DE3203109A1

DE3203109A1 - Waermetauschermatrix

Info

Publication number: DE3203109A1
Application number: DE19823203109
Authority: DE
Inventors: Rudolf 5000 Köln Franke
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-01-30
Filing date: 1982-01-30
Publication date: 1983-08-11
Also published as: DE3203109C2

Description

Klöckner-Humbofdt-Deutz AG

5000 Köln 80, den 22. Dezember 1981 Unser Zeichen: D 81/63 AE-ZPB Neu/Bi

Wärmetauschermatrix

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschermatrix, insbesondere für zwei flüssige Medien, mit untereinander parallelen Rund- oder Flachrohren zur Leitung eines ersten, zu kühlenden Medium und senkrecht zu den Rohrachsen angeordneten ebenen Zwischenboden zur Führung eines zweiten, wärmeabführenden Mediums.

Wärmetauschermatrizen der genannten Art sind allgemein bekannt und kommen beispielsweise in Wärmetauschern zum Einsatz, die bei Verbrennungskraftmaschinen mit einem geschlossenen Primärkühlkreislauf und einem offenen Sekundärkühlkreislauf den Wärmetausch zwischen den beiden Kreisläufen darstellen. Dies ist insbesondere beim Schiffseinsatz von Motoren mit Wärmetausch zwischen aufbereitetem Kühlwasser und allgemein aggressivem Seewasser der Fall. Hierbei hat es sich erwiesen, daß an den Durchtrittsstellen der Rohre durch die Zwischenboden Angriffsstellen für Korrosion entstehen, die darauf zurückzuführen sind, daß an diesen Stellen nach dem Einsetzen der Rohre in die Wärmetauschermatrix teilweise offene Schlitze bestehen bleiben. Der Grund hierfür ist die Tatsache, daß die Durchtrittsöffnungen gegenüber den Rohren mit relativ großem Spiel gefertigt werden müssen, damit die langen Rohre leicht in die Zwischenboden der Wärmetauschermatrix eingeführt werden können. Ein Verkleinern des Spieles ist bei dieser Art der Herstellung nicht möglich.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmetauscherinatrizen in derartiger Ausführung vorzuschlagen, daß die Rohre auch bei verringertem Spiel an den Durchtrittsöffnungen problemlos in die Zwischenboden eingeführt werden können und daß dadurch Korrosionsschäden an den Verbindungsstellen zwischen Rohren und Zwischenboden vermieden werden können.

Eine Lösung hierfür besteht darin, daß Rohrstücke untereinander gleicher Länge jeweils zwei Zwischenboden durchdringen, wobei die Teile an den Durchtrittsstellen dichtend miteinander verbunden sind und mit Seitenteilen einen parallelwandigen Führungskanal für das zweite Medium bilden, und daß einzelne Führungskanäle mit Abstand aneinandergesetzt sind und dazwischen Sammelräume für das erste Medium bilden, die in Verbindung mit den benachbarte Führungskanäle durchdringenden Rohrstücken stehen.

Dar Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß auch bei geringstmöglichem Spiel die kurzen Rohrstücke mühelos in jeweils nur zwei Zwischenböden eingefügt werden können und daß die Verbindungsstellen dabei mühelos von außen zugänglich sind. Auf diese Weise entstehen einzelne Führungselemente für das Kühlmedium, die erfindungsgemäß mit Abstand aneinandergesetzt werden und hierbei jeweils Sammelräume für das varme Medium entstehen lassen. Durch diese Anordnung werden die Zwischenboden zugleich zu Wärmeübergangsflächen, so daß der Wärmeaustausch verbessert werden kann. Zur Bildung von Führungskanälen mit geschlossenem Querschnitt sowie von gegenüber diesen abgeteilten Sammelräumen sind Seitenteile und stirnseitige Abschlüsse erforderlich. Diese können in verschiedenen Ausführungen der

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Klöckner-Humboldt-Deulz AG

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Erfindung einstückig mit den Zwischenboden oder von diesen getrennt ausgeführt werden. Insbesondere für die stirnseitigen Abschlüsse der Samme1räume sind Profilleisten geeignet, die bei Strömungsumkehr zwischen zwei benachbarten Führungselementen besonders strömungsgünstig gestaltet v/erden können. Für den seitlichen Abschluß können ebenfalls Profilleisten oder Seitenteile verwendet werden, die entweder einzelne oder sämtliche Führungskanäle und Sammelräume abdecken.

Eine zur Verhinderung von Korrosion besonders günstige Verbindung zwischen Rohrstücken und Zwischenboden ergibt sich, wenn die Durchtrittsöffnungen vor dem Einstecken der Rohrstücke aufgebördelt werden, vorzugsweise jeweils zum Inneren der Führungselemente hin.

Für den Wärmeübergang ist es besonders günstig, wenn die Rohrstücke in Strömungsrichtung des kühlenden Mediums hintereinander jeweils auf Lücke angeordnet werden oder wenn bei Rohren mit länglichem Querschnitt diese zur Strömungsrichtung angestellt werden. Weitere Möglichkeiten und Ausführungen der Konstruktion gehen aus den Ansprüchen und den Darstellungen hervor.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmetauschermatrix im Querschnitt,

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Wärmetauschermatrix

im Querschnitt,
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Wärmetauschermatrix nach Fig. 2 mit Profilleisten aus anderem Werkstoff,

Fig. 4 zeigt eine Warmetauschermatrix nach Fig. 2

mit geänderter Befestigung der Seitenteile,

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmetauschermatrix abweichender Ausführung in einer Schrägansicht,· _ ..

Fig. 6 zeigt eine Teilansicht mit einer Profilleiste im Querschnitt und

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnittes

durch die Rohre eines Führungselementes.

In Fig. 1 ist eine Wärmetauschermatrix dargestellt, die drei Führungskanäle 1 für das zweite Medium und zwei Sammelräume 2 für das erste Medium aufweist. Die Führungskanäle 1 bestehen aus Zwischenboden 3 und mit diesen einstückigen Seitenteilen 4. Durch die Zwischenboden eines jeden Führungskanales 1 sind kurze Rohrstücke 5 gesteckt und mit diesen dichtend verbunden. In der Regel erfolgt diese Befestigung durch Hartlöten. Die linke Darstellung zeigt dabei im Gegensatz zur rechten Halbfigur Aufbördelungen 6 an den Verbindungsstellen. Die einzelnen Führungskanäle sind über Profilleisten 7 aneinandergesetzt, wodurch sich die Sammelräume 2 bilden, in die die Enden der Rohrstücke 5 hineinragen. Die gesamte Wärmetauschermatrix steht auf Stützprofilen 8. Die Sammelräume

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Kföckner-Humboidt-Deutz AG

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2 sind auch stirnseitig verschlossen, während die Führungskanäle 1 zu Wassersammei- oder Wasserumlenkräumen hin offen sind. Die Durchströmung der Führungskanäle kann abwechselnd gegensinnig oder aber parallel gleichsinnig erfolgen. Für die Zu- und Abführung des kühlenden Mediums sind Teile der übrigen Wärmetauscherkonstruktion vorzusehen. Ebenso ist das warme Medium vor Eintritt und nach Austritt aus den jeweils äußeren Rohrstücken von entsprechenden Sammlern aufzunehmen.

...

In Fig. 2 ist eine Wärmetauschermatrix gezeigt, die zwei Führungskanäle 1 für das zweite Medium und einen Sammelraum 2 für das erste Medium hat. Die Zwischenboden 3 sind an den Längskanten zweifach kurz abgekantet und greifen vorzugsweise im Preßsitz in rechtwinklige Längsschlitze in den Profilleisten 7, die in abweichender Ausführung von außen von den einstückigen Seitenteilen 4 abgedeckt werden. Die Seitenteile 4 sind durch Zuganker 12, die die Saramelräume 2 durchdringen, mit ihren Gegenstücken verbunden und sichern damit zugleich die Verbindung zwischen Profilleisten 7 und Zwischenboden 3.

In Fig. 3 ist zeichnerisch angedeutet, daß die Profilleisten 7 auch aus Elast_omeren hergestellt werden können. Durch ümbördeln der Seitenteile 4 an den äußeren Profilleisten 7 können dabei dennoch stabile Stützprofile 8 erzeugt werden.

Fig. 4 ist bei an sich gleichem Aufbau wie in Fig. 2 die Verbindung zwischen Profilleisten 7 und Seitenteilen 4 durch Fügen mit einem Bindemittel und/oder ggfs. aus-

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schließlich durch den Anpreßdruck von federnden Klemmprofilen 13 hergestellt, die sich ihrerseits an der äußeren Gehäusewand 14 eines nicht näher dargestellten Wärmetauschers abstützen.

Fig. 5 zeigt abweichend von Fig. 1 ein einstückiges Seitenteil 4, das mit Zwischenboden 3 gleichzeitig mehrere Führungskanäle bildet. Aufbördelungen 6 der Zwischenboden 3 sind an den Rohrstücken 5 mit flachem Querschnitt besonders gut zu erkennen. Die Zwischenboden 3 weisen ferner Laschen 9 auf, die durch Schlitze der Seitenteile zur Befestigung durchgesteckt werden. Das Seitenteil 4 ruht auf einem Stützprofil 8.

In Fig. 6 ist eine Profilleiste 10 gezeigt, die zwischen zwei im Schnitt gezeigte Zwischenboden 3 geschoben ist. Weiter sind die Aufbördelung 6 und in der Ansicht Rohrstücke 5 erkennbar. Die Profilleiste schließt den Sammelraum 2 nach außen ab.

Fig. 7 zeigt die Anordnung von Rohrstücken 5 mit flachem Profil in Bezug auf die durch einen Pfeil angegebene Strömungsrichtung innerhalb eines Führungskanals. Die Rohrstücke sind in Reihen hintereinander angeordnet, wobei sie im linken Ausschnitt im Gegensatz zum rechten zusätzlich zur Strömungsrichtung .angestellt sind. Durch diese Anordnung werden Toträume in der Strömung vermieden und der Wärmeübergang verbessert.

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Claims

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5000 Köln 80, den 22. Dezember 1981 unser Zeichen: D 81/63 AE-ZPB Neu/Bi

Patentansprüche

ilJ Wärmetauschermatrix, insbesondere für zwei flüssige Medien, mit untereinander parallelen Rund- oder Flachrohren zur Leitung eines ersten, zu kühlenden Mediums und senkrecht zu den Rohrachsen angeordneten ebenen Zwischenboden zur Führung eines zweiten, wärmeabführenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrstücke (5) untereinander gleicher Länge jeweils zwei Zwischenboden (3) durchdringen, wobei die Teile an den Durchtrittsstellen dichtend miteinander verbunden sind und mit Seitenteilen (4) einen parallelwandigen Führungskanal (1) für das zweite Medium bilden, und daß einzelne Führungskanäle (1) mit Abstand aneinandergesetzt,sind und dazwischen Sammelräume (2) für das erste Medium bilden, die in Verbindung mit den benachbarte Führungskanäle (1) durchdringenden Rohrstücken

(5) stehen.
2. Wärmetauschermatrix nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenboden (3) an den Durchtrittsstellen der Rohrstücke (5) zum Inneren der Führungskanäle (1) hin eine Aufbördelung (6) im Querschnitt der Rohrstücke (5) aufweisen.
3. _a Wärmetauschermatrix nach einem Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelräume (2) für das erste Medium zumindest zwischen den Stirnseiten der Führungskanäle (1) durch Profilleisten (7) verschlossen •sind.

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4. Wärmetauschermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelräume (2) für das erste Medium an den Längsseiten zwischen den Führungskanälen (1) durch Profilleisten (7) verschlossen sind.
5. Wärmetauschermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenboden (3) an den Längskanten zweifach abgekantet sind und in Längsschlitze (11) mit rechteckigem Querschnitt in den Profilleisten (7) an den Längsseiten eingreifen.
6. Wärmetauschermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß Seitenteile (4) und Zwischenboden (3) aus einstückigen, abgekanteten Blechteilen bestehen.
7. Wärmetauschermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Führungskanäle (1) beiderseits von einstückigen Seitenteilen (4) verschlossen sind, die auf den Profilleisten (7) an den Längsseiten, insbesondere unter Verbindung durch ein Fügemittel aufliegen.
8. Wärmetauschermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

30· dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Seitenteile (4) von Zugankern (12) gehalten werden, die vorzugsweise gegenüberliegende Profilleisten (7) durchdringen.

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Klockner-Humboldl-Deutz AC

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9. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Führungskanäle (1) und zumindest ein Sammelraum (2) zugleich beiderseits von einstückigen Seitenteilen (4) verschlossen sind.
10. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenboden (3) an den Längskanten Laschen (9) aufweisen, die durch Schlitze in den Seitenteilen (4) hindurchragen und an den Durchtrittsstellen dichtend mit diesen verbunden sind.
11. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß federnde Klemmprofile (13) auf die Seitenteile, insbesondere in Höhe der Profilleisten (7) oder unmittelbar auf die Profilleisten (7) aufgesetzt sind, die sich zum Andrücken der"Seitenteile (4) an die Profilleisten (7) und/oder ausschließlich zum Fixieren der Wärmetauschermatrix gegen äußere Gehäusewände (14) eines Wärmetauschers abstützen.
12. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (5) axial miteinander fluchtend in den aneinandergesetzten Führungskanälen (1) angeordnet sind.

Klockner-I lumboIdl-Deufz AG ΰ^\ U^ Bu Kw -__·'- - · - " '-

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13. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (5) innerhalb der einzelnen Führungskanäle (1) bezüglich der Fließrichtung des zweiten Mediums in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind.
14. Wärmetauscherrnatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (5) innerhalb der einzelnen Führungskanäle (1) bezüglich der Fließrichtung des zweiten Mediums hintereinander in Reihen angeordnet sind.
15. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß Rohrstücke (5) mit Flachprofil innerhalb der einzelnen Führungskanäle (1) bezüglich der Fließrichtung des zweiten Mediums jeweils im gleichen Sinne mit der langen Achse ihres Querschnitts in kleinem Winkel angestellt sind.
16. Wärmetauschermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Wärme-· tauschers in an sich bekannter Weise an die äußeren Zwischenboden (3) Wasserkästen für das erste Medium und an die Stirnseiten der Führungskanäle (1) Sammel- oder Umlenkräume für das zweite Medium angeschlossen sind.

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