DE3521914A1

DE3521914A1 - Waermetauscher in fluegelplattenbauweise

Info

Publication number: DE3521914A1
Application number: DE19853521914
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Oyama Shibata; Takayuki Yasutake
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1986-01-02
Also published as: US4729428A

Description

TER meer . Müller · steinme;st£r showa Aluminum Corporation

WÄRMETAUSCHER IN FLOGELPLATTENBAUWEISE

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Flügelplattenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
5

Wärmetauscher dieser Art können beispielsweise als ölkühler, Kondensator, Verdampfer u. dgl. verwendet werden und umfassenerste Fluid-Kanäle und zweite Fluid-Kanäle, die abwechselnd zueinander angeordnet und durch flache Metall-Platten getrennt sind.

Soweit im vorliegenden Zusammenhang der Begriff "Aluminium" verwendet wird, umfaßt er reines Aluminium, Aluminium von handelsüblicher Reinheit mit geringen Anteilen von Verunreinigungen sowie Aluminium-Legierungen. Die Ausdrücke

"vorne" und "hinten" beziehen sich auf die Strömungsrichtung eines Fluids durch den ersten Fluid-Kanal, der durch flache Platten und einen Abstandshalter begrenzt wird. Dabei gibt der Ausdruck "vorne" die Richtung an, in die das Fluid strömt, während sich der Ausdruck "hinten" auf die
gegenüberliegende Seite oder die Eintrittseite des Fluids bezieht. Die Ausdrücke "rechts" und "links" beziehen sich auf die Blickrichtung eines Betrachters, der in Strömungsrichtung blickt.

Herkömmliche Wärmetauscher in Flügelplattenbauweise weisen erste und zweite Fluid-Kanäle auf, durch die unterschiedliche Fluide strömen und die abwechselnd zueinander angeordnet und durch flache Metall-Platten getrennt sind.

Seitliche Stangen oder Profile liegen zwischen den gegenüberliegenden Rändern aufeinander folgender flacher Platten an beiden Seiten dieser Platten/und wellenförmige
Flügel befinden sich zwischen diesen seitlichen Profilen. Beispielsweise werden Lotmaterialblätter, seitliche Profi-Ie und wellenförmige Flügel miteinander durch einen Vakuum-Lötvorgang verbunden.

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Die herkömmlichen Wärmetauscher dieser Art weisen eine
große Anzahl von Teilen auf und sind daher insoweit nachteilig, als das Zusammenfügen der Teile zeitraubend ist
und sich nicht für einen automatischen Arbeitsvorgang eignet. Folglich bereitet eine wirtschaftliche Herstellungsweise Schwierigkeiten.

Die Erfindung ist auf eine Überwindung dieses Nachteils
gerichtet.
10

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist erste und zweite Fluid-Kanäle auf, die abwechselnd zueinander angeordnet
und durch flache Metall-Platten getrennt sind. Wenigstens einer der ersten oder zweiten Fluid-Kanäle besteht aus
zwei in Abstand zueinander liegenden, benachbarten flachen Metall-Platten und einem Abstandshalter zwischen den f Iachen Platten. Der Abstandshalter umfaßt zwei Seitenwände, die mit den Rändern der benachbarten flachen Platten verbunden sind. Eine Verbindungswand verbindet diese beiden
Seitenwände. Flügel gehen unter einem Winkel von der Verbindungswand aus und sind an ihren freien Rändern mit den flachen Platten verbunden. Die Flügel erstrecken sich
parallel zur Strömungsrichtung des Fluids innerhalb des
Fluid-Kanals. Da die Seitenwände, die Verbindungswand und die Flügel einen zusammenhängenden Abstandshalter bilden, muß dieser lediglich zwischen zwei flache Platten gelegt

werden. Folglich kann der Wärmetauscher aus einer geringen Anzahl von Einzelteilen hergestellt werden, so daß sich
die Herstellungszeit wesentlich verkürzt und eine automatische Arbeitsweise möglich ist. Die Wirtschaftlichkeit bei der Produktion kann daher beträchtlich gesteigert werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Teildarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flügelplatten-Wärmetauschers zur Verwendung als ölkühler;

Fig. 2 ist eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Teildarstellung eines ersten Fluidkanalbereichs der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist eine entsprechende Darstellung

einer abgewandelten Ausführungsform des Fluid-Kanals;
15

Fig. 4 ist eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene, perspektivische Teildarstellung einer zweiten abgewandelten Ausführung;
20

Fig. 5 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 4

und zeigt eine dritte Abwandlung;

Fig. 6 zeigt eine vierte Abwandlung zu Fig. 4; 25

Fig. 7 zeigt eine fünfte Abwandlung zu

Fig. 4;

Fig. 8 zeigt eine sechste abgewandelte Ausführungsform zu der Ausführung gemäß

Fig. 4;

Fig. 9 und 10 zeigen eine siebente und achte Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 4; 35

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Fig. 11 zeigt in teilweise aufgebrochener, perspektivischer Teildarstellung eine Ausführungsform des Flügelplatten-Wärmetauschers zur Verwendung als Kondensator;

Fig. 12 zeigt eine erste Ausführungsform des

Fluid-Kanals der Aus führ ungs form gemäß Fig. 11;
10

Fig. 13 und zeigen zweite und dritte Ausführungen des Fluid-Kanals _zu Fig. 12;

Fig. 15 ist ein Querschnitt und veranschaulicht Abstandshalter zur Verwendung

für die erste Ausführung des Fluxd-Kanals gemäß Fig. 14 vor dem Einbauen der Abstandshalter in den Wärmetauscher;
20

Fig. 16 ist eine teilweise aufgebrochene,

perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers zur Verwendung als Verdampfer;
25

Fig. 17 ist ein vergrößerter Teilschnitt und

zeigt Abstandshalter in dem ersten Fluidkanalbereich der Ausführungsform gemäß Fig. 16.
30

Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung in Gestalt eines Wärmetauschers 1, der als ölkühler verwendet werden soll. Der Wärmetauscher 1 weist erste Fluid-Karjäle und zweite Fluid-Kanäle 4 auf, die abwechselnd senkrecht zueinander angeordnet sind und von den angrenzenden Kanälen

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durch eine waagerechte, flache Aluminium-Platte 2 getrennt werden, öl fließt durch die ersten Fluid-Kanäle 3 in Richtung der Pfeile 6 in Fig. 1 und 2. Luft strömt durch die zweiten Fluid-Kanäle 4 in Richtung der Pfeile 7 in Fig. 1. Beide Fluid-Kanäle 3 und 4 sind so angeordnet, daß die Fluide, von oben in Fig. 1 gesehen, durch die Fluid-Kanäle in einander kreuzender Richtung hindurchströmen. Die vorderen und hinteren Enden der Fluid-Kanäle 3 stehen in Verbindung mit endseitigen Behältern 5, die sich am vorderen und hinteren Ende des Wärmetauschers 1 befinden.

Jeder der ersten Fluid-Kanäle 3 wird gebildet durch obere und untere flache Platten 2 und einen Abstandshalter 8 aus extrudiertem Aluminium, der sich zwischen den beiden flachen Platten 2 befindet und mit diesen durch Löten verbunden ist. Der Abstandshalter 8 umfaßt zwei senkrechte Seitenwände 9, die die gegenüberliegenden Ränder der oberen und unteren flachen Platten 2 an der rechten und linken Seite verbinden, eine waagerechte Verbindungswand 10, die zu den beiden flachen Platten 2 parallel verläuft und die beiden Seitenwände 9 in mittlerer Höhe verbindet, und senkrechte Rippen oder Flügel 11, die sich senkrecht von der oberen und unteren Oberfläche der Verbindungswand 10 erstrecken und in vorgegebenen Abständen quer zu den flachen Platten 2 über die Breite, d.h. für die vorliegende Darstellung von rechts nach links angeordnet. Die Flügel 11 sind mit ihren freien Enden mit den flachen Platten 2 verbunden und erstrecken sich in Längsrichtung der flachen Platten 2, d.h., bezogen auf die vorliegende Darstellung, von vorne nach hinten über die flachen Platte. Die Seitenwände 9 haben eine größere Dicke als die Flügel 11 und die Verbindungswand 10. Wenn der Wärmetauscher als Ölkühler in einer chemischen Anlage oder entsprechender Position an einem Ort, wie etwa einem Wüstengebiet installiert wird, in dem er Sandstaub oder Kieselteilchen ausgesetzt ist,

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weisen die Seitenwände 9 eine ausreichende Stärke auf, so daß sie nicht brechen oder beschädigt werden, selbst wenn Teilchen dieser Art auf sie auftreffen. Es besteht daher nicht die Gefahr, daß öl aus dem Fluid-Kanal 3 austritt. 5

Die zweiten Fluid-Kanäle 4, durch die Luft hindurchgeführt wird, bestehen aus oberen und unteren flachen Platten 2, vorderen und hinteren Abstandshalterprofilen 12 aus extrudiertem Aluminium, die vordere und rückwärtige Wände bilden, und einem wellenförmigen Aluminium-Flügel 13, der zwischen den Abstandsh.alterprof.ilen 12 angeordnet ist und Wellenkämme sowie Wellentäler aufweist, die sich parallel zu den Abstandshalterprofilen 12, d.h. im rechten Winkel zu den Flügeln 11 erstrecken. Der gewellte Flügel 13 ist mit einer Anzahl von Schlitzen 14 versehen. Die rechten und linken Enden der zweiten Fluid-Kanäle 4 sind zur Atmosphäre hin offen. Luft strömt durch die Kanäle 4 hindurch oder wird durch diese zwangsgeführt.

Bei dieser Anordnung wird das öl, das durch die ersten Fluid-Kanäle 3 in Richtung der Pfeile 6 hindurchfließt, durch die Luft gekühlt, durch die zweiten Fluid-Kanäle 4 in Richtung der Pfeile 7 hindurchströmt.

Der Wärmetauscher 1 wird hergestellt, indem Aluminium-Hartlotplatten» Abstandshalter 8, Abstandshalterprofile 12 und wellenförmige Flügel 13 in Lagen in der dargestellten und beschriebenen Form angeordnet und miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Vakuum-Hartlöten. In diesem Falle bilden die Hartlot-Platten die flachen Platten 2 beim Hartlöten. Aluminium-Hartlot-Platten sind zum Hartlöten jedoch nicht zwingend erforderlich. Es ist auch möglich, als flache Platten zwei Aluminium-Platten zu verwenden, auf deren obere und untere Oberflächen ein Hartlotmaterial mit einer Bürste od. dgl. auf-

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getragen ist, und die Teile des Wärmetauschers 1 durch dieses Hartlotmaterial zu verbinden.

Fig. 3 bis 10 zeigen abgewandelte Ausführungsformen des ersten Fluid-Kanals 3 für einen Öl-Wärmetauscher in der Form eines ölkühlers.

Der Abstandshalter 8 gemäß Fig. 3 umfaßt eine Verbindungswand 10, die unmittelbar gegen die untere flache Platte 2 anliegt, und senkrechte Flügel 11, die sich aufwärts von der oberen Oberfläche der Verbindungswand 10 erstrekken und in vorgegebenem Abstand quer zu der Platte 2 erstrecken .

Gemäß Fig. 4 ist die Verbindungswand 10 auf ihrer oberen und unteren Oberfläche mit Turbulenz-erzeugenden VorSprüngen 20 und 21 versehen, die in Abständen in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, also in Strömungsrichtung des Öls angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 20,21 erstreckt sich senkrecht zu der Verbindungswand 10 und ist ebenfalls senkrecht zu der Strömungsrichtung des Öls und befindet sich in einer senkrechten Ebene, die parallel zu der Rechts-Links-Richtung verläuft- Die Vorsprünge 20,21 sind so bemessen, daß sie den Abstand zwischen benachbarten Flügeln 11 nicht blockieren. Die Vorsprünge sind hergestellt durch Einschneiden der Verbindungswand 10, aus der sie herausgebogen sind. Der Raum oberhalb der Verbindunqswand 10 steht auf diese Weise mit dem Raum unterhalb der Verbindungswand durch die entsprechenden Einschnitte in Verbindung. Zwischen zwei benachbarten Flügeln 11 sind die aufwärts gebogenen Vorsprünge 20 und die abwärts gebogenen Vorsprünge 21, bezogen auf die Strömungsrichtung oder Vorwärts-Rückwärts-Richtung, abwechselnd angeordnet. Wie bereits erwähnt, strömt das Öl in Richtung der Pfeile

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Die Vorsprünge auf der Verbindungswand können in einer senkrechten Ebene liegen, die geringfügig,von oben gesehen, vorwärts oder rückwärts in Bezug auf eine senkrechte Ebene geneigt ist, die parallel zur Rechts-Links-Richtung verläuft.

Gemäß Fig. 5 ist die Verbindungswand 10 auf ihrer oberen und unteren Oberfläche mit Turbulenz-erzeugenden Vorsprüngen 22 und 23 versehen, die in Abständen in Bezug auf die Vorwärts-Rückwärts-Richtung und im übrigen senkrecht zu der Verbindungswand 10 angeordnet sind. Die Vorsprünge 22, 23 befinden sich in senkrechten Ebenen, die parallel zur Strömungsrichtung des Öls verlaufen. Sie sind wiederum hergestellt durch Einschneiden der Verbindungswand 10 und Ausbiegen nach oben bzw. unten. Der Raum oberhalb der Verbindungswand 10 steht auf diese Weise wiederum mit dem Raum unterhalb der Verbindungswand durch die Einschnitte in Verbindung. Die oberen Vorsprünge 22 und die unteren Vorsprünge 23 sind in Bezug auf die Strömungsrichtung abwechselnd angeordnet. Wie bereits bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, sind die oberen Vorsprünge 22 und die unteren Vorsprünge 23 jedoch in Richtung quer zur Strömungsrichtung in Reihen gleichartiger Vqrsprünge angeordnet. Gemäß Fig. 5 sind im übrigen die oberen Vorsprünge 22 in einer Linie und die unteren Vorsprünge 2 3 in einer anderen Linie angeordnet, welche Linien sich in Vorwärts-Rückwärts-Richtung oder Strömungsrichtung erstrecken und in Richtung quer zur Strömungsrichtung einen Abstand aufweisen. In Bezug auf die Rechts-Links-Richtung sind die Vorsprünge 22 bzw. 23 alternativ links bzw. rechts angeordnet, d.h. vom linken bzw. rechten Rand der entsprechenden Einschnitte abgebogen.

Die Vorsprünge können in einer senkrechten Ebene liegen, die geringfügig, von oben gesehen, nach rechts oder links

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in Bezug auf eine senkrechte Ebene parallel zu der Strömungsrichtung geneigt ist.

Gemäß Fig. 4 und 5 strömt das öl in dem ersten Fluid-Kanal 3 auch aufwärts und abwärts durch die aufgrund der Vorsprünge 22 und 23 gebildeten Einschnitte. Der ölstrom wird auf diese Weise geführt und im übrigen durch die Vorsprünge 22 und 23 gestört, so daß er verwirbelt wird und eine erhöhte Wärmeaustauschfähigkeit erlangt.

Fig. 6 zeigt eine Verbindungswand 10, die mit langgestreckten Löchern 24 versehen ist, die in Vorwärts-Rückwärts-Richtung oder Strömungsrichtung verlaufen und in vorgegebenen Abständen angeordnet sind. Die Flügel 11 sind mit einer Anzahl von Ausschnitten 27 versehen, die in Abständen, bezogen auf die Strömungsrichtung, liegen und die Flügel in eine Reihe von Segmenten 26 unterteilen. Die Ausschnitte 27 liegen jeweils zwischen den langgestreckten Löchern 24, bezogen auf die Vorwärts-Rückwärts-Richtung, während die Löcher 24 und die Ausschnitte 25 im dargestellten Beispiel in Reihen quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Das rückwärtige Ende der Segmente 26, ausgenommen das letzte oder eingangsseitige Segment 26, ist in einem Abschnitt 27 nach links gebogen. Das vordere oder ausgangsseitige Ende jedes Segments 26, ausgenommen das am Ausgang liegende Segment 26, ist in einem Abschnitt nach rechts gebogen. Aufgrund der langgestreckten Löcher 24, der Ausschnitte 25 und der abgebogenen Abschnitte 27 und 28 strömt das öl in dem Fluid-Kanal 3 auch senkrecht und ebenfalls nach rechts oder links, so daß der Ölstrom gestört und verwirbelt wird und eine bessere Wärmeaustauschwirkung entsteht. Es ist wünschenswert, daß die abgebogenen Abschnitte 27 und 28 der Flügel 11 so geformt sind, daß Teile des Ölstroms nach rechts gegen den Luftstrom gerichtet werden.

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Fig. 7 zeigt eine Verbindungswand 10, die auf der oberen und unteren Oberfläche mit einer Anzahl von VorSprüngen und 30 versehen ist, die in vorgegebenen Abständen in Bezug auf die Strömungsrichtung ( = Vorwärts-Rückwärts-Richtung) liegen. Jeder der Vorsprünge 29,30 wird hergestellt durch einen im wesentlichen U-förmigen Einschnitt den die Verbindungswand 10 und durch Ausbiegen der durch den Einschnitt umgebenenen Innenfläche in schräger Richtung aufwärts oder abwärts. Die aufwärts gerichteten Vorsprünge 29 und die abwärts gerichteten Vorsprünge 30 sind in Bezug auf die Strömungsrichtung abwechselnd angeordnet, bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch quer zu der Strömungsrichtung Reihen entsprechender Ausführung. Die Flügel 11 sind mit Ausschnitten 25 versehen, die in Abständen in Bezug auf die Strömungsrichtung liegen. Im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführungsform befinden sich diese Ausschnitte 25 jedoch nicht in quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Reihen, sondern, in Draufsicht, auf einer Linie, die nach rechts-vorwärts in Bezug auf die Strömungsrichtung geneigt ist. Das öl, das durch den ersten Fluid-Kanal 3 hindurchströmt, wird daher veranlaßt, senkrecht und im übrigen von links nach rechts zu strömen, und zwar aufgrund der Vorsprünge 29, 30 und der entsprechenden öffnungen in der Verbindungswand 10 sowie der Ausschnitte 25 und der gebogenen Abschnitte 27 und 28 in den Flügeln, so daß der ölstrom gestört und verwirbelt wird und der Wärmeaustauscheffekt verbessert wird. Die zuvor beschriebene Anordnung ist vorteilhaft, da das Öl teilweise entgegengesetzt zur Luftströmungsrichtung von links nach rechts fließt.

Fig. 8 zeigt Flügel 11 mit jeweils zwei paarweise angeordneten Einschnitten 31, die sich nach unten vom oberen Rand erstrecken und in Strömungsrichtung oder Längsrichtung der Flügel in Abstand liegen. Die beiden Ein-

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schnitte liegen im übrigen in Abständen in Längsrichtung der Flügel in Bezug auf weitere Einschnitt-Paare. Die Flügel-Abschnitte zwischen den paarweise angeordneten Einschnitten 31 sind nach rechts oder links abwechselns ausgebogen und bilden auf diese Weise eine Anzahl von blattförmigen, abgebogenen Abschnitten 32. Diese Abschnitte und die Einschnitte 31 in den Flügeln 11 stören den ölstrom und führen zur Verwirbelung des Öls und zur Erhöhung der Wärmeaustauschwirkung.

Fig. 9 zeigt Flügel 11 mit im wesentlichen V-förmigen, nach links und rechts ausgebogenen oder hinausgedrückten VorSprüngen 33 und 34 am oberen Rand, die in Längsrichtung abwechselnd und in vorgegebenen Abständen angeordnet sind.

Benachbarte Flügel weisen eine entgegengesetzte Anordnung dieser VorSprünge 33 und 34 auf, so daß die Enden der Vorsprünge oder Ausbiegungen 33,34 nahe beieinander liegen. Zwischen den Vorsprüngen 33 und 34 und der flachen Platte 2 befindet sich ein Zwischenraum.

Gemäß Fig. 10 sind alle Flügel 11 in Bezug auf die Position der Ausbiegungen oder Vorsprünge 33 im Gegensatz zu Fig. 9 gleichsinnig gerichtet, d.h. die nach links gerichteten Vorsprünge 33 und die nach rechts gerichteten Vorsprünge 34 liegen in Reihen quer zur Strömungsrichtung und in abwechselnder Anordnung in Bezug auf die Strömungsrichtung .

In nicht gezeigter Weise können die Flügel 11 auch mit Vorsprüngen versehen sein, die nur in die selbe Richtung gebogen sind. In diesem Falle können die Flügel 11 oberhalb der Verbindungswand 10 und die Flügel 11 unterhalb der Verbindungswand 10 Vorsprünge in derselben oder entgegengesetzter Richtung aufweisen. 35

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In diesem Falle stören die Vorsprünge 33 den Ölstrom und führen zu besserem Wärmeaustausch. Fig. 11 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, und zwar einen Wärmetauscher 1 zur Verwendung als Kondensator. Der Wärmetauscher 1 weist senkrechte, flache Platten 2 auf und ist vorgesehen für einen Durchgang eines wärmeübertragenden Mediums durch erste Fluid-Kanäle 3 von oben nach unten gemäß dem Pfeil 15 in Fig. 11. Zwischen nebeneinanderliegenden Flügeln 11 und zwischen den Seitenwänden 9 und den benachbarten Flügeln 11 trägt die Verbindungswand 10 des Abstandshalters 8 angeformte Rippen 35, die sich parallel zu den Flügeln 11 erstrecken und einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Bei einem Wärmetauscher 1 dieser Art tritt ein gasförmiges, wärmeübertragendes Medium am oberen Ende der ersten Fluid-Kanäle 3 von einem endseitigen Behälter 5 ein und strömt durch die Fluid-Kanäle 3 nach unten. Andererseits strömt Luft die zweiten Fluid-Kanäle 4 in Richtung der Pfeile 16 in Fig. 11. Die Wärme des wärmeübertragenden und zu kondensierenden Mediums geht direkt und mit Hilfe der Abstandshalter 8 auf die flachen Aluminium-Platten 2 über, von denen die Wärme auf den Luftstrom übertragen wird, der durch die zweiten Fluid-Kanäle 4 strömt, und zwar direkt sowie über die wellenförmigen Flügel 13. Das gasförmige Medium kondensiert, indem es auf diese Weise gekühlt wird. Das flüssige Medium tritt aus den unteren Enden der Fluid-Kanäle 3 aus.

Fig. 12 bis 14 zeigen abgewandelte Ausführungen der ersten Fluid-Kanäle 3 des Wärmetauschers in der Form eines Kondensators .

Gemäß Fig. 12 ist jede Oberfläche der Verbindungswand 10 mit einer Reihe von Spitzen 36 versehen, die sich zwischen

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benachbarten Flügeln 11 und zwischen den Seitenwänden 9 und dem jeweils angrenzenden Flügel 11 befinden. Die Spitzen 36 sind in Längsrichtung der Flügel 11 untereinander in Abstand angeordnet und hergestellt durch Ausarbeifen der Wand 10. Fig. 12 zeigt eine Ausführung, bei der eine große Anzahl von schmalen Rücken 37 in Längsrichtung der Fluid-Kanäle 3 durch Einarbeitung von Nuten in die Seitenwände 9, die Verbindungswand 10 und die Flügel 11 hergestellt ist.

Gemäß Fig. 11 bis 13 führen die Rippen 35, die Spitzen 36 oder die Rücken 37 der Abstandshalter 8 in den ersten Fluid-Kanälen 3 zu einer erheblich größeren Oberfläche, und sie stören im übrigen den Fluidstrom, so daß eine größere Wärmeaustauschwirkung entsteht. Im übrigen erleichtern sie die Kondensatbildung.

Fig. 14 zeigt Flügel 11 sowie einige Flügel 11a, die in Bezug auf die flache Platte 2 geneigt sind. Die geneigten Flügel 11a liefern dem Abstandshalter 8 eine größere Oberfläche innerhalb des Fluidkanals 3, als es bei senkrechter Anordnung der Flügel in Bezug auf die Platten 2 der Fall wäre, und sie stören im übrigen den Fluidstrom, so daß der Wärmeaustausch verbessert wird.

Fig. 15 zeigt eine Ausführung eines Abstandshalters 8 vor dem Einbau in den Wärmetauscher 1 zur Bildung des ersten Fluid-Kanals. Bei diesem Abstandshalter 8 sind die freien Ränder der Flügel 11a weiter von der Verbindungswand 10 entfernt als die Ränder der anderen Flügel 11 und der Seitenwände 9. Wenn der Abstandshalter 8 zwischen den flachen Platten 2 durch eine nicht gezeigte Spanneinrichtung eingespannt wird, werden die Flügel 11 gebogen. In diesem Zustand werden die flachen Platten 2 mit dem Abstandshalter 8 verlötet, so daß die Flügel 11a in der

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geneigten Stellung festgelegt werden.

Fig. 16 und 17 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung in der Form eines Wärmetauschers zur Verwendung als Verdampfer. Der Wärmetauscher 1 weist senkrechte, flache Platten 2 auf und ermöglicht einen Durchgang eines wärmeübertragenden Mediums durch erste Fluid-Kanäle 3 von unten nach oben in Richtung der Pfeile 17 in Fig.

Der Abstandshalter 8 des Wärmetauschers 1 weist Seitenwände 9, eine Verbindungswand 10 und Flügel 11 auf, und die Oberflächen dieser Teile bilden den Fluid-Kanal 3 und sind mit einer porösen Schicht 39 überzogen, die gebildet wird durch Auflöten einer Anzahl von Aluminiumpartikein 38. Die poröse Schicht 39 wird beispielsweise in der folgenden Art hergestellt. Fein zerkleinertes Aluminium 8, ein Pulver eines Lotmaterials und ein organisches Bindemittel werden miteinander gemischt und bilden einen Schlamm, der vor dem Löten auf die Flächen des Abstandshalters 8 aufgebracht wird. Das fein verteilte Aluminium 38 weist vorzugsweise eine Teilchengröße von 20 bis 500 μπι auf, da eine Teilchengröße unterhalb von 20 μΐη oder oberhalb von 500 um nicht die Möglichkeit einer Wärmeübertragung bis zum Siedepunkt bieten würde. Weiterhin beträgt die Teilchengröße des Lotmaterials vorzugsweise 20 bis 200 μπι, da es schwierig ist, ein derartiges Pulver industriell mit einer Teilchengröße unterhalb vom 20 μπι herzustellen und auf der anderen Seite Schwierigkeiten bereiten würde, ein Material mit einer gleichförmigen Teilchengröße oberhalb von 200 μπι zu erzeugen. Das Verhältnis des fein verteilten Aluminium 38 zu dem Lotpulver beträgt im allgemeinen 8:1 (Gewichtsprozent), hängt jedoch auch von der Teilchengröße der Materialien ab. Das organische Bindemittel, das verwendet wird, damit die beiden partikelförmigen Materialien zu einem gleichförmigen über-

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zug für die gewünschte Fläche geformt werden kann, zerfällt und verdampft während des Lötvorganges. Wenn daher der Überzug erhitzt wird, zerfällt und verdampt das orga- ' nische Bindemittel, so daß das fein verteilte Aluminium 38 einer gewünschten Oberfläche des Abstandshalters 8 anhaften kann und dort zur Bildung der porösen Schicht durch Löten festgelegt wird. Das organische Bindemittel verdampft während des Zerfalls beim Löten und bildet Zwischenräume zwischen den Aluminiumteilchen. Das teilchenförmige Aluminium, das sich zwischen den vorderen Enden der Flügel 11 und der inneren Oberfläche der flachen Platten 2 befindet, wird durch die Verbindungskraft beim Löten ausgetrieben, so daß dieser Bereich wirksam durch Löten befestigt werden kann. Der oben erwähnte Lötvorgang wird durchgeführt, während die Anordnung aus flachen Platten 2, Abstandshaltern 8, wellenförmigen Flügeln 13 und Abstandshalterprofilen 12 zusammengelötet wird. Folglich muß der Schlamm aus fein verteiltem Aluminium 38, Lotpulver und organischem Bindemittel lediglich auf die Ab-Standshalter 8 vor dem Löten aufgebracht werden, und die poröse Schicht 39 kann in einfacher Weise auf diese Art hergestellt werden.

Bei einem Wärmetauscher dieser Art wird ein flüssiges Medium in die unteren Enden der ersten Fluid-Kanäle 3 von einem endseitigen Behälter 5 aus eingeleitet und nach oben durch die Fluid-Kanäle 3 geführt. Andererseits strömt Luft durch die zweiten Fluid-Kanäle 4 in Richtung der Pfeile 18 in Fig. 16. Die Wärme, die von der Luft auf die Aluminium-Platten 2 übertragen wird, gelangt von diesen direkt oder über die Abstandshalter 8 an das flüssige Medium. Die Vielzahl der Poren oder Zwischenräume zwischen den Aluminiumteilchen 38 in der porösen Schicht 39 dienen als Kerne zur Bildung von Dampfblasen beim Verdampfen. Auf diese Weise wird der Luft die Wärme entzo-

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gen und die Luft wird gekühlt. Das entstehende gasförmige Fluid tritt aus den oberen Enden der Fluid-Kanäle 3 aus.

Bei dieser Ausführungsform des Wärmetauschers 1 ermöglicht die poröse Schicht 39 eine große Wärmeübertragungsfläche der Abstandshalter 8 in Bezug auf das zu erwärmende Medium, verglichen mit einer glatten Fläche. Im übrigen dienen die Hohlräume zwischen den Aluminiumteilchen 38 in der porösen Schicht 39 zur Bildung von Dampfblasen zur Förderung der Verdampfung des Mediums. Dies wiederum führt zu einer erhöhten Wärmeübertragung. Es entsteht daher ein äußerst wirksamer Wärmeaustausch bei kompakten Abmessungen und einem geringen Gewicht des Wärmetauschers.

Obgleich angegeben wurde, daß der zweite Fluid-Kanal 4 des Wärmetauschers durch flache Platten 2, wellenförmige Flügel 13 und Abstandshalterprofile 12 gebildet wird, kann der zweite Fluid-Kanal 4 auch aus flachen Platten, wellenförmigen Flügeln 13 und Abstandshaltern 8 bestehen.

Der zuvor beschriebene Wärmetauscher ist nicht auf die angegebenen Anwendungsfälle beschränkt, sondern auch anderweitig einsetzbar. ₄

Bei den Abstandshaltern gemäß Fig. 4 bis 14 und 17 verbindet die Verbindungswand die Seitenwände in ihrem Mittelbereich. Alternativ können die Seitenwände jedoch auch an einem ihrer Enden verbunden sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Falle werden die Turbulenz-bildenden Vor-Sprünge, Rippen, eingeschnittenen Spitzen, porösen Schichten etc. nur auf einer Oberfläche der Verbindungswand hergestellt.

Claims

TER M E E R - M Ü L L E R - S TElN MEISTER PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl. Ing. F. E. Müller Mauerkircherstrasse 45 D-8000 MÜNCHEN 80 Dipl. Ing. H. Steinmeister Artur-Ladebeck-Strasse 51 D-4800 BIELEFELD 1 9-065 St/me . Juni 1985 SHOWA ALUMINUM CORPORATION 224, 6-cho, Kaizan-cho, Sakai-shi, Osaka-fu, Japan WÄRMETAUSCHER IN FLÜGELPLATTENBAUWEISE PRIORITÄTEN:20.06.1984,Japan,Nr.128284/84(P)20.06.1984,Japan,Nr.128285/84(P)20.06.1984,Japan,Nr.128286/84(P)20.07.1984,Japan,Nr.110413/84(U)PATENTANSPRÜCHE

1. Wärmetauscher in Flügelplattenbauweise mit ersten Fluid-Kanälen und zweiten Fluid-Kanälen in abwechselnder Anordnung unter Einfügung von flachen Metall-Platten, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der

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ersten und der zweiten Fluid-Kanäle (3,4) durch zwei flache Metall-Platten (2) und einen zwischen diesen liegenden Abstandshalter (8) gebildet ist, welcher Abstandshalter folgende Teile umfaßt:

a) Zwei Seitenwände (9), die mit den gegenüberliegenden Rändern der beiden flachen Platten (2) an deren beiden Seiten verbunden sind,

b) eine Verbindungswand (10) , die die beiden Seitenwände (9) verbindet und

c) Flügel (11), die von der Verbindungswand im Winkel zu dieser ausgehen und mit ihren freien Enden mit den flachen Platten in Verbindung stehen und sich parallel zur Strömungsrichtung durch den Fluid-Kanal erstrecken.
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2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (9) eine größere Stärke als die Flügel (11) aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswand (10) gegen eine der flachen Metall-Platten (2) anliegt und daß die Flügel (11) nur auf einer Oberfläche der Verbindungswand (10) ausgebildet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswand (10) einen Abstand zu den beiden flachen Platten (2) aufweist und daß die Flügel (11) auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Verbindungswand (10) ausgebildet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Öffnungen in der Verbindungswand (10).

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

TER meer . Müller . STEiNMEiSTER stiowa Aluminum Corporation

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gekennze ichnet, daß Vorsprünge (20,21,22,23) auf der den Fluid-Kanal begrenzenden Oberfläche der Verbindungswand ausgebildet sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (20,21,22,23) gebildet sind durch Einschneiden der Verbindungswand in einer Anzahl von Bereichen dieser Wand.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (35) Rippen sind, die einstückig mit der Verbindungswand ausgebildet sind und sich in Strömungsrichtung erstrecken.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die VorSprünge Turbulenz-bildende Vorsprünge sind und in vorgegebenen Abständen entlang der * Strömungsbahn angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrxchtung verlaufen. **

10. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge Turbulenz-bildende Vorsprünge sind und in vorgegebenen Abständen entlang der Strömungsbahn liegen und sich im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung erstrecken.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge Turbulenz-bildende Vorsprünge sind, die in vorgegebenen Abständen entlang der Strömungsbahn liegen.

12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (11) parallel zueinander und senkrecht zu den flachen Metall-Platten (2) verlaufen.

TER MEER · Müller ■ STElNMEiSTER ^ Showa Aluminum Corporation _

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13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flügel (11a) in Bezug auf die flachen Platten (2) geneigt ist.

14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flügel (11) paarweise angeordnete, vom oberen Rand her eintretende Einschnitte (31) aufweist und daß die zwischen diesen liegenden Abschnitte (32) in Abstand entlang der Strömungsbahn liegende, seitlich aufgebogene, einen Abstand zu der angrenzenden flachen Platte aufweisende Abschnitte (32) bilden.

15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (11) eine Anzahl von abgebogenen Vorsprüngen (33,34) aufweisen.

16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (11) mit einer Anzahl von Ausschnitten (25) versehen sind, die in Strömungsrichtung in Abständen verteilt sind, und daß die an die Ausschnitte angrenzenden Abschnitte (27,28) der Flügel seitlich umgebogen sind.
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17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (8) mit einer porösen Schicht auf den den Strömungskanal begrenzenden Flächen überzogen ist.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (39) durch Auflöten von Metall-Partikeln gebildet ist.