DE2527147B2 - Blechplatten-Rohrwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Blechplatten-Rohrwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einen derartigen Wärmetauscher zeigt die US-PS 34 37 134. Die Ausschnitte sind dabei so ausgebildet, daß die schleifenförmig nach außen ho*, !gebogenen Ansätze als Abstandsglieder verwendet werden, um bei gestapelten Platten Plattenspalten aufrecht zu erhalten. Die Ansätze sind nicht in der Mitte eines Plattenspaltes angeordnet und können deshalb auch nicht bewirken, daß die Wärme-Grenzluftschichten dünner werden, um dadurch das Wärmeübertragungsverhältnis zu verbessern. Der Luftwiderstand nimmt örtlich in den Bereichen zu, die Bunde und Ausschnitte aufweisen, wodurch eine ungleichförmige Luftströmung durch den Plattenstapel entsteht. Folglich ist die Luftströmung in dem Abschnitt nicht dominierend, der die Ausschnitte enthält, die für die Wärmeübertragung wichtig sind, vielmehr strömt der größte Teil der Luft an diesem Abschnitt in der Mitte benachbarter Bunde, der keine Ausschnitte aufweist, wodurch der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad erniedrigt wird.

Eine Anordnung von Blechplatten bei einem Rohrwärmetauscher, bei dem die Bunde im Rechteck angeordnet sind, zeigt die US-PS 33 97 741. Eine solche Anordnung ruft einen ungleichförmigen Luftwiderstand an den Bundabschnitten und an den Haubenausschnitt-Abschnitten hervor, wodurch Luft im wesentlichen um die Bunde herumströmt, weil dort der Luftwiderstand geringer ist, und wodurch die Luftströmungsgeschwindigkeit an den Haubenausschnitt-Abschnitten, die für die Wärmeübertragung wichtig sind, herabgesetzt wird. Das führt ebenfalls zu einer Verschlechterung des Wärmeübertragungs-Wirkungsgrades.

Es ist auch schon durch die US-PS 37 96 258 bekannt geworden, bei einem Rohrwärmetauscher mit Blechplatten U-förmige Bögen vorzusehen. Dabei sind die Platten gekrümmt bzw. geknickt ausgeführt, und zwar in Faltungen unter relativ seichtem Winkel, wobei darin Rohraufnahmeöffnungen in versetzter Anordnung ausgeformt sind, und wobei die Platten mehrere zueinander ausgerichtete Schlitze oder Langlöcher in jeder Faltungswand aufweisen. Diese Öffnungen sind dazu vorgesehen, um den Strömungswiderstand der Platten gegenüber der Luftströmung dadurch zu verringern, daß die Luftströmung durch die ausgerichteten Schlitze oder Langlöcher strömen kann, wodurch ein Zusammentreffen mit den Flächen der Platten vermieden wird, ίο die großen Strömungswiderstand aufgrund von Umlenkverlusten besitzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad eines Blechplatten-Rohrwärmetauschers de/ im Oberbegriff des Patentanis spruchs definierten Gattung gegenüber den bekannten Ausführungen wesentlich zu verbessern und dabei gleichzeitig die Blechplatten in Massenproduktion einfach und kostengünstig herstellen zu können

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst

Durch diese Merkmale an einem Blechplatten-Rohrwärmetauscher wird nicht nur der Wärmeübertragungswirkungsgrad verbessert und eine spanlose Massenfertigung ermöglicht, sondern auch die für den jeweiligen Bedarfsfall erforderliche Bemessung der Wärmetauscher hinsichtlich Anordnung und Anzahl der Rohre, sowie der Flächenteilung wesentlich erleichtert. Die ausschnittfreien Bereiche gestatten nämlich ohne weiteres das Ansetzen eines Schneidgeräts, um die gewünschte Breite der Platten zu erzielen. Das hat gleichzeitig günstige Rückwirkungen auf die Werkzeugkosten und die Maschinenkapazität, weil praktisch mit einem einzigen Werkzeug für aüe Bedarfsfälle gearbeitet werden kann.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. I perspektivisch im Teilschnitt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher,

Fig.2 eine Einzelheit einer Platte des Wärmetauschers,

F i g. 3 einen Schnitt Ill-Ill gemäß F i g. 2,

F i g. 4 in Teilansicht eine Platte.

In der Zeichnung dargestellte Blech-(Leit-)platten 1 werden aus einer Aluminiumplatte oder -tafel hergestellt, die in Stücke gewünschter Abmessungen geschnitten ist, wobei jede Platte mit Rändern, Wulsten oder Bunden Ta versehene Öffnungen aufweist und in sie Haubenausschnitte (vgl. insbesondere Fig. 1 und 3) ib, ic eingedrückt oder eingeprägt sind. Die Bunde la erstrecken sich in den wärmezutauschenden Luftstrom und sind in mehreren versetzten Reihen angeordnet, so daß die Mitten jeweils dreier Bunde la ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die Achsen der Haubenausschnitte ib, Ic ragen in rechten Winkeln zur Luftstromrichtung und sind abwechselnd und symmetrisch zu den Reihen der Bunde la angeordnet, um Züge oder Serien zu bilden. Jeder Zug besteht, wie dargestellt, aus zwei Reihen Kurz-Haubenausschnitte ib und zwei Reihen Lang-Haubenausschnitte Ic, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Lang-Haubenausschnitte ic die äußeren Reihen des Zugs bilden. Rohre 2 sind in die mit dem Bund la versehenen Öffnungen mehrerer Platten 1 eingesetzt, die zu einem Paket oder Stapel vereinigt sind und sind ausgeweitet zur festhaltenden Anbringung an und zum Wärmekontakt mit den Platten 1. Die beiden offenen Enden der Rohre 2 sind durch U-Bögen 3

verbunden mittels Schweißen oder Löten, so daß das Wärmemittel einen serpetinenförmigen oder wellenförmigen Zwangsströmungsweg durch den Platten-Stapel durchführt.

Der Wärmetauscher mit dem beschriebenen Aufbau wirkt so, daß, wenn das Wärmemittel durch ein Einsatzrohr 4 in die gesamte Anordnung der miteinander verbundenen Rohre 2 eingeführt wird, die Wärme des Wärmemittels von den Rohren 2 auf die Platten und dann auf den Luftstrom übertragen wird, der entlang der Oberflächen der Platten 1 strömt. Da die Platten 1 geschlitzt oder ausgeschnitten sind, wird die Wärmegrenzluftschicht, die anfangs an der Eingangskante jeder Platte 1 gebildet wird, durch die ersten Haubenausschnitte Ic gebrochen, die an der Vorderseite des ersten Zugs angeordnet sind, und die so durch die Haubenausschnitte Ic erzeugte Wärmegrenzschicht wird auf der Rückseite der Haubenausschnitte Ic auf Null verringert, wobei dieser Vorgang bei den folgenden Haubenausschnitten Ic wiederholt wird, so daß ein verbessertes Wärmeübertragungsverhältnis erreicht wird. Dadurch wird ein Konzept vc-wirklicht, das als solches üblich ist. Auch die regelmäßige »Dreieck«-Befestigung und versetzte Anordnung der Bunde la der Platten 1 macht es möglich, den Wärmetauscher mit U-Bögen 3 gleicher Größe und Form aufzubauen. Bei den herkömmlichen Wärmetauschern, die Platten mit Haubenausschnitten aufweisen, wie die Haubenausschnitte Xb und Ic, erzeugen diese Haubenausschnitte einen solchen Luftströmungs-Widerstand, daß mehr Luft entlang der ungeschlitzten oder unausgeschnittenen Bereiche, oder vor den Bereichen um die Bunde Xa strömt. Beim Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz dazu der Luftstrom gleichmäßig verteilt, da die Bunde la versetzt angeordnet sind und deshalb erreicht der Luftstrom, der an den Umfangen der Bunde Xa vorbeigetreten ist, die Mitten der Haubenabschnitte Xbund Icund trifft dann an den Umfangen der folgenden Bunde Xa ein. Dadurch wird die durch den Wärmetauscher geführte Luft stets durch die Haubenausschnitte Xb, Ic hindurch zwangsgeführt.

Für die Massenfertigung ist es zweckmäßig, wenn die Platten 1 durch einen einzigen Prägestempel geprägt und geschnitten werden, um die Bunde Xa und Haubenausschnitte Xb, Ic jeweils in mehreren Reihen, wie in F i g. 4 dargestellt, zu bilden. Mit Rücksicht auf die Anwendungen müssen Platten 1 in verschiedenen Größen für z. B. große und kleine Wärmetauscher zur Verfügung stehen.

Die beiden Bedingungen können durch Bildung eines Werkstücks mit unausgeschnittenen Bereichen Xd erreicht werden, die jeweils zwischen der letzten Reihe der Haubenausschnitte Ic eines Zugs angeordnet sind, mit einer Zonenbraite a, die doppelt so groß ist wie die Breite b jeder ungeschnittenen Zone Xe zwischen der Kante jeder Platteneinheit und der ersten Reihe der Haubenausschnitte Xc des ersten Zugs. Dann kann das Werkstück in Platteneinheiten verschiedener Größe eingetrieben werder, wie entlang den Strichlinien der Fig.4. Auf diese Weise können verschiedene Platte.) durch einen einzigen Prägestempel hergestellt werden.

Es ist erwünscht, wenn die Breiten der Kurz-Haubenausschnitte Xb, der Lang-Haubenausschnitte Icund der unausgeschnittenen Bereiche dazwischen, in Luftsiromrichtung gemessen, einerseits gering sind im Hinblick auf das Wärmeübertragungsverhältnis, jedoch andererseits groß sind im Hinblick auf den Luftströmungs-Widerstand. Als Kompromiß konnte festgestellt werden, daß der Größenbereich 2,0 bis 2,2 mm die besten Ergebnisse zeigt.

Die Höhe cder Haubenausschnitte Xb. lc(vgl. Fig. 3) ist gleich der halben Höhe d der Bunde Xa. Das vermeidet eine Ablenkung des Luftstroms weg vom Raum zwischen den Platten 1 und ermöglicht befriedigenden Wärmetausch. Wenn die Höhe d der Bunde 2 kleiner als 1,8 mm ist, nimmt der Luftströmungs-Widerstand abrupt oder stark zu, und die übertragene Wärmemenge nimmt trotz ErhöLin der Zahl der verwendeten Platten 1 ab. Aus diesem Grund ist der Abstand zwischen den Platten 1 nicht kleiner als 1,8 mm. Die Platten 1 können in geeigneten Abständen über dem Grenzwert gesetzt oder angebracht werden, abhängig von der Art und den Eigenschaften des Gebläses.

Das Ausschneiden der Platten 1 verbessert das Wärmeübertragungsverhältnis von den Platten 1 zur Luft, jedoch neigt der Plattenwiriciingsgrad zum Abfallen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, muß der Abstand zwischen den Rohren 2 verkürzt werden. Da die Fertigungskosten des Wärmetauschers zum größten Teil vom Rohrwerkstoff abhängen, kann die Verwendung dünnwandiger Rohre für diesen Zweck die Kosten verringern. Die Wanddicke der zu verwendenden Rohre wird durch die Grenz-Krümmung der U-Bögen 3 bestimmt. Bei den üblicherweise bei Klimageräten verwendeten Rohren mit ca. 10 mm (Vg in) Außer/Jurchmesser beträgt der Maximalkrümmungs-Durchmesser 23,5 bis 25 mm, und deshalb liegt der Rohrabstand im gleichen Bereich.

Die regelmäßige Dreieck-Befestigung und versetzte Anordnung der Bunde la der Platten 1 bestimmt die Plattenbreite e in Luftstromrichtung zu 20,4 mm pro Bund-Reihe, bei einem Rohr-Abstand 23,5 mm. oder zu 21.7 mm, bei einem Rohr-Abstand 25,0 mm. Wenn die Haubenausschnitt-Breite zwischen 2,0 und 2,2 mm beträgt, können vier Haubenausschnitt-Reihen gebildet

so werden. Dann ist die Abmessung b des unausgeschnittenen Randes Ie entlang der Vorderkante jeder Platte 1 3 mm und die Abmessung a des dazwischenliegenden unausgeschnittenen Bereiches ^fdb mm.

Eir,a Fertigung aufgrund der genannten Abmessungen erlaubt die sehr einfache Herstellung von Blechplatten-Rohpwärmetauschern mit hervorragendem Wärmetauschvermögen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Blechplatten-Rohrwärmetauscher, mit einem Stapel aus zusammengebauten Platten und mehreren Rohren, wobei jede der Platten an der Oberfläche Bunde für den Durchtritt der Rohre aufweist, die in versetzten Zügen so angeordnet sind, daß die Mitten jeweils dreier Bunde ein gleichseitiges Dreieck bilden, jede der Platten kurze und lange Ausschnitte zwischen den Bunden symmetrisch zu den Bund-Zügen und senkrecht zur Luftströmungsrichtung aufweist, und die langen Ausschnitte nahe jedem der Bunde angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte als Haubenausschnitte (ib, ic)ausgebildet sind, daß die Kurz-Haubenausschnitte (ib) nahe jedem der Bunde (ia) angeordnet sind, daß die Lang-Haubenausschnitte (Ic^beiderseits der Kurz-Haubenausschnitte (ib)so ausgebildet sind, daß die Haubenausschnitte (Ii, ic) und die nicht-ausgeschnittenen Zonen des mit den Haubenausächnitten (ib. te) versehenen Bereichs der Platten (1) jeweils gleich breit sind, und daß eine ausschnittfreie Zwischenzone (id) wesentlicher Breite (a) im Mittelbereich zwischen benachbarten Bund-Zügen senkrecht zur Luftströmungsrichtung ^vorgesehen ist.