DE2450093A1

DE2450093A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2450093A1
Application number: DE19742450093
Authority: DE
Inventors: George Albert Apoloni Asselman; Adrianus Petrus Joh Castelijns
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-10-31
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FR2250088B1; GB1489226A; IT1025265B; BE821626A; NL7314929A; SE7413544L; CH591667A5; ZA746621B; US4144933A; AR203768A1; JPS50112850A; SE414669B; FR2250088A1; BR7408991D0; ES431453A1

Description

PHN 7214 WIJN/RJ Dr. Ht r:·?··< Schoft 11.10.74

N. Y. Philips' Gloeilampenictbriekea
.No.: PHN- 7214 18. Okt. 1974

"Wärmeaustauscher".

Eiie Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Kühler, zum Austauschen von Wärme zwischen einem Medium und der Luft, mit einem oder' mehreren Wärmeaustauschelementen, die je eine Anzahl in einer Ebene liegender Mediumrohre enthalten, an denen eine Anzahl streifenförmiger Wärmeübertragungsmittel befestigt sind, die sich quer zwischen der " Vorder- und Rückseite der Elemente erstrecken, welche Streifen eine Breite 1 von höchstens 25 nun haben und in einem derartigen Abstand voneinander liegen, dass die Luftkanäle zwischen den Streifen einen hydraulischen

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Durchmesser d von-höchstens 2 mm aufweisen wobei weiter η

-r- <£ 25 ist, und wobei die Elemente mit der relativen

Strömungsrichtung der Luft vor Eintritt in den Wärmeaustauscher einen Winkel von höchstens ^5° einschliessen.

Wärmeaustauscher der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind in den offengelegten niederländischen Patentanmeldungen 7113051 und 7202072 beschrieben worden.

Durch die schräge Anordnung der Wärmeaustauschelemente gegenüber der anströmenden Luft, die geringe Dicke der Elemente und die sehr feine Struktur, d.h. den geringen hydraulischen Durchmesser der Luftkanäle zwischen den Streifen, haben diese bekannten Wärmeaustauscher eine sehr hohe Wärmeaustauschleistung pro Einheit Frontoberf läc.he.

Dies bietet den Vorteil, dass in denjenigen Fällen, in denen normale flache Wärmeaustauscher zu umfangreich werden für die erforderte Wärmeübertragungsleistung diese Art von Wärmeaustauschern durch ihren gedrängten Bau durchaus verwendbar sind.

Ein überraschender Aspekt des obenstehend geschriebenen Wärmeaustauschers ist, dass trotz: der sehr engen Durchströmungskanäle für die Luft der Wärmeaustauscher in der Luft befindliche Verunreinigungen wie Staubteilchen, Insekten usw. nicht gesperrt wird.

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Es hat sich heraus gestellt, dass diese Verunreinigungen über die Oberfläche der schräg angeordneten Elemente abbiegen und hinten im Wärmeaustauscher· beispielsweise in eine Auffangrinne, gelangen.

Es hat sich nun herausgestellt, dass die Verteilung des Luftstromes über die Wärmeaustauschelementen nicht gleichmässig ist. Ein unverhältnismässig grosser Teil der Luft strömt durch denjenigen Teil jedes der Elemente, der am weitesten von der Lufteintrittseite des Wärmeaustauschers entfernt ist.

Aus Messungen hat sich herausgestellt, dass . bei einem bekannten Wärmeaustauscher, von dem ein Teil in Fig. 1 auf schematische Weise dargestellt ist, die Luftgeschwindigkeit in jedem der Elemente bei A nahezu Null ist und in Richtung von B linear· zunimmt.

Dieser Effekt wird verursacht durch die Tatsache, dass die Strömungsrichtung der Luft beim Austritt aus den Elementen im gründe nicht der Hauptetrömungsrichtung der Luft durch den Wärmeaustauscher parallel ist.

Die unmittelbare Folge der ungleichmässigen Durchströmung der Luft durch die Elemente gegenüber einer* gleichmässig verteilten Durchströmung ist das Auftreten von örtlich höheren StrömungsVerlusten wegen der grösseren Ausströmungsgeschwindigkeit der Luft aus den Elemente bei B und wegen der auftretenden

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Kontraktion (siehe an der Stelle C in Fig. 1).

Eine weitere unmittelbare Folge ist eine verringerte Wärmeübertragungsleistung bei einem gegebenen Temperaturunterschied zwischen dem Medium in den Rohren, und der Luft. Dies wird verursacht durch:

- höhere Strömungsverluste in der Luft, die einen geringeren Luftmassenstrom bei einem gegebenen Druckunterschied am Wärmeaustauscher verursachen;

- die ungleichmässige Stromverteilung führt auch zu einer schlechteren Wärmeübertragung, so dass der Unterschied zwischen der mittleren Temperatur der streifenförmigen Wärmeübertragungsmittel und der mittleren Luftaustrittstemperatur grosser ist als bei gleichmässig verteilter Durchströmung;

- durch die ungleichmässige·. Durchströmung der Elemente durch die Luft wird die thermische Belastung an der Seite des Mediums in denjenigen Mediunirohren konzentriert, die weiter von der Eintrittsseite des Wärmeaustauschers entfernt sind, wodurch grössere Unterschiede zwischen der mittleren Mediumtemperatur und der mittleren Wandtemperatur dieser Rohre entsteht.

Alle obengenannten Tatsachen verursachen eine Verringerung der Wärmeaustauschleistung des betreffenden Wärmeaustauschers.

Damit der obengenannte nachteilige Effekt vermieden wird, wurde bereits vorgeschlagen, zur Er-

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haltung einer gleichmässigen Verteilung des Luftstromes über jedes der Elemente mindestens an der Rückseite der Elemente Strömungsleiter in Form von Führungs-r wänden anzuordnen, die die Luft nach Austritt aus dem betreffenden Element in der Richtung biegen, in der diese Luft weiter aus dem Wärmeaustauscher strömen kann. Uberraschenderwesxe hat sich herausgestellt, dass durch Anordnung derartiger Führungswände die Verteilung des Luftstromes über die Elemente sehr gleichmassig wird, was zu einem geringeren Druckabfall am Wärmeaustauscher und zu einer erhöhten Wäirneaustauschleistüng führt.

Ausser Führungswänden an der Rückseite der Elemente können unter Umständen auch Führungswände an der Vorderseite der Elemente angeordnet Airerden.

Das Anordnen der obengenannten Führungswände weist ausser den genannten wichtigen Vorteilen jedoch auch den Nachteil auf, dass die Konstruktion des Wärmeaustauschers etwas verwickelter wird.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung einer gleichmässigen Verteilung des Luftstromes über jedes der Elemente die Konstruktion verhältnismässig einfach sein kann.

Dazu weist der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher das Kennzeichen auf, dass mindestens eine .

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Anzahl der Streifen wenigstens an der Rückseite jedes der Elemente derart gebogen ist, dass die Seiten der betreffenden Streifen sich entsprechend der Ausströmungsrichtung der Luft aus dem Wärmeaustauscher erstrecken.

Auf diese Weise wird ohne dass gesonderte Führungswände angeordnet zu werden brauchen dennoch eine äusserst gute Führung des Luftstromes und folglich eine gute Verteilung dieses Luftstromes über jedes der Elemente erhalten.

Das Biegen der Streifen kann leicht automatisch bei der Herstellung derselben erfolgen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers ist mindestens ein Teil der Streifen auch an der Vorderseite der Elemente gebogen, und zwar derart, dass die Vorderseiten dieser Streifen nach und in der Richtung der relativen Strömungsrichtung der Luft vor Eintritt in den Wärmeaustauscher zeigen.

Eine Führung des Luftstromes auch an der Vorderseite kann eine weitere sei es geringe Verbesserung der Luftstromverteilung ergeben.

Es sei bemerkt, dass bei dieser Ausbildung der Schmutzj der sich gegebenenfalls im Luftstrom befindet, sich leicht an der Vorderseite der Elemente niederlassen kann.

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Daher eignet sich diese Ausführungsform besser zum Gebrauch in denjenigen Fällen, wobei sich in der ■ Luft keine Verunreinigungen befinden.

Eine weitere günstige Ausführungsform des '

erfindungsgemässen Wärmeaustauschers, wobei zwischen ί

den Mediumrohren ein oder mehrere Streifen befestigt sind, die zunächst zickzackförmig gefaltet und danach | zusammengedrückt werden, wird dadurch gekennzeichnet, ■ j dass die zickzackförmigen Streifenteile mindestens an j der Rcukseite und gegebenenfalls auch an der Vorderseite jedes der Elemente derart gebogen sind, dass die 1 gebogenen Teile an der Rück- und auch an der Vorder- · seite sich parallel zueinander erstrecken und wobei

zwischen jedem Paar benachbarter gebogener Teile ·

mindestens ein nicht gebogener Teil vorhanden ist.

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

Fig. 1 und 2 auf schematische Weise einen Schnitt durch einen Wärmeaustauscher der bekannten Konstruktion, '

Fig. 3» 4, 5 und 6 eine Anzahl Aiisführungs~ formen von Wärmeaustauschern, wobei die Flossen an der Rückseite und gegebenenfalls an der Vorderseite der betreffenden Elemente gebogen sind.

In Fig. 1 und 2 ist auf schematasehe und

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nicht massgerechte Weise ein Schnitt durch einen Teil eines.bekannten Wärmeaustauschers dargestellt. Dieser Wärmeaustauscher enthält eine Anzahl Elemente 1, die je eine Anzahl Mediumrohre 2 enthalten, an denen eine Anzahl Metallstreifen 3 wärmeleitend befestigt sind. Die Mediumrohre 2 schliessen auf der einen Seite an einen Sammelkanal 5 an·

Zwischen den Streifen 3 befinden sich eine Matrix aus Luftkanälen 11, deren hydraulischer Durchmesser d kleiner als 2 mm ist, während ihre Länge 1, die der Dicke der Elemente 1 entspricht, kleiner ist als 25 nun. In einem praktischen Fall war d = 0,44 mm und 1=4 mm.l und d, werden dabei immer derart gewählt dass -— < 25 ist. Die Strömungslinien, nach

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denen die Luft durch den Wärmeaustauscher strömt, ist für eines der Elemente durch gestrichelte Linien angegeben, Daraus ist ersichtlich, wie die Luft an der Vorderseite des Elementes abbiegt und erst an einer tiefer im Wärmeaustauscher liegenden Stelle zwischen die Streifen 3 des Elementes hindurchströmt. Es hat sich herausgestellt, dass bei A die Luftgeschwindigkeit zwischen den Streifen 3 praktisch Null ist und diese Geschwindigkeit in der Richtung von B linear zunimmt. Diese ungleichmässige Verteilung des Luftstromes über das Element 1 verursacht alle nachteiligen Effekte, wie diese obenstehend beschrieben wurden.

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In Fig. 3 ist in nur einem Schnitt ein Teil eines Wärmeaustauschers dargestellt. Dieser Wärmeaustauscher entspricht, was die Konstruktion anbelangt, praktisch dem nach Fig. 1 und 2 mit dem einzigen Unterschied, dass nun die Streifen 3 an der Rückseite der Elemente 1 derart gebogen sind, dass diese gebogenen Ränder 6 nun in der Richtung zeigen, in der die Luft aus dem Wärmeaustauscher strömt. Es hat sich herausgestellt dass dieser einfache Eingriff eine praktisch vollkommen gleiche Verteilung des Luftstromes durch die Elemente 2 herbeiführt. Dies hat zur Folge, dass der Druckabfall am Wärmeaustauscher um 20% weniger oder bei gleichbleibendem Druckabfall die Wärmeabführungsleistung an der Luftseite um 30$ grosser, sein kann. Ob schon -bei der Ausbildung, wie diese in Fig. 3 dargestellt ist, jede Flosse 3 an der Rückseite gebogen·ist, ist es unter Umständen auch durchaus möglich nur einen Teil der Streifen 3 zu biegen, beispielsweise jeder zweite oder dritte bzw. vierte Streifen, abhängig vom Winkel, den die Elemente 1 mit dem eintreffenden Luftstrom einschliessen.

In Fig. 3 sind die Streifen 3 nur an der Rückseite der Elemente 1 gebogen. Eine geringfügige Verbesserung der Luftströmungsverteilung lässt sich noch dadurch erhalten, dass die Streifen 2 auch, an der Vorderseite der Elemente in der Richtung des ein-

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treffenden Luftstromes gebogen werden. In Fig» 4 ist ein Teil eines Elementes 1 auf schematische Weise dargestellt, wobei die Streifen 3 ausser mit einem gebogenen Rand 6 an der Rücksed.te· auch mit einem gebogenen Rand 7 an der Vorderseite versehen sind.

In Fig. 5 und 6 ist auf schematische und nicht massgerechte Weise ein Teil eines Elementes 1 dargestellt, wobei sich zwischen den Kühlkanalen 2 zickzackförmig gefaltete und danach zu einem Paket zusammengedrückte Streifen 8 befinden, die wärmeleitend mit den Kanälen 2 verbunden sind. Wie in Fig. 5 ersichtlich, sind nun die hin- und hergehenden Teile der Streifenpakete 8 an der Rückseite des Elementes 1 iirechselweise mit einem gebogenen Rand 9 versehen. Die zwischenliegenden Teile 10 sind dabei etwas gekürzt, da sonst die Gefahr besteht, dass die Ausst'römungsöffnungen gesperrt werden. Gegebenfalls ist es auch möglich, zwischen jedem Paar benachbarter .gebogener.; Teile mehr als einen nicht gebogenen und etwas gekürzten Teil vorzusehen, ohne dass dies die gute Wirkung beeinträchtigt .

In Fig. 7 ist zum Schluss ein Teil eines Elemente» 1 auf schematische schaubildliclie Weise dargestellt, welches Element aus einer Anzahl Mediumrohre Z besteht, zwischen denen sich eine Anzahl Streifen 3 erstreqken, die in dieser Konfiguration

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parallel zur Strömungsrichtung der eintreffenden Luft 12 gegliedert sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Streifen 3 an der Rückseite über die Linien 13 eingeschnitten, wonach die zwischen den Schnittlinien liegenden Streifenteile 14 über die Linien 15 gebogen sind, so dass gleichsam Führungsschaufel für die Luft erhalten worden sind, die die Luft beim Austritt in die Abführungsrichtung ablenken.

Obschon in der Zeichnung die .Teile 14 über eine scharfe Linie gebogen worden sind, kann gegebenenfalls das Biegen auch fliessend stattfinden.

Auch auf diese Weise ist wieder eine gute .Ausströmungsführung für die Luft erhalten worden, so ' dass auch hier wieder eine gleichmässige Verteilung des Luftstromes über die Elemente gewährleistet ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

ί 1 .\ Wärmeaustauscher, insbesondere ein Kühler, zum Austauschen von Wärme zwischen einem Medium und der Luft, mit einem oder mehreren Wärmeaustauschelementen, die je eine Anzahl in einer Ebene liegender Mediumrohre enthalten, an denen eine Anzahl streifenförmiger Wärmeübertragungsmittel befestigt sind, die sich quer zwischen der Vorder- und Rückseite der Element© und quer zur relativen Strömungs.richtung der Luft erstrecken, welche Streifen eine Breite 1 von höchstens 25 mm haben und in einem derartigen Abstand voneinander liegen, dass die Luftkanäle zwischen den Streifen einen hydraulischen Durchmesser d von höchstens 2 mm aufweisen, %\robei weiter —— ^C 25 ist, und

h wobei die Elemente mit der relativen Strömungsrichtung

der Luft vor Eintritt in den Wärmeaustauscher, einen Winkel von höchstens 45*einschliessen, dadurch ge-S kennzeichnet, dass mindestens eine Anzahl der Streifen wenigstens an der Rückseite jedes dev Elemente derart gebogen ist, dass diese Seite der betreffenden Streifen sich entsprechend der Ausströmungsrichi

tung der Luft aus dem Wärmeaustauscher erstrecken.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Streifen ^; auch an der Vorderseite des Elementes derart gebogen ist, dass die Vorderseite dieser Streifen nach und

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in der Richtung der relativen Strömungsrichtung der Luft vor Eintritt in den Wärmeaustauscher zeigen. 3· Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den Mediumrohren ein oder mehrere Streifen befestigt sind, die zunächst zickzackförmig gebogen und danach zusammengedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zickzackförmigen Streifenteile mindestens an der Rückseite und gegebenenfalls auch an der Vorderseite jedes der Elemente derart gebogen sind, dass die. gebogenen Teile an der Vorder- sowie an der Rückseite untereinander sich parallel zueinander erstrecken. h. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeübertragungsmittel durch Metallstreifen oder Streifenteile gebildet sind, die sich quer zwischen der Vorder- und Rückseite jedes der Elemente und parallel zur Richtung des eintreffenden Luftstromes erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Streifen wenigstens an der Rückseite eingeschnitten sind, wobei die zwischen den Einschnitten liegenden Streifenteile alle in nahezu derselben Richtung aus der Ebene des betreffenden Streifens zu schaufeiförmigen Teilen gebogen sind, die die Luft in der Richtung, aus der diese aas dem Wärmeaustauscher strömen kann, führen.

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