um diese geringe Dicke der Elemente zu ermöglichen und zwar unter Beibehaltung einer ausreichenden Kühlleistung pro Oberflächeneinheit gilt

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weiter für die Kanäle 10, durch die die Luft strömt (zwischen den Kühlwasserrohren und den Metallstreifen 7), dass der Quotient —-kleiner als 25 ist, wobei d, kleiner als 2 mm

^ah
sein muss.' Das bedeutet eine äusserst feine "Verteilung des Wärmeaustauschers, wobei die Metallstreifen 7 in nur sehr geringem Abstand (weniger als oder gleich 1 mm) voneinander liegen. Es stellt sich heraus, dass auf diese ¥eise ein Wärmeaustauscher erhalten wird mit einer Kühlleistung pro Oberflächeneinheit, die um viele Male grosser ist als die der bekannten Wärmeaustauscher.

Das Ueberraschende dabei ist, dass dieser Wärmeaustauscher trotz der feinen Verteilung im Gebrauch nicht verschmutzt. Es hat sich herausgestellt, dass in der Luft befindliche Verunreinigungen sich an der Stelle 9 ansammeln. Dies kommt dadurch, dass, während die. Luft abgelenkt wird, die Verunreinigungen durch ihre grössere Trägheit geradeaus- gehen und in eine Rinne 9 geraten. Damit Verschmutzung noch besser vermieden wird, kann gegebenenfalls an der Aussenseite der Elemente eine feine Gazenschicht mit einer maximalen Maschenweite von. 1,5 mm vorgesehen sein, die gleichzeitig als Wärmeübertragungsoberfläche mitarbeitet und zwar dadurch, dass die Gaze mit den Metallstreifen in gutem wärmeleitendem Kontakt steht.-.

Auch ist es möglich, statt der Streifen 7 nur eine Anzahl Gazeschichten auf den Rohren h anzuordnen. Während weiter alle möglichen Kombinationen aus Streifen und Gaze Anwendung ■ finden können.

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Obschon die Rinne 9 gewisse Vorteile bietet, beispielsweise was die Reinigung anbelangt, kann unter Umständen diese Rinne fortgelassen werden, wobei dann die -^Elemente an dieser Stelle unmittelbar miteinander kontaktiert sind. In der gebildeten Ecke wird sich, dann Selbstverständlich der Schmutz anhäufen, wenn man jedoch dies bei der Berechnung berücksichtigt, braucht dies keinen Nachteil zu bedeuten.

In Fig. 3 ist angegeben, wie die Elemente 1 gegebenenfalls auch parallel angeordnet sein können, so dass dann gleichsam ein zinnenförmiger Kühler entsteht.

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Claims (2)

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   PATENTANSPRÜCHE;

   1J Wärmeaustauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem in Rohren strömenden Mittel und der ümgebungsluft, geeignet zum Gebrauch bei Kühlschränken, Belüftungsanlagen, Kraftzentralen usw. mit einer Anzahl Rohre, die sich einerseits an eine Zufuhr und andererseits an eine Abfuhr für das Mittel anschliessen, wobei die Rohre mit einer Anzahl sich quer darauf erstreckender und damit in wärmeleitendem Kontakt stehender Metallteile wie Streifen oder Gaze versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffenden Rohre in einer Anzahl flacher Elemente gegliedert sind, deren Ober- und Unterseiten in je einer gemeinsamen Ebene liegen und die zwei anderen Seiten in der Vorder- bzw. Rtickfläche des Wärmeaustauschers liegen, wobei die Elemente einen Winkel über 45°- mit den Vorder- und Rtickflächen einschliessen und abwechselnd an der Vorder- und Rückseite luftdicht miteinander verbunden sind, so dass eine gefaltete Vorder- bzw.. Rückseite entsteht und wobei die Dickenabmessung (l) jedes der Elemente höchstens 25 nun beträgt und der hydraulische Durchmesser (d_) der Luftkanäle in jedem der Elemente kleiner als 2 mm gewählt worden ist und zwar unter der Berücksichtigung, dass der Quotient -τ— kleiner als 25 ist.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungen an der Rückseite der Elemente als ' rinnenförmiges Verbindungsteil ausgebildet ist, in dem Verunreinigungen aufgefangen werden können,

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   3» Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungen an der Vorderseite der Elemente eine gute aerodynamische Form aufweist, so dass die heranströmende Luft gut in den Wärmeaustauscher strömt, 4« Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Elemente am Aussenumfang mit einer Schicht feiner Gaze mit einer Maschenweite von weniger als 1,5 mm versehen ist.

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