DE3137566C2 - Wärmeaustauscherplatte für Behälter - Google Patents

Abstract

Für den Wärmetausch an Behältern mit sphärisch gekrümmten Wänden, z.B. für die Kühlung von Flüssigkeiten, werden bislang Rohrschlangensysteme verwendet. Diese müssen an die jeweiligen Oberflächenkrümmungen angepaßt werden. Außerdem kommen sie nur linienförmig mit der Behälterwand in Berührung. Der Wirkungsgrad beim Wärmeaustausch ist damit unbefriedigend. Die Erfindung verwendet nunmehr Wärmetauscherplatten aus zwei Blechen, wobei das eine Blech völlig eben und in dem anderen Blech Kanäle für das Wärmetauschermedium ausgeprägt sind. Solche Wärmetauscherplatten werden von mindestens einer Längsseite her quer eingeschnitten oder mit Entlastungsschlitzen versehen. Hierdurch können sie sphärischen Oberflächenkrümmungen leicht angepaßt werden. Die Glattseite gelangt dabei satt mit der Behälterwand in Berührung. Dadurch wird ein Flächenkontakt erzielt mit einem erheblichen Leistungsgewinn gegenüber Rohrschlangensystemen.

Description

Flächenbereiche zwischen dem Einlaufanschluß und dem Auslaufanschluß. Besonders hervorzuheben ist der Vorteil, daß dank der erfindungsgemäßen Maßnahme auch an vergleichsweise kleinen sphärisch gekrümmten Oberflächenbereichen noch zufriedenstellende Warmeübergangsbedingungen erzielt werden können.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich durch die Merkmale im Anspruch 2. Eine solche Ausführungsform gelangt bevorzugt dann zur Anwendung, wenn z. B. der Inhalt von kugelförmi- m gen Behältern gekühlt werden solL Durch die Länge und die bogenförmige Führung der Einschnitte kann die streifen- bzw. bandförmige Wärmeaustauscherplatte so gestaltet werden, daß eine Hälfte des kugelförmigen Behälters bis auf den Polbereich auf einmal abgedeckt werden kann. Mit zwei derartigen Wärmeaustauscherplatten ist damit eine optimale Kühlung des gesamten Behälters zu gewährleisten. Die Einlauf- und Auslaufanschlüsse befinden sich an einem Stirnende der nicht geschlitzten Längsseite, wobei die Kühlmittelkanäle schleifenförmig durch die Zungen geführt sind. Die Stegbreite entlang der nicht geschlitzten Längsseite ist so bemessen, daß zwei nebeneinanderliegende Kanalabschnitte einwandfrei hindurchgeführt werden können.

Bei Verwendung einer Wärmeaustauscherplatte gemäß den Merkmalen im Anspruch 3 können sphärisch gekrümmte Behälter in einer außerordentlich vielfältigen Konfiguration belegt und damit in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzfall gezielte Bereiche dem Wärmeaustausch ausgesetzt werden. Auch bei dieser jo Ausführungsform verlaufen die Kanäle für das Wärmeaustauschermedium in schleifenförmiger Führung durch die Zungen, wobei die Verbindungsabschnitte im nicht geschlitzten mittleren Stegbereich liegen. Diese Bauart führt außerdem zu vergleichsweise schmalen Streifen, wobei die Längskanten der. durch die Einschnitte gebildeten Zunge vorzugsweise geradlinig verlaufen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen, des Anspruchs 4 gesehen. Auch diese Variante erlaubt es mit zwei etwa ίο halbschalenförmig verformten Platten die Oberflächen der Wände eines kugelförmigen Behäliers nahezu vollständig zu belegen. Durch die überwiegend in den Eckbereichen erfolgende Konzentration der Entlastungsschlitze kann die Wärmeaus'auscherplatte unter entsprechender Verzerrung der Entlastungsschlitze satt an die Wandoberfläche angepaßt werden, so daß optimale Wärmeübergangsbedingungen erzielbar sind.

Zur Belegung eines kugelförmigen Behälters, bei der nur eine Polkappe freibleiben kann, sieht eine vierte so Ausführungsform der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 5 vor. Auch eine solche Wärmeaustauscherplatte kann vollkommen gleichmäßig um einen kugelförmigen Behälter herum geformt oder gegebenenfalls in einen kugelförmigen Behälter eingeformt werden. ss

Sowohl bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform als auch bei der zuvor erläuterten Ausführungsform einer Wärmeaustauscherplatte etwa quadratischer Gestaltung sind die Kanäle für das Wärmeaustauschermedium so um die Entlastungsschlitze herum geführt, φο daß möglichst alle Flächenbereiche der Wärmeaustauscherplatte von Kanalabschnitten durchzogen sind und dadurch der gewünschte Wärmeübergang gewährleistet werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin- es dung wird in den Merkmalen des Anspruchs 6 gesehea Auf diese Weise wird bei der Belegung beispielsweise eines kugelförmigen Behälters jeder einzelne Entlastungsschlitz radial auseinandergezerrt, so daß sich die nicht durchbrochenen und mit Kanälen versehenen Flächenbereiche der Wärmeaustauscherplatte satt an die Oberfläche des Behälters anschmiegen können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Wärmeaustauscherplatte zur Belegung eines kugelförmigen Behälters in der Draufsicht vor der Verlegung;

Fig.2 einen vertikalen Querschnitt durch die Wärmeaustauscherplatte der F i g. 1 gemäß der Linie II-II in vergrößertem Maßstab;

Fig.3 einen mit Wärmeaustauscherplatten gemäß der F i g. 1 belegten Kugelbehälter in der Seitenansicht;

Fig.4 den Kugelbehälter der Fig.3 in der Draufsicht;

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform einer Wärmeaustauschorplatte zur Belegung eines Behälters mit sphärisch gekrümmten Wänden vorder Verlegung;

Fig.6 einen mit Wärmeaustauseiie-'pialien gemäß der F i g. 5 belegten Kugelbehälter in der Draufsicht;

Fig.7 den Kugelbehälter der Fig.6 in einer Stirnansicht gemäß dem Pfeil VII der F i g. 6;

F i g. 8 eine dritte Ausführungsform einer Wärmeaustauscherplatte zur Belegung eines kugelförmigen Behälters in der Draufsicht vor der Verlegung;

Fig.9 einen mit Wärmeaustauscherplatten gemäß der F i g. 8 belegten Kugelbehälter in der Draufsicht;

Fig. 10 den Kugelbehälter der Fig.9 in der Seitenansicht;

F i g. 11 eine vierte Ausführungsform einer Wärmeaustauscherplatte zur Belegung eines kugelförmigen Behälters in der Draufsicht vor der Verlegung;

Fig. 12 einen mit einer Wärmeaustauscherplatte gemäß der F i g. 1 belegten Kugelbehälter in der Seitenansicht und

Fig. 13 eine Draufsicht auf den Kugelbehälter der Fig. 12.

Die in den Fig. 1, 5, 8 und Il dargestellten Wirmeaustauscherplatten 1—4 bestehen sämtlich aus zwei flächig miteinander verbundenen Blechen 5,6, z. B. aus Aluminium (siehe hierzu Fig.2). In einem der Bleche, z. B. 5, sind in nachstehend noch näher erläuterten Weise Kanäle 7 für ein Wärmeaustauschermedium eingeprägt, während das andere Blech 6 eben gestaltet ist.

Bei der Ausführungsform derFig. 1 ist die Wärmeaustauscherplatte 1 streifenförmig ausgebildet. Von einer Längsseite 8 aus erstrecken sich quer verlaufende Einschnitte 9 über nahezu die gesamte Breite B der Wärmeaustauscherplatta 1. Durch diese Einschnitte 9 werd.,rt eine Reihe von nebeneinanderliegenden Zungen. 10 gebildet, die lediglich an der stegartigen Längsseite 11 miteinander verbunden sind. Die Längskanten 12 der Zungen 19 sind konvex gekrümmt. An einem Stirnende der Längsseite 11 ist ein Einlaufanschluß 13 und ein Auslaufanschluß 14 für das Wärmeaustauschermedium vorgesehen. Das über den Einlaufanscnluß 13 in die Wärmeaustauscherplatte 1 eintretende Medium strömt über die in den Zungen 10 schleifenförmig ausgeprägten Kanäle λ und gelangt über den sich in Längsrichtung der Längsseite U erstreckenden Kana'.abschnitt 15 zum Auslaufanschluß 14 zurück.

Die Belegung eines Kugelbehälters 16 mit Wärmeaustauscherplatten 1 gemäß der F i g. 1 zeigen die F i g. 3 und 4. Aufgrund der Schnittführung (Einschnitte 9 von 1)

können die Wärmeaustauscherplatten 1 so an den kugelförmigen Behälter 16 geformt werden, daß ihre Glattseiten 17 (siehe auch F i g. 2) satt an der Oberfläche 18 anliegen und eine nahezu vollständige flächige Belegung mit Ausnahme der beiden Polkappen 19 s erreicht wird.

Obwohl in den Fig.3 und 4 dargestellt ist, daß fast der gesamte kugelförmige Behälter 16 belegt wird, ist es Selbstverständlich möglich, auch nur eine Hälfte zu belegen. Darüber hinaus kann durch eine entsprechende Längengebung der Zungen 10 die Wärmeaustauscherplatte 1 so schmal gehalten werden, daß auch im Äquatorialbereich 32 des Kugelbehälters keine Belegung erfolgt.

Die Wärmeaustauscherplatte 2 der F i g. 5 ist wie die is Wärmeaustauscherplatte 1 der F i g. 1 streifenförmig ausgebildet. Im Unterschied zu der Wärmeaustauscherplatte 1 der F i g. i sind bei der Wärmeausiauschcrpisue 2 der F i g. 5 jedoch von beiden Längsseiten 20, 21 her V-förmige Einschnitte 22,23 eingearbeitet, deren Länge nicht ganz der halben Breite B\ der Wärmeaustauscherplatte 2 entspricht. Dabei sind die von der einen Längsseite 20 her eingearbeiteten Einschnitte 22 zu den Einschnitten 23 auf der anderen Längsseite 21 so in Längsrichtung der Wärmeaustauscherplatte versetzt angeordnet, daß die von den Einschnitten 22 gebildeten Zungen 24 etwa um die Hälfte des Abstands zweier aufeinanderfolgender Einschnitte 22 zu den Zungen 25 in Längsrichtung zueinander versetzt sind.

Die Einlauf- und Auslaufanschlüsse 13 und 14 sind bei dieser Ausführungsform quer an eine Zunge 25 angesetzt. Die Kanäle 7 verlaufen hierbei in schleifenförmiger Anordnung durch sämtliche Zungen 24, 25. Der mittlere Steg 27 dient als Zungenbasis und der Überleitung der Kanalabschnitte von einer Zunge 24 bzw. 25 zur benachbarter. Zange 24 bzw. 25.

Es ist ferner ersichtlich, daß bei der Ausführungsform der Fig.5 die Längskanten 26 der Zungen 24, 25 geradlinig ausgebildet sind. Die Wärmeaustauscherplatte 2 kann schmal gehalten werden. Auf diese Weise ist es möglich — wie aus den F i g. 6 und 7 zu erkennen ist —, mehrere solcher Wärmeaustauscherplatten 2 beispielsweise in kreuzförmiger Verlegung umfangsseitig eines kugelförmigen Behälters 16 anzuordnen. Selbstverständlich können die Wärmeaustauscherplatten 2 auch «5 in einer anderen Konfiguration um den kugelförmigen Behälter 16 herum gelegt werden, und zwar stets in Abhängigkeit davon, wo der Wärmeaustausch stattfinden soll. Darüber hinaus eignet sich die Wärmeaustauscherplatte 2 auch zur Belegung von anders ?ls kugelförmig gekrümmten Oberflächen.

Gemäß der Ausführungsform der F ί g. 8 ist die Wärmeaustauscherplatte 3 quadratisch gestaltet und besitzt abgerundete Kanten 28. Um mit Hilfe dieser Wärmeaustauscherplatte 3 einen kugelförmigen Behälter 16 belegen zu können (siehe Fig.9 und 10), sind überwiegend in den Eckbereichen 29 etwa rhombenförmig gestaltete Entiastungsschlitze 30 vorgesehen. Die Entlastungsschlitze 30 sind auf diversen Ringen um den Mittelpunkt 31 der Wärmeaustauscherplatte 3 angeordnet. Die Längsachsen dieser Entlastungsschlitze 30 verlaufen weitgehend tangential zum Mittelpunkt 31, während die kürzeren Querachsen annähernd radial gerichtet sind. Auf diese Weise ist es möglich, wie die Fig.9 und 10 zu erkennen geben, die Wärmeaustauscherplatte 3 der Fig.8 satt an die Oberfläche 18 des kugelförmigen Behälters 16 anzupassen. Die radial dehnbaren Entlastungsschlitze 30 ermöglichen hierbei die einwandfreie flächige Anlage.

Wie insbesondere die Fig.8 zu erkennen gibt, sind bei dieser Ausführungsform die Kanäle 7 für das Warmefcustauschermedium so geführt, daß sie gleichmäßig alle Flächenbereiche neben den Entlastungsschlitzen 30 erfassen und dadurch den gewünschten Wärmeaustausch gewährleisten.

Bei der Ausführungsform der F i g. 11 besitzt die Wärmeaustauscherplatte 4 eine annähernd elliptische Flächenerstreckung bei weitgehend gleichmäßiger Verteilung der Entlastungsschlitze 30 in der Fläche. Auch hierbei sind die Entlastungsschlitze 30 in annähernd ringförmiger Konfiguration vorgesehen und vom Querschnitt her rhombenförmig gestaltet. Die Kanäle 7 für das Wärmeaustauschermedium erstrecken sich gleichmäßig in schleifenförmiger Anordnung durch die nicht von den Entlastungsschlitzen 30 bedeckten Flächenbereiche.

Die F i g. 12 und 13 zeigen, wie sich die Wärmeaustauscherplatte 4 der F i g. 11 gleichmäßig um einen kugelförmigen Behälter 16 herum legt, wobei lediglich eine Polkappe 19 freibleibt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 Patentansprüche: beispielsweise kugelförmigen Transportbehältern für zu kühlende Flüssigkeiten, nicht zugeordnet werden. Die

1. Wäraieaustauscherplatte für Behälter, welche das Wärmetauschermedium führenden Kanäle können aus zwei miteinander verbundenes Blechen mit nämlich nicht exakt genug an die jeweilige Oberflächenzwischen ihnen nach einer Seite ausgeprägten, 5 krümmung angepaßt werden, um einen befriedigenden untereinander verbundenen Kanälen für ein Wärme- Wärmeaustausch zu gewährleisten. Folglich verwendet austauschermedium und endseitig des Kanalbilds man bislang für Behälter mit räumlich gekrümmten angeordneten Einlauf- und Auslaufanschlüssen be- Wänden ausschließlich Rohrschlangensysteme. Der steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirkungsgrad derartiger Systeme befriedigt aber nicht Anpassung an Behälter (16) mit sphärisch gekrümm- io Die Wärmeaustauscherrohre kommen mit der Oberfläten Wänden die Wärmeaustauscherplatte (1 —4) bei ehe der Behälterwand nur linienförmig in Berührung, streifenförmiger Ausbildung an mindestens einer Man war daher gezwungen, möglichst enge Rohrschlan-Längsseite (8, 20, 21) mit quergerichteten, V-förmi- gensysteme zu verwenden. Dabei mußte man aber mit gen Einschnitten (9, 22, 23) oder bei plattenartiger einer vergleichsweise hohen Temperaturdifferenz ar-Gestaltung mit in der Fläche ausgeformten Entla- 15 beiten. Außerdem ist sowohl ein hoher Fertigungsaufstungsschlitzen (30) in annähernd ringförmiger wand für die verschiedenen Rohrschlangensysteme Konfiguration versehen ist und mit ihrer jeweiligen zwecks Anpassung an die jeweilige Oberfläche als auch Glattseite (17) an der inneren und/oder äußeren ein hoher Montageaufwand zwecks Sicherstellung der Oberfläche />3) der Behälterwand anliegt Anlage der einzelnen Rohrabschnitte an den Behälter-

2. Wärmesosiauscherplatte nach Anspruch 1. die 20 wänden erforderlich.

streifenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeich- Die AT-PS 3 53179 offenbart einen Behälter zur net daß sich die Einschnitte (9) über nahezu die Speicherung von Flüssigkeiten. Die umfangsseitig gesamte Breite (B) der Wärmeaustauscherplatte (1) vorgesehenen Kanäle haben im wesentlichen eine erstrecken und die Längskanten (12) der durch die Versteifungsfunktion. Ansonsten dienen sie der Verbin-Einschnitte (9) geformten Zungen (10) einen 25 dung der deckelseitigen Hohlräume. Es ist zwar konvexen Krümmungsverlauf aufweisen. möglich, in dem bekannten Behälter ein Kältemittel

3. Wärmeaustauscherplatte nach Anspruch 1, die umlaufen zu lassen. Hierzu werden aber zusätzliche streifenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeich- Rohre in den erwähnten Kanälen verlegt welche net, daß sich von beiden Längsseiten (20, 21) der ringförmige Rohrleitungen in den Hohlräumen mitein-Wärmeaustaurcherplatte (2) aus quer verlaufende 30 ander verbinden, ftfithin ist auch bei dem Stand der Einschnitte (22, 23) derart über etwa die Hälfte der Technik der AT-PS 3 53 179 nur ein linienförmiger Breite (Si) erstrecken, öaß die Ourch die Einschnitte Kontakt des Wärmeaustauschermediums mit den (22,23) geformten Zungew (24) einer Längsseite (20) angrenzenden schalenförmigen Elementen vorhanden, zu den Zungen (25) der anderen Längsseite (21) in Dieser linienförmige Kontakt geht auch aus dem Längsrichtung des Streifens versetzt sind. 35 DE-GM 8101802 hervor, welcher, wie vorstehend

4. Wärmeaustauscherplatte nach Anspruch 1, die bereits dargelegt nicht befriedigend ist.
plattenartig gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet Ausgehend von den Merkmaien im Oberbegriff des daß die Entlastungsschlitze (30) überwiegend in den Anspruchs 1 liegt der Erfindung nurvnehr die Aufgabe durch abgerundete Kanten (28) begrenzten Eckbe- zugrunde, eine derartige Wärmeaustauscherplatte für reichen (29) der Wärmeaustauscherplatte (3) kon- 40 Behälter so auszubilden, daß auch in der Anwendung bei zentriert sind. Behältern mit sphärisch gekrümmten Wänden ein

5. Wärmeaustauscherplatte nach Anspruch 1. befriedigender Wirkungsgrad beim Wärmeübergang dadurch gekennzeichnet, daß bei annähernd ellipti- gewährleistet werden kann und daß eine solche scher Flächenerstreckung der Wärmeaustauscher- Wärmeaustauscherplatte zudem einfach herzustellen platte (4) die Entlastungsschlitze (30) weitgehend 45 und problemlos zu montieren ist.

gleichmäßig in der Plattenfläche verteilt sind. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die

6. Wärmeaustauscherplatte nach einem der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I aufgeführten Ansprüche 1,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Merkmale gelöst.

die Entlastungsschlitze (30) einen etwa rhombenför- Je nachdem, ob die Wärmeaustauscherplatte streifen-

migen Querschnitt aufweisen, wobei die Längsachse 50 förmig oder plattenartig gestaltet ist werden in

jedes Rhombus weitgehend tangential zum Mittel- Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzfall entweder

punkt (31) der Plattenfläche verläuft, während die quer verlaufende Einschnitte oder in der Fläche der

kürzere Querachse annähernd radial gerichtet ist. Wärmeaustauscherplatte ausgeformte Entlastungsschlitze vorgesehen. In beiden Fällen kann die

55 Schnittführung gezielt so gewählt werden, daß nach

vergleichsweise einfachen Stanzoperationen die Anpassung der Wärmeaustauscherplatte an die entsprechende

Die Erfindung richtet sich auf eine Wärmeaustau- Gegenfläche der Behälterwand unter weitgehend scherplatte für Behälter gemäß den Merkmalen im flächiger Berührung erfolgt. Auf die jeweiligen Flächen-Oberbegriff des Anspruchs 1. *>o anteile be20gen wird mit dieser Maßnahme nicht nur die Eine derartige Wärmeaustauscherplatte zählt durch Möglichkeit geschaffen, mit kleineren Temperaturdiffedie DE-AS 11 30 833 zum Stand der Technik. Sie findet renzen fahren zu können, sondern es wird im Vergleich bei Kuhleinrichtungen, wie beispielsweise Kühlschrän- zu Rohrschlangensystemen mit Linienberührung eine ken, Kühltruhen und dergleichen Anwendung. Sie setzt Leistungssteigerung von etwa 60% erzielt. Das sich aus einem ebenflächigen Blech und einem mit ·>5 jeweilige Kanalbild zur Führung des Wärmeaustau-Auspressungen für die Kanäle versehener. Blech schermediums wird entsprechend dem Verlauf der zusammen. Eine derartige Wärmeaustauscherplatte Einschnitte oder der Anordnung der Entlastungsschlitze kann Behältern mit sphärisch gekrümmten Wänden, wie gestaltet. Es erstreckt sich gleichmäßig über alle