DE3033413A1

DE3033413A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3033413A1
Application number: DE19803033413
Authority: DE
Inventors: Malcolm Rex Walter Marleston South-Australia Heath; John Leslie Graham Mcnab
Original assignee: Individual
Current assignee: Dricon Air Pty Ltd
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1982-04-15

Description

Pater-tan««« - . ^

John Leslie Graham McNab ^- A 36 937/mzu

23 Commercial Street "J -

Marieston 4.9.198Ο

South Australia

Malcolm Rex Walter Heath
23 Commercial Street
Marieston

South Australia

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der AU-PS 425 702 bekannt. Eine Vielzahl von parallelen, einen Abstand voneinander aufweisende Platten sind zu einem Stapel zusammengefügt. Die gegenüberliegenden Ränder einer ersten Platte auf einer Seite mit den benachbarten Rändern einer angrenzenden Platte verbunden. Auf der anderen Seite wird diese Platte mit ihren noch freien Rändern über Versehlußmittel mit der auf dieser Seite angrenzenden Platte verbunden. Auf diese Weise wird das Paket in zueinander winklig liegende Durchflußöffnungen geteilt, wobei jede zweite Durchflußöffnung gleiche Durchströmrichtung hat. Die Durchströmöffnungen gleicher Richtung werden zu einem Durchflußkanal zusammengefaßt, so daß das Paket in zwei winklig zueinander stehende, mehrere Durchflußöffnungen aufweisende Kanäle aufgeteilt wird.

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Im Heizbetrieb wird die durch einen Kanal zugeführte frische Luft durch ein im anderen Kanal fließendes wärmeres Medium erwärmt, im Kühlbetrieb wird die zugeführte Luft durch Verdunstungskühle im anderen Kanal gekühlt.

Eine erste Schwierigkeit zur Bildung eines derartigen Wärmetauschers liegt darin, die eine Durchströmöffnung begrenzenden Plattenränder möglichst dicht aneinander zu lagern. Hierbei ist ein vollständiges Abdichten durch Schweißen nur sehrschwierigund mit hohen Kosten zu erzielen, während der Gebrauch von Klebstoffkitten sehr zeitraubend und damit kostenintensiv ist und doch nicht eine zufriedenstellende Abdichtung gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmetauscher anzugeben, dessen Lamellen weitgehend konstanten Abstand zueinander haben und der einfach und mit geringen Kosten herstellbar ist sowie eine ausreichende Dichtung zwischen den beiden Durchflußkanälen gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ohne Schweißen oder Kleben wird durch einfaches Aneinanderlagern größerer Flächenbereiche eine ausreichende Dichtung sichergestellt. Eine Leckage zwischen den beiden Kanälen ist äußerst gering, weitgehend sogar ausgeschlossen. Durch einen geringen Druckunterschied können die aneinander gelagerten Flächen zweier Lamellen dichter aufeinander gepreßt werden, so daß eine eventuell auftretende Leckage nur in einer Richtung fließen wird. Dieses ermöglicht eine Trennung der beiden in den Kanälen fließenden Medien derart, daß ein durchströmendes Medium von Verunreinigungen durch

Leckageströme weitgehend freigehalten werden kann.

Die Erhebungen auf den Lamellen bewirken Turbulenzen in den durchströmenden Medien, so daß eine laminare Strömung weitgehend vermieden wird und mit hohem „Wirkungsgrad gute Wärmeübertragung von eimern Medium zum anderen gewährleistet ist.

Der Zusammenbau eines Wärmetauschers aus den Lamellen ist äußerst einfach und zeitsparend, so daß er auch von ungelernten Kräften durchgeführt werden kann. Die Kosten zur Herstellung eines Wärmetauschers können somit erheblich gesenkt werden.

Ein einfaches Verfahren zum Zusammenfügen eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist in den Ansprüchen 16 ff. wiedergegeben.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. I eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers,

Fig. 2 einen Teilauschnitt gemäß der Ebene 2-2-2 in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 einen Teilausschnitt gemäß der Ebene 3-3-3 in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Faltung von Lamellenrändern zur Bildung von rückgebogenen Flanschen,

Fig. 5 einen Teilauschnitt gemäß der Ebene 5-5-5 aus Fig. 4 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 6 einen Teilauschnitt gemäß der Ebene -.6-6-6 aus Fig. 4 in vergrößerter Darstellung

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Rollenanordnung.

Im Ausführungsbeispiel bestehen die Lamellen 10 aus dünnen Plättchen aus heiß-verformbarem, thermoplastischen Material, insbesondere Polyvinylchlorid. Die Lamellen werden durch eine nicht gezeigte Maschine geführt, wobei durch Warmverformung stufige Erhebungen 11 ausgebildet werden, die von einer Seite der Lamelle 10 ausgehen. Jede Erhebung 11 hat im allgemeinen einen röhrenförmigen Querschnitt, es sind jedoch auch andere Querschnittsformen möglich. Zur Formung der Erhebungen 11 wird in der Maschine ein Vakuum-Form-Prozess benutzt, es ist jedoch auch möglich, die Lamellen 10 durch Heißpressen mit Erhebungen 11 zu versehen.

Die Lamelle 10 wird dann auf einer verfahrbaren Tischplatte 12 mittels einer drehbar angelenkten Befestigungsplatte in eine Vorrichtung 13 (Fig. 4) fest eingelegt. Die Ränder

f\ 1 \~\ P* T

der Lamelle 10 werden\in Faltformen 15 eingeführt. Die Vorrichtung 13 weist ein paar mit Abstand voneinander angeordnete, winklige Laufschienen 16 auf, in der die Tisch-

platte 12 mit^Pui>fern17 gelagert ist. Zwischen den Puffern 17 und der Laufschiene l6 besteht eine sehr geringe Reibung, so daß die Tischplatte 12 längs den Laufschienen 16 verfahrbar ist. Neben den Laufschienen sind Paltrollen 19 vorgesehen, die zusammen mit der Tischplatte arbeiten und die umgeklappten Ränder der Lamellen 10 zur Veringerung des Faltradius weiter falten, sowie es in Pig· 7 gezeigt ist. Wenn Polyvinylchlorid (oder Metall) benutzt wird, erbringt ein Kaltverformen befriedigende Ergebnisse. Wird dagegen Polypropylen benutzt, so ist die Anwendung von Hitze notwendig. Die Erhitzung kann durch Strahlungswärme oder durch einen Heißluftstrom erfolgen.

Jede metallene Faltform 15 weist zwei mit Abstand voneinander vorgesehene Teilstücke auf, die einen Kanal 20 bilden. Der Kanal 20 ist geringfügig weiter als die Materialstärke der Lamelle 10. Weiterhin ist "die Faltform 15 im Schnitt spiralförmig ausgebildet und ist so angeordnet, daß sie mit ihrem einen freien Ende außerhalb der Laraellenfläche liegt (Fig. 5), und mit ihrem anderen freien Ende innerhalb der Lamellenfläche zuliegen kommt (Fig. 6). In Längsrichtung der Laufschienen 16 ist am Ausgang des Kanals 20 je eine Faltrolle 19 angeordnet, die den Faltradius des durch die Faltformen 15 umgeklappten Randes einer Lamelle weiter veringert.

Die durch die Befestigungsplätte 14 auf der Tischplatte gehaltene Lamelle 10 wird mit den vorderen Ecken zweier gegenüberliegender Ränder in die Faltform 15 eingefädelt. Die verfahrbare Tischplatte 12 wird nun längs den Laufschienen 16 bewegt . Die gegenüberliegenden Längsränder werden dabei zu schräg liegenden Flanschen 22 umge-

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ORIGINAL INSPECTED

faltet." In der beschriebenen Ausführungsform werden die Plansche 22 zu der Seite hin umgebogen, auf der die Erhebungen 11 herausragen (Fig. 2, Fig. 3), Die äußeren Erhebungen 11, die unterhalb der Flansche 22 liegen, haben eine geringerei-Höhe als die anderen Erhebungen 11. Diese aus den Lamellen 10 geringer herausragenden Erhebungen 11 stützen die Flansche 22 ab. Die nicht beigefalteten Ränder der Lamelle 10 werden geringf^^g^wrif&mt um leicht schräge Laschen 23 zu erhalten. Somit wird erreicht, daß eine Lasche 23\in^e^e^bni^^cr^hlF^^fcc?ien^L _i ^aatgl^ean die Außenfläche des Flansches 22 gebracht werden kann, sowie es in den Fig. 3 und 3 dargestellt ist. Die Lamellen 10 werden dann aufeinandergesetzt, wobei die äußere Oberfläche eines Flansches 22 und die untere Oberfläche einer Lasche 23 der benachbarten Lamelle aneinander angrenzende Oberflächen bilden. Die Lamellen 10 sind daher in ihrer Ebene jeweils versetzt angeordnet, so daß die Flansche 22 abwechselnd in unterschiedlichen Ebenen liegen. Dieses so gebildete Lamellenpaket hat zwei mehrhöhlige Kanäle 26 und 27, die in dieser Ausführungsform im rechten Winkel zueinander stehen. Die Anordnung der Lamellen zueinander ist aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen. So begrenzt z.B. eine Lamelle 10 mit vertikalen Flanschen mit der auf der Seite der Lamellen benachbarten Lamelle einen vertikalen Mediendurchfluß 27, auf ihrer anderen Seite begrenzt diese Lamelle zusammen mit der benachbarten Lamelle und deren horizontalen Flanschen einen horizontalen Mediendurchfluß 26. Die Zusammenfassung aller vertikaler Mediendurchflüsse bildet den ersten Kanal 27, die Zusammenfassung aller horizontalen Durchflüsse bildet den Kanal 26. Die dünnen Lamellen ermöglichen einen Wärmeaustausch zwischen den Medien in den Kanälen 26 und 27. Als Wärmeübertragende Medien können Flüssigkeiten, Luft oder Gas vorgesehen sein. Durch die Erhebungen 11 wird die an der Grenzfläche auftretende laminare Strömung aufge-

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brochen und es entstehen Turbulenzen im Flüssigkeitsstrom, so daß eine gleichmäßige Wärmeübertragung zwischen den Medien ermöglicht wird.

Das Lamellenpaket wird mit einer Endlamelle 24 versehen, die dicker als die übrigen Lamellen ausgebildet ist und keine Erhebungen 11 zeigt. Durch diese auf die Erhebungen 11 der letzten Lamelle aufzusetzende Endlamelle 24 wird eine gewisse Steifigkeit des Lamellenpaketes erzielt.

Weiterhin sind formstabilisierende Kantenteile 28 vorgesehen, die gleichfalls zum Abdichten der Lamellenecken dienen können. Die Kantenteile 28 können mit einem Dichtgrund aus Mastix oder Kitt versehen sein, was eine Abdichtung der Lamellenecken sicher gewährleistet. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher ist eine abdichtende Masse in den Kantenteilen 28 aber nicht unbedingt notwendig, da eine ausreichende Abdichtung zwischen den einzelnen Kanälen bereits durch die Formgestaltung der Lamellen erreicht wird. Die Kantenteile 28 werden auf die Längskanten des Lamellenpaketes aufgesetzt, so daß die Lamellen etwa rechtwinklig zu den Kantenteilen 28 liegen. Die Lamellenkanten werden von den Kantejfreilen 28 umfaßt.

Der sojgebildete Wärmeaustauscher (Fig. 1) kann nun in die Wärmeaustauschzone zwischen zwei Flüssigkeitskanälen eingesetzt werden. Ein Kanal leitet ein Fluidum mit einer ersten Temperatur, der andere Kanal leitet ein Fluidum mit einer zweiten Temperatur, wobei ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Kanälen über die Lamellen 10 erfolgt.

So kann eine Erwärmung sowie eine Kühlung eines vorgesehenen Fluidums durch den Wärmeaustauscher erzielt v/erden.¹

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Vorzugsweise ist die Faltung der Plansche 22 bei nicht zusammengebauten Lamellen 10 unvollständig. Beim Zusammenfügen der Lamellen 10 wird durch leichten Druck die Faltung der Flansche 22 vervollständigt und diese an die Erhebungen 11 angedrückt. Durch die bestehende Materialfederung wird der Flansch 22 dichtend fest an die Lasche 23 der benachbarten Lamelle 10 gedrückt.

In weiterer Ausführung der Erfindung sind die an den Flanschen anliegenden Lamellenränder abgewinkelt, so daß der Andruck der Dichtflächen erhöht ist. Die erhaltende Form des Flansches und der anliegenden Fläche ermöglicht einen größeren Durchströmquerschnitt für das Medium als es bisher möglich war. Weiterhin wird durch deren Form ein geringer Strömungswiderstand für die durchströmenden Medien erzielt.

wird

Obwohl weder geschweißt oder geklebt^noch zusätzliche Abdichtmittel vorgesehen sind, gewährleistet der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eine augezeichnete Abdichtung zwischen den benachbarten Durchströmöffnungen. Ein Leckagestrom ist weitgehend vermieden.

Wird ein unterschiedlicher Druck zwischen den beiden durchströmenden Medien vorgesehen, ao wird die Leckage relativ sicher vermieden, wobei eine der Flüssigkeiten von Verunreinigungen freigehalten wird. In den meisten Anwendungsfällen ist dieses vollkommen ausreichend.

Da die Flansche über den gesamten Rand einer Lamelle verlaufen, treten gewöhnlich keine Fehlstellen bzw. Ritzen an den Ecken bei einer zusammengefügten Baueinheit auf.

Aufgrund von Herstellungsfehlern uncDbeim Zusammenbau auftretende Toleranzen können in den Ecken Ritzen und Fehlstellen auftreten. Diese Fehlstellen können durch eine geringe Masse an Dichtmaterial verschlossen werden, wobei das Dichimaterial vorteilhafterweise in den Ecken vorgesehen wird, in der die Lamellen durch ein Gestell oder ein Gehäuse gehalten werden.

Die vorstehende Ausführungsform wurde nur mit röhrenförmigen Erhebungen beschrieben. Die Erhebungen können jedoch auch jede beliebige andere Form haben. Sie können erheblich länger z.B. gradlinig in Strömungsrichtung vorgesehen sein oder zur Erzeugung von ■ 'Turbulenzen-^⁰¹*·⁰¹¹*' gekippt vorgesehen werden. Ebenso können die Erhebungen aus Vollmaterial bestehen und bereits bei der Herstellung der für die Lamellen verwendeten Plättchen vorgesehen sein, z.B. gespritzt werden.

Wenn nur jede zweite Lamelle Erhebungen hat, müssen diese

der Lamelle
auf beiden Seiten^vorgesehen sein. In einer derartigen Konstruktion sind diese Lamellen an allen vier Rändern mit Flanschen versehen. Ein.Paar durch gegenüberliegende

gebildete vertikale Flansche . .. . · Ränder\liegen auf einer Seite der Lamelle,

ein Paar horizontale Flansche gegenüberliegender Rändern liegen auf der anderen Seite der Lamelle. Die andere Gruppe der Lamellen kann eben oder fast eben sein. Wenn die Lamellen zusammengesetzt werden, wird zwischen ihnen wiederum eine Mehrzahl von Mediendurchgängen gebildet, die entsprechend zusammengefaßt wieder zwei winklig zueinanderliegende Kanäle bilden. In den meisten Anwendungsfällen werden die Kanäle im rechten Winkel zueinander-

liegen, es gibt jedoch auch Anwendungsfälle,in\sie spitzwinklig zueinanderliegen, wobei die Lamellen eine Grund-

fläche in der Form eines Parallelogramms haben.

In einer weiteren Abänderung der Erfindung können eine Gruppe von Lamellen nur mit den Planschen_s die andere Gruppe . nur mit den Erhebungen ausgebildet sein. Das Zusammenfügen einer derartigen Baugruppe erfolgt wieder wie oben beschrieben.

Claims

Patant-Hiwait Dipl.-Ing. W.: J Menzelstr. 40, ?θΦ StiAtgart 1 '_ "''-.. 3033413 John Leslie Graham McNab A 36 937/mzu 23 Commercial Street Marieston 4.9.1980 South Australia Malcolm Rex Walter Heath 23 Commercial Street Marieston South Australia Ansprüche

1. Wärmetauscher aus mehreren zu einem Paket zusammengefügten Lamellen, von denen einige auf mindestens einer Seite Erhebungen aufweisen, die als Abstandshalter an einer benachbarten Lamelle anliegen und die Lamellen in zueinander parallelen Ebenen ausrichten, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens jede zweite Lamelle (10) wenigstens ein Paar in dieselbe Richtung zurückgebogen liegende Flansche (22) aufweist·, die durch einarider gegenüberliegende Ränder der Lamelle (10) gebildet sind und die an einer benachbarten Lamelle (10) anliegen und daß die zwischen den Lamellen (10) auf der einen Seite einer Lamelle einen ersten Mediendurchfluß begrenzenden Flansche (23) winklig zu den Flanschen (23) liegen, die auf.der anderen Seite der Lamelle einen zweiten Mediendurchfluß begrenzen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers (Fig. 1) mündenden Mediendurchflüsse

- 2 (26,27) einen Flüssigkeitskanal bilden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Lamellen (10) je ein Paar Plansche (23) aufweisen.

k. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (11) auf nur einer Seite der Lamellen (10) vorgesehen sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis H₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (11) eine zur Lamellenoberfläche etwa parallele Auflagefläche haben.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen röhrenförmig, vorzugsweise kegeistumpfförmig ausgebildet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flansche (23) bildenden, einander gegenüberliegenden Ränder einer Lamelle (10) zu der mit Erhebungen (11) versehenen Seite zurückgebogen liegen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die im Wärmetauscher benachbarten Lamellen (10) in ihrer Ebene zueinander winklig versetzt angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei benachbarte Mediendurchflüsse (26,27) begrenzendenFlansche (23) einen rechten Winkel miteinander bilden.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgebogenenFlansche (23) an Erhebungen (11) der Lamelle (10) anliegen.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Planschen (23)
anliegenden Erhebungen eine geringere Höhe aufweisen als die übringen Erhebungen (11).

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet-, daß die Lamellen (10) aus einem flexiblen, polymeren Material bestehehen.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den vier Längskanten des Lamellenpaketes Kantenteile (28) vorgesehen sind, in denen die Ecken der Lamellen(lO) liegen.

Ik. Wärmetauscher nach Anspruch 13 ₃ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ecken der Lamellen (10) und den Kantenteilen (28) eine Dichtmasse aus Kitt, vorzugsweise aus Mastix vorgesehen ist.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Plansche (23) im nicht montierten Zustand der Lamelle (10) mit Abstand über den kleineren Erhebungen liegen.

16. Verfahren zur Bildung eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Materialband eine Lamelle (10) mit auf einer Seite mit Abstand voneinander angeordneten Erhebungen gefertigt wird, daß die Lamelle (10) durch ein paar gegenüberliegende Faltformen (15) geführt ist, wobei zumindest ein Paar

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paralleler Laraellenkanten zu Flanschen umgebogen werden und daß die Lamellen (10) derart aufeinander geschichtet werden, daß ihre Plansche mit den benachbarten Lamellen Madiendurchflüsse (26,27) begrenzen, die zwei winklig zueinanderliegende Plüssigkeitskanäle bilden.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (10) mit nur einem Paar rückgebogener Plansche (22) versehen werden und die Lamellen derart aufeinander geschichtet werden, daß die anzufügende Lamelle jeweils um 90® in ihrer Ebene gegenüber der zuletzt aufgeführten Lamelle gedreht wird.

18. Verfahren nach Anspruch l6 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß über die vier Längskanten des Lamellenpaketes ein Dichtgrund aufgelegt wird und daß auf die Längskanten ein Kantenteil (28) aufgesetzt wird.