DE2951352C2

DE2951352C2 - Flachrohr-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2951352C2
Application number: DE2951352A
Authority: DE
Inventors: Dieter Christian 9050 Steinegg-Appenzell Steeb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1982-10-28
Also published as: LU82197A1; CH646512A5; AT365775B; GB2065860B; IT8012470A0; FR2472157B1; GB2065860A; DE2951352A1; NL8001138A; ATA111680A; IT1136146B; BE882032A; FR2472157A1; SE8001520L

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der η gleiche Flachrohrpakete aufweist, von denen jedes für den Durchfluß eines ersten Mediums aus mehreren gleichlangen und geraden Flachrohren besteht, die mit sich deckenden Breitseiten unter Bildung von Zwischenräumen für den Durchfluß eines zweiten Mediums parallel und im Abstand voneinander zu je einem Paket zusammengebaut sind, wobei die Flachrohre von je zwei Paketen durch Sammelräume miteinander verbunden sind, die den Fluß des ersten Mediums von einem Flachrohrpaket in das andere umlenken.

Ein Wärmetauscher dieser Art ist durch die DE-PS 16 331 bekannt. Bei diesem bekannten Wärmetauscher sind die einzelnen geraden Flachrohrpakete entweder in einer geraden Reihe hintereinander oder sich genau deckend übereinander angeordnet, so daß bei der letztgenannten Ausführungsform ein Wärmeaustauschmedium unter stetem Richtungswechsel um 180° die aufeinanderfolgenden Flachrohrpakete durchströmt.

Die Verwendung von Flachrohren in Wärmetauschern hat nicht nur den Vorteil, daß dadurch ein verhältnismäßig guter Wirkungsgrad des Wärmeaustausches erreicht wird, sondern daß Wärmetauscher dieser Art auch fertigungstechnische Vorteile haben. So kann ein Flachrohrpaket aus rechteckigen Platten gebildet werden, die abwechselnd an verschiedenen, einander gegenüberliegenden Rändern mit Leisten verbunden, z. B. verlötet, sind, die die zwischen den

Platten liegenden Räume nach außen abschließen und

so Durchflußräume geschaffen werden, die abwechselnd in um 90° gegeneinander gedrehten Richtungen verlaufen. Solche Flachrohrpakete iussen sich bekannt-

Hch sehr einfach herstellen, indem lotplattierte, rechtek-

kige Plätten und entsprechende Leisten übereinander zu einem Paket gestapelt und dann in einem Ofen miteinander verlötet werden.

Auch Flachrohrpakete, bei denen die Flachrohre aus

ίο geschweißten oder aus flachgepreßten, nahtlosen Rundrohren gebildet sind, haben z. B. dann besondere Vorteile, wenn korrosionsfeste Wärmetauscher gebildet werden müssen. In einem solchen Fall können z. B. die Rachrohre aus Edelstahl hergestellt werden.

Wie die DE-PS 4 16 331 zeigt, war es mit den bekannten Mitteln jedoch nicht möglich, mit geraden Flachrohrpaketen eine gekrümmte Bahn für wenigstens ein Wärmeaustauschmedium zu schaffen. Durch das DE-GM 17 50 450 ist zwar ein Ringwärmetauscher bekannt, der aus Rachrohrpaketen gebildet ist. Bei diesem bekannten Ringwärmetauscher sind jedoch die Rachrohrpakete gebogen. Das Biegen von Flachrohrpaketen stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher mit Rachrohrpaketen zu schaffen, bei dem eine gekrümmte Durchflußbahn für das eine Medium auch mit geraden Flachrohrpaketen möglich ist, so daß mittels gerader Rachrohrpakete auch ein Ringkühler geschaffen werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sammelräume als Winkelkästen ausgebildet sind, die die Flußrichtung des ersten

Mediums um -von 360° umlenken, und daß die π η

Rachrohrpakete mit η Winkelkästen zu einem /7-seitigen polygonförmigen Ringwärmetauscher miteinander verbunden sind.

Durch die Winkelkästen wird in überraschend einfacher Weise erreicht, daß durch jeden Winkelkasten zwei im Winkel zueinander stehende gerade Flachrohrpakete miteinander verbunden werden können und so der Fluß des Mediums trotz der geraden Flachrohrpakete innerhalb eines Ringkühlers umgelenkt werden kann. Die Erfindung eröffnet also die überraschende Möglichkeit, aus einander völlig gleichen Flachrohrpaketen, die aus geraden Flachrohren bestehen, je nach der Ausbildung des Winkelkastens beliebige Ringkühler herzustellen. Durch die DE-OS 22 00 826 ist zear ein Flachrohr ringkühler bekannt. Dieser besteht jedoch aus ringför mig ausgeschnittenen Platten, die durch ringförmig gebogene Leisten zur Bildung der Flachrohre für das erste Medium und durch ringförmig gebogene Blechlamellen zur Bildung der radial gerichteten Durchflußräu- me für das zweite Medium miteinander verbunden sind. Beim Herstellen der ringförmigen Platten und Lamellen für diesen bekannten Ringwärmetauscher geht viel Material beim Zuschneiden der ringförmigen Platten verloren. Demgegenüber wird durch die Erfindung erreicht, daß die Flachrohre für einen Ringkühler aus Rechteckplatten hergestellt werden können, die durch gerade Leisten miteinander verbunden sind. Das Zuschneiden der Platten und der Leisten ist hierbei praktisch ohne Verlust möglich.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß für einen Ringkühler auch Flachrohrpakete aus geschweißten oder aus flachgepreßten, nahtlosen Rundrohren gebildet werden können, was insbesondere

bei besonderen Einsatzfällen von großem Vorteil sein kann, wenn der Rundkühler aus einem korrosionsfesten Material, z. B. aus Edelstahl, hergestellt sein muß.

Zum Ein- und Abführen des ersten Mediums in die umlaufenden Flachrohre eines Rundwärmetauschers gemäß der Erfindung können zwei Winkelkästen mit je einem Zu- bzw. einem Abflußstutzen für das erste Medium versehen sein, die vorzugsweise an einander diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in Ό mindestens einem Winkelkasien jeder der beiden Öffnungen ein Sammelraum zugeordnet, wobei die beiden Sammelräume durch eine Innenwand voneinander getrennt und mit je einem Anschlußstutzen für das erste Medium versehen sind. Dadurch wird erreicht, daß das erste Medium in den einen Sammelraum des Winkelkastens eingeführt wird und dann durch alle Flachrohre des ringförmigen Wärmetauschers zum anderen Sammelraum des gleichen Winkelkastens zurückläuft, wo es dann durch den Abflußstutzen abgeführt wird. Man kann aber auch zwei oder mehr solcher unterteilter Winkelkästen benutzen, so daß dann zwei oder mehr Durchflußräume für zwei oder mehrere verschiedene ersten Medien erhalten werden. Man kann dadurch mit ein und demselben Ringwärmetauscher und beispielsweise mit ein und demselben zweiten Medium, z. B. Luft mehrere verschiedene erste Medien kühlen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch verschiedene Gestaltung der Winkelkästen, nämlich durch die Wahl von verschiedenen Bruchteilen von 360° für den Winkel zwischen den beiden öffnungsflächen, aus den gleichen Flachrohrpaketen Ringwärmetauscher mit verschieden vielseitigem Umfang und damit mit verschieden großem Ringdurchmesser hergestellt werden können, was die Fertigung von verschieden großen Kühlern ebenfalls wesentlich vereinfacht.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivisch und abgebrochen dargestellte Ansicht einer Ecke eines ersten Ausführungsbeispiels eines /7-seitigen Wärmetauschers, der aus η Flachrohrpaketen aus flachgedrückten, nahtlosen Rohren besteht;

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Flachrohrpaketes des Wärmetauschers nach F i g. 1;

F i g. 2a eine perspektivische Ansicht eines bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 verwendeten Winkelkastens;

F i g. 3 eine perspektivisch und abgebrochen dargestellte Ansicht einer Ecke einer zweiten Ausführungsform eines aus η Flachrohrpaketen bestehenden n-seitigen Wärmetauschers;

Fig.4 eine zum Teil geschnitten und abgebrochen dargestellte Draufsicht auf die Ecke nach F i g. 3;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Flachrohrpaketes des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3 und 4 in zerlegtem Zustand zeigt; ^Μ

Fig.6 eine der Fig.2a entsprechende Darstellung eines Winkelkastens mit zwei Sammelräumen;

F i g. 7 bis 10 Draufsichten auf verschiedene Ringwärmetauscher.

Zur Erläuterung des Aufbaus der in den F i g. 7 bis 10 ^b5 dargestellten verschiedenen /?-seitigen Ringwärmeatauscher werden zunächst zwei verschiedene Bauweisen einer Ecke eines n-seitigeri Ringwärmetauschers an Hand der F i g. 1 bis 6 beschrieben.

In F i g. 1 ist. eine Ecke eines gleichschenkligen Λ-seitigen Wärmetauschers dargestellt, in der zwei Flachrohrpakete 11 um einen Winkel 15 aufeinanderstoßen, die durch einen Winkelkasten 12 miteinander verbunden sind. Der Winkelkasten 12, der allein in Fig.2a perspektivisch dargestellt ist weist zwei öffnungen 13 und 14 auf, die jede eine ebene Öffnungsfläche definieren. Diese öffnungsflächen stehen in dem Winkel 15 zueinander (F j g. 1 und 4) und sind durch den Innenraum des Winkelskastens 12 miteinander verbunden. Die in Winkelgraden gemessene Größe des Winkels 15 beträgt 360° : n.

Das Flachrohrpaket 11 besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 aus gleichlangen, geraden Flachrohren 21, die durch Flachpressen aus nahtlosen Rundrohren gebildet sind und z. B. in korrosionsgefährdeten Einsätzen aus Edelstahl oder einem anderen, nicht korrodierenden Metall hergestellt sein können. Die Enden der gleichlangen Flachrohre 21 sind mit den Rändern von Öffnungen 22 in je einer Platte 23 verbunden, z. B. verschweißt so daß die an den beiden Enden des Flachrohrpaketes 11 befindlichen Platten 23 Endwände des Flachrohrpaktes bilden. Eine jede der beiden Öffnungen 13 und 14 des Winkelkastens 12 ist mit einer solchen, durch eine Platte 23 gebildeten Endwand eines Flachrohrpaketes 11 verschlossen, was z. B. dadurch erreicht werden kann, daß die Platte 23 an den Rändern der jeweiligen Öffnung 13 oder 14 angeschweißt ist. Die freibleibende Endwand ist mit einem weiteren Winkelkasten 12 verbunden. Durch die Verbindung der beiden Rachrohrpakete 11 durch den Winkelkasten 12 wird trotz der geraden Durchflußräume der Flachrohre 21 eine gekrümmte Durchflußbahn für das erste Medium geschaffen. Der besondere Vorteil eines solchen, aus Flachrohrpaketen 11 aufgebauten Ringwärmetauschers besteht darin, daß dieser aus Paketen von flachgepreßten, nahtlosen Rohren aus einem korrosionsfesten Metall, z. B. aus Edelstahl od. dg., hergestellt werden kann.

Das in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers entspricht dem Wärmetauscher nach F i g. 1 nur mit dem Unterschied, daß hier jedes Flachrohrpaket 111 aus einander kongruenten, rechteckigen Platten 123 gebildet ist, die sich deckend übereinander angeordnet und durch Leisten 124 und 125 im Abstand voneinander gehalten und mit diesen Leisten verbunden, z. B. verlötet, sind. Die Leisten 124 sind hierbei längs den Längsrändern der rechteckigen Platten 123 angeordnet so daß durch zwei einander benachbarte Platten 123 und die Längsleisten 124 je ein sich in der Längsrichtung der rechteckigen Platten 123 erstreckendes Flachrohr gebildet wird, das die Funktion eines Flachrohres 21 des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 erfüllt und für den Durchfluß eines ersten Mediums, z. B. von Öl in einen Ölkühler, dient. Der durch den Abstand zwischen zwei so aufgebauten Flachrohren gebildete Zwischenraum wird durch zwei Leisten 125 seitlich begrenzt, die sich längs den einander gegenüberliegenden kurzen Rändern der Platten 123 erstrecken und dort mit den anliegenden Platten 123 verbunden sind. Durch diese Leisten 125 und die mit ihnen verbundenen Platten werden Durchflußräume begrenzt, deren Durchflußrichtung senkrecht zu der Durchflußrichtung der Flachrohre verläuft und die für den Durchfluß eines zweiten Mediums, z. B. Luft in einem Ölkühler, dienen. Um den Wärmeübergang zwischen dem zweiten Medium durch die diese

Zwischenräume begrenzenden Platten 123 und dem durch die Flachrohre strömenden ersten Medium zu verbessern, sind in diesen sich längs den Leisten 125 erstreckenden Durchflußräumen Blechlamellen 126 angeordnet, die mit den benachbarten Platten 123 ^r> verlötet sein können. Ein solches Flachrohrpaket kann sehr einfach und praktisch ohne Zuschnittverlust hergestellt werden, indem die Platten 123 und die Leisten 124 und 125, wie das in Fig.5 veranschaulicht ist, übereinander gelegt werden. Sind die Platten 123 n> und die Leisten 124 und 125 lotplattiert, dann braucht man ein so zusammengebautes Paket in bekannter Weise nur in einen Lötofen oider ein Lötbad einzuführen, so daß dann diese Teile in einem Arbeitsgang dicht zusarnmengelötet werden.

Bei einem auf diese Weise zusammengelöteten Flachrohrpaket 111 werden die Endwände durch die kurzen Kanten der Platten 123, die Enden der Leisten 124 und die äußeren Breitseiten der Leisten 125 gebildet. Diese Endwände können nun einfach mit den Rändern der öffnungen 13 von Winkelkästen 112 verbunden, z. B. zusammengelötet werden.

In den Fig.7 bis 10 sind verschiedene, aus den Flachrohrpaketen 11 oder 111 aufgebaute Ringwärmetauscher dargestellt. Bei diesen Ringwärmetauschern wird außer einem Winkelkasten 12 auch noch ein Winkelkasten 112 (Fig.6) oder 212 (Fig.8) benötigt Beim Winkelkasten 112 ist der Innenraum durch eine Innenwand 16 in zwei Sammelräume 17 und 18 unterteilt, denen die öffnungen 13 bzw. 14 zugeordnet sind. Jeder dieser Sammelräume 17 und 18 ist mit einem Anschlußstutzen 19 verbunden. Der Winkelkasten 212 hat wie der Winkelkasten 12, einen durchgehenden Innenraum und ist zusätzlich mit einem Anschlußstutzen 19' versehen. Je nach der Größe des Winkels 15, den die beiden Öffnungsflächen der Winkelkästen 12, 112, 212 bilden, kann die Anzahl der Seiten der vielseitigen Ringwärmetauscher beliebig variiert werden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 7 und 8 beträgt der mit 15 bezeichnete Winkel 90". Dadurch wird ein vierseitiger Ringwärmetauscher geschaffen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 sind hierbei zwei Winkelkästen 112 mit je zwei Sammelräumen und mit je zwei Anschlußstutzen 19 vorgesehen. Diese Winkelkästen 112 sind an einander gegenüberliegenden Ecken der Ringkühler angeordnet Die beiden anderen Winkelkästen 12 umschließen je einen einzigen durchgehenden Sammelraum. Wie das in F i g. 7 durch die Pfeile 127 und 128 sowie durch die punktiert angedeuteten Flußlinien 129 bzw. 130 dargestellt ist, so werden durch diese Ausbildung zwei Durchflußräume für das durch die Flachrohre hindurchströmende erste Medium geschaffen. Ein solcher Ringwärmetauscher kann für einen in zwei Ströme aufgeteilten Strom eines ersten Mediums oder für zwei verschiedene erste Medien verwendet werden.

Der in Fig. 8 dargestellte Ringwärmetauscher unterscheidet sich von dem in Fig. 7 dargestellten Ringwärmtauscher lediglich dadurch, daß hier die beiden mit Anschlußstutzen 19' versehenen Winkelkästen 212 nur je einen einzigen Durchflußraum und damit nur je einen einzigen Anschlußstutzen 19' aufweisen. Dadurch wird ein Ringwärmetauscher geschaffen, der nur für ein einziges, durch die Flachrohre hindurchströmendes Medium verwendet werden kann, wobei dieses Medium entsprechend dem in Fig.8 ebenfalls durch Pfeile und punktierte Linien dargestellten Durchfluß in zwei Zweige unterteilt wird, die dann in dem Änschiußstutzen !9' wieder zu einem Strom zusammengeführt werden.

Bei dem in Fig.9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ringwärmetauscher dargestellt, bei dem die Öffnungsflächen der Winkelkästen 12' und 112' einen Winkel 15 von-^l=i20° bilden. Mit diesen Winkelkästen 12' und 112' kann nun ein dreiseitiger Ringwärmetauscher aufgebaut werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein Winkelkasten 112' in zwei Sammelräume unterteilt und mit zwei Anschlußstutzen 19 versehen. Die beiden anderen Winkelkästen 12' weisen nur einen einzigen Sammelraum als Durchflußraum auf. Bei diesem Rundwärmetauscher strömt das erste Medium durch den einen Anschlußstutzen 19 in den Wärmetauscher ein, umläuft den ganzen Wärmetauscher durch die Flachrohre und fließt dann aus dem zweiten Anschlußstutzen 19 heraus.

Der in F i g. 10 dargestellte Ringwärmetauscher weist zwei Winkelkästen 12" und drei Winkelkästen 112" auf, bei denen der Winkel 15 zwischen den Öffnungsflächen —7—-72° beträgt Mit diesen Winkelkästen kann ein

fünfseitiger Wärmetauscher aufgebaut werden. Die hierbei verwendeten drei Winkelkästen 112" sind je in zwei Sammelräume unterteilt und mit je zwei Anschlußstutzen 19 versehen. Dadurch weist dieser Ringwärmetauscher drei Durchflußräume 131, 132 und 133 auf. Er kann also für drei verschiedene erste Medien verwendet werden. Hierbei ist zu beachten, daß die verschiedenen Durchflußräume bei allen dargestellten, ringförmigen Wärmetauschern verschieden lang ausgebildet sein können, je nachdem, wo man die Winkelkästen 112,112' oder 112" anordnet Dies hat den Vorteil, daß man bei der Verwendung von verschiedenen ersten Medien für diese verschiedene Wärmetauschbedingungen schaffen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, der η gleiche Flachrohrpakete aufweist, von denen jedes für den Durchfluß eines ersten Mediums aus mehreren gleichlangen und geraden Flachrohren besteht, die mit sich deckenden Breitseiten unter Bildung von Zwischenräumen für den Durchfluß eines zweiten Mediums parallel und im Abstand voneinander zu je einem Paket zusammengebaut sind, wobei die Flachrohre von je zwei Paketen durch Sammelräume miteinander verbunden sind, die den Ruß des ersten Mediums von einem FJachrohrpaket in das andere umlenken, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelräume als Winkelkästen (12,12', 12", 112,112', 112", 212) ausgebildet sind, die die Rußrichtung des ersten

Mediums um !von 360° umlenken, und daß die η

Rachrohrpakete (11, 111) mit π Winkelkästen zu einem n-seitigen polygonförmigen Ringwärmetauscher miteinander verbunden sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Winkelkasten (112,112', 112") jedem der beiden Flachrohrpakete ein Sammelraum (17,18) zugeordnet ist und daß die beiden Sammelräume durch eine Innenwand (16) voneinander getrennt und mit je einem Anschlußstutzen (19) für das erste Medium versehen sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in zwei Sammelräume (17, 18) unterteilte Winkelkästen (112) vorgesehen sind, die mindestens zwei Durchflußräume für ein einziges erstes Medium oder mindestens zwei verschiedene erste Medien voneinander trennen.