DE2817990C2

DE2817990C2 - Kreuzstromwärmetauschereinheit in Leichtbauweise

Info

Publication number: DE2817990C2
Application number: DE2817990A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 7440 Nürtingen Kötz; Herbert Dr. 7000 Stuttgart Müllejans
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1978-04-25
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1982-04-01
Also published as: FR2424504A1; GB2019552A; DE2817990A1; SE7903443L; IT7948824A0; FR2424504B1; CH638887A5; IT1116046B; AT360058B; GB2019552B; ATA223779A; US4407358A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreuzstromwärmetauschereinheit der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten und durch die GB-PS 4 79 840 bekannt gewordenen Art.

Bei dieser bekannten Art von Wärmetauschern sind die glatten und gewellten Bleche lediglich über verstärkte Randbereiche miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Bleche des Wärmetauschers innerhalb der Randbereiche nicht spaltfrei und nicht zugfest miteinander verbunden sind. Durch die zwangsläufig vorhandenen Spalte ergibt sich ein verschlechterter Wärmeübergang zwischen den Medien, und durch die fehlende Verbindung zwischen den Blechen können diese bei Druckbelastung ausbeulen.

Ähnliche Wärmetauscherarten sind auch durch die CH-PS 5 88 672 bekannt geworden:
Durch die stapelweise, kreuzweise übereinander angeordneten Folien, die vorzugsweise aus Metall bestehen, wird zwar das Gewicht der Wärmetauschereinheit herabgesetzt, jedoch sind durch diese Anordnung infolge der teilweise quer verlaufenden Sicken keine strömungsgünstigen Kanäle vorhanden. Außerdem ist die installierte Wärmetauscherfläche infolge der geringen Oberflächenvergrößerung durch die Sicken relativ niedrig. Da die Kontaktflächen der Sicken keine metallische Verbindung mit den benachbarten Folien besitzen, sondern durch einen Luftspalt getrennt sind, ist die Wärmeleitung zwischen den Folien unterbrochen. Schließlich mangelt es dieser Bauweise insofern an einer mechanischen Stabilität, weil die einzelnen Folien nur an ihren Rändern über Falze und nicht in ihrem inneren Bereich miteinander verbunden sind. Dadurch besteht bei bestimmten Druckdifferenzen zwischen den strömenden Medien bzw. der Umgebung die Gefahr, daß die Folien ausbeulen. Andererseits besteht bei dünnen Folien nicht, bzw. nur bei entsprechendem wirtschaftlichen Aufwand, die Möglichkeit der Verlötung, wie dies bei Wärmetauschern mit dickeren Blechen üblich ist

ίο Stattdessen werden derartig dünne Folien an ihren Rändern gefalzt und gegebenenfalls zur Erhöhung der Festigkeit mit Epoxydharz getränkt. Letzteres ist jedoch nur eine zusätzliche Maßnahme zum Falzen.

Durch die DE-OS 25 18 683 ist ferner ein Wärme-Übertrager mit ebenen und wellenförmigen Metallbändern bekannt, die zunächst mit Kunststoff beschichtet, dann verformt, zur Bildung von Strömungskanälen zusammengefügt und schließlich infolge Wärmezufuhr an den Berührungsstellen der Kunststoffschichten verschweißt werden. Diese Verbindungstechnik ist auf die dargestellten Wärmeübertrager mit parallel zueinander verlaufenden Strömungskanälen in maximal zwei Lagen übereinander beschränkt; dieses kontinuierlich arbeitende Verfahren ist nicht zur Herstellung von Kreuzstromwärmetauschern mit beliebiger Anzahl von übereinander angeordneten Folienelementtn geeignet. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreuzstromwärmetauschereinheit der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei Verwendung von dünnen bis zu dünnsten Folien beliebigen Materials ein Wärmetauscher mit großer Stabilität bzw. Festigkeit und hoher Wärmeübertragungsleistung bei gleichzeitig niedrigen Herstellkosten geschaffen wird.

J5 Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.

Durch den geschlossenen Überzug erhält der Wärmetauscher in vorteilhafter Weise eine mechanisch feste Verbindung aller Folienelemente untereinander, so daß ein fester und in sich steifer Wärmetauscherblock entsteht.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 weisen die Rippenelemente eine mäanderförmige Wellung auf und bilden zusammen mit den Trennwandelementen spaltfreie Kontaktflächen. Durch diese spaltfreien Kontaktflächen wird der bei den bekannten Konstruktionen vorhandene Luftspalt zwischen Rippen- und Trennwandelementen ausgeschaltet und damit ein verbesserter Wärmeübergang erzielt. Die Wärmeübertragungsleistung eines solchen Wärmetauschers wird damit erheblich erhöht. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Rippen- und Trennwandelemente gemäß Anspruch 3 aus einem nicht-metallischen Werkstoff, was an sich bekannt ist. Durch den erfindungsgemäß nachträglich aufzubringenden, geschlossenen Überzug ist es jedoch möglich, auch solche dünnen, aus nicht metallischem Werkstoff bestehenden Folien, die in sich sehr weich sind, ebenfalls zu einem mechanisch festen Block zu verbinden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 sieht vor, daß der Überzug aus einem handelsüblichen, aushärtbaren Epoxydharz besteht. Der Vorteil dieses Epoxydharzes besteht unter anderem darin, daß es gute Klebeeigenschaften und eine hinreichende Festigkeit aufweist und andererseits einen hervorragenden Korrosionsschutz für die Folienelemente bietet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 5 und 6 sind Verfahren zur Herstellung der Kreuzstromwärmetauschereinheit bzw. zum Aufbringen des geschlossenen Oberzuges vorgesehen. Durch diese Verfahren läßt sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher besonders wirtschaftlich herstellen, insbesondere, wenn der geschlossene Überzug durch Tauchlackieren mit einem flüssigen und anschließend aushärtenden Epoxydharz hergestellt wird. Der Kauptvorteil der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinheit liegt somit in den äußerst niedrigen Herstellkosten, weil eine aufwendige Lot- oder herkömmliche Klebverbindung vermieden und stattdessen durch ein einfaches Beschichtungsverfahren die erforderliche mechanische Verbindung der Rippen- und Trennwandelemente erreicht werden kann. Hierdurch wird gleichzeitig ein Korrosionsschutz für die von den Medien beaufschlagten Wärmeaustauschflächen geschaffen. Durch die bereits erwähnten Kontaktflächen wird ein thermischer Schluß zwischen Rippen- und Trennwandelementen hergestellt:
Es besteht entweder ein unmittelbarer Kontakt zwischen Rippen- und Trennwandelementen oder ein mittelbarer Kontakt, wobei sich auch im Bereich der Kontaktfläche ein geschlossener Überzug befindet. Durch diese zusätzliche Trennschicht wird der Wärmedurchgang zwischen den beteiligten gasförmigen Medien jedoch nur vernachlässigbar vermindert. Schließlich ist als Vorteil noch zu erwähnen, daß durch die Verwendung von Billigwerkstoffen Wegwerfkrnstruktionen von derartigen Wärmetauschereinheiten ermöglicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinheit und

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Bauweise.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Kreuzstromwärmetauschereinheit 1, wobei nur zwei Lagen von Rippen- und Trennwandelementen 4 und 2 dargestellt sind. Der gesamte Block 1 kann beliebig viele in dieser Weise aufeinander geschichtete Lagen haben. Die mäanderförmig gewellten Rippenelemente 4 sind — wie aus F i g. 2 erkennbar

ίο — durch ebene Trennwandelemente 2 voneinander getrennt, so daß in abwechselnden Richtungen verlaufende Strömungskanäle 5 und 6 entstehen und das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende Medium absolut voneinander getrennt sind. Die Rippen- und

ι ί Trepjiwandelemente 4 und 2 sind mit einem geschlossenen Überzug 3, zum Beispiel Epoxydharz, versehen, das durch Tauchlackierung des gesamten Blockes 1 aufgebracht wird und dem Verband von Rippen- und Trennwandelementen nach dem Aushärten die erfor-

JU derliche Stabilität sowie einen Korrosionsschutz gegenüber den strömenden Medien gibt. Nach dem Aufbringen des Überzuges 3 verbleibt zwischen Trennwandelement 2 und Rippenelement 4 eine Fläche »F« von der Breite s, wohin kein Lack gelangt ist und wo daher ein unmittelbarer, d. h. spaltfreier Kontakt zwischen beiden Elementen 2 und 4, erhalten bleibt. Damit ergibt sich hier ein thermischer Schluß, so daß die Wärme vom wärmeabgebenden ZLm wärmeaufnehmenden Medium ohne Überwindung eines isolierenden Luftspaltes

in geleitel werden kann.

Diese erfindungsgemäße Bauweise gestattet die Verwendung von dünnsten Folien sowie auch den Einsatz von nicht-metallischen Werkstoffen, z. B. Kunststoff, weil die durch die Lackschicht erzielte

3i mechanische Verbindung von Rippen- und Trennwandelementen dem gesamten Verband die Stabilität einer Sandwich-Konstruktion verleiht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kreuzstromwärmetauschereinheit, bestehend aus kreuzweise übereinander angeordneten Folienelementen, die als Rippenelemente ausgebildet sind, wobei zwischen den Rippenelementen ebene Trennwandelemente angeoidnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Rippen- und Trennwandelemente (4,2) durch einen nachträglich aufgebrachten, geschlossenen Überzug (3) mechanisch fest zu einem Block (1) verbunden sind.

2. Kreuzstromwärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenelemente (4) eine mäanderförmige Wellung aufweisen, wobei Rippen- und Trennwandelemente (4, 2) gemeinsame spaltfreie Kontaktflächen »F« bilden.

3. Kreuzstromwärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen- und Trennwandelemente (4, 2) aus einem nicht-metallischen Werkstoff bestehen.

4. Kreuzstromwärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (3) aus einem handelsüblichen, aushärtbaren Epoxydharz besteht.

5. Verfahren zur Herstellung der Kreuzstromwärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Folienelemente übereinander gestapelt und zusammengehalten und anschließend mit einem geschlossenen Überzug versehen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Überzug durch Tauchlackieren mit einem aushärtbaren Epoxydharz hergestellt wird.