DE69200068T2

DE69200068T2 - Wärmetauschelement.

Info

Publication number: DE69200068T2
Application number: DE69200068T
Authority: DE
Inventors: Karl Ostboe
Original assignee: Nordinvent SA
Current assignee: Nordinvent SA
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2012-01-14
Also published as: SE467803B; EP0495762A1; JPH06134565A; ES2056702T3; EP0495762B1; JPH0798260B2; DE69200068D1; ATE103063T1; SE9100124L; SE9100124D0

Description

Wärmetauschelement

Beim Wärmetausch ist es an sich bekannt, Wärmetauschelemente zu realisieren, die gute Wärmeübertragungseigenschaften durch das Eingießen von Rohren aus hochwertigem Material in einen Metallkörper erzielen, wobei der Metallkörper aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften besteht. Das Material in den Rohren kann unter Berücksichtigung der Aggressivität eines ersten Wärmeübertragungsmediums ausgewählt werden, während das gießbare Material auf unterschiedliche Arten geformt werden kann, um eine große Kontaktfläche für das zweite Wärmeübertragungsmedium zu erhalten.
Das EP-Patent 0 153 363, das ein Wärmetauschelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart, zeigt z.B. einen Wärmetauscherblock, wie er oben beschrieben worden ist, wobei der gegossene Körper außenseitig mit in Längsrichtung verlaufenden Flanschen versehen ist, und bei welchem zur Erhöhung der Wärmeübertragung vorgesehene Querrillen die Seitenf lächen in Felder unterteilen, wobei die Flansche in jedem Feld in bezug zu den Flanschen benachbarter Felder seitlich versetzt sind, wodurch im zweiten Wärmeübertragungsmedium, das außen am Körper entlang strömt, eine bestimmte Turbulenz verursacht wird.
Es ist erwünscht, den Anteil an hochwertigem Material in den Rohren so klein wie möglich zu halten, aber der hohe Druck, der während des Extrusionsgießens des einschließenden bzw. umhüllenden Metalles erforderlich ist, neigt dazu, die Rohre zu deformieren. Zur Erzielung eines hohen Grades an Turbulenz im zweiten Wärmeübertragungsmedium sollten die vergrößernden Elemente nicht als längliche Flansche ausgebildet sein sondern als Pyramidenstümpfe, die in einem Muster angeordnet sein sollen, das eine widerholte Aufteilung des zweiten Mediums in eine Anzahl Teilströme verursacht, die dann bald wieder vereinigt werden, und die dann unmittelbar wieder aufgeteilt werden.
Ein erfindungsgemäßes Wärmetauschelement weist die Merkmale gemäß Anspruch 1 auf.
Die Dicke des Materials in dem einem Rohr gegenüberliegenden Abschnitt des Körpers ist vorzugsweise ungefähr gleich dem Durchmesser des Rohres, die Höhe des Elementes ist ungefähr gleich einer Hälfte des Rohrdurchmessers und die Breite der die Flächen des Körpers unterteilenden Rillen ist zweckmäßigerweise ungefähr gleich der Basisabmessung der Elemente.
Zur Erhöhung der Festigkeit der Rohre ist es bevorzugt, wenn diese außenseitig zwei schraubenförmige Rillen aufweisen, die in entgegengesetzte Schraubrichtungen verlaufen.
Ein kompaktes und wirksames Wärmetauschelement wird erzielt, wenn es drei Rohre aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Wärmetauschelement
und
Fig. 3 einen Abschnitt einer Seitenfläche des Wärmetauschelementes.
Das in Fig. 1 gezeigte Wärmetauschelement 10 weist drei parallele Rohre 11 aus einen hochwertigen Material zum Anschluß eines ersten Wärmeübertragungsmediums auf. Die Rohre 11 sind eng nebeneinander angeordnet und im fertigen Wärmetauschelement 10 entlang eines wesentlichen Teiles ihrer Länge in Gießmetall, das ein gutes Wärmeübertragungsvermögen besitzt, in der Art eingegossen, daß sich ein Körper 12 ergibt, der in Längsrichtung der Rohre 11 eine Länge "l" und der einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Der Körper 12 ist in der Zeichnung mit dünnen strichlierten Linien gezeichnet, wobei ein Mittelteil mit durchgezogenen dickeren Linien verdeutlicht ist. Dieses Mittelteil soll zur Verdeutlichung des endgültigen fertigen Zustandes des Körpers 12 dienen.
Die Rohre 11 können in Abhängigkeit von dem zur Anwendung gelangenden erste Wärmeübertragungsmedium aus rostfreiem Stahl, aus Titan oder dgl. bestehen. Die Enden der Rohre sind an einen oberen und an einen unteren Sammel- und Verteilererhitzer 13, 14 oder an angrenzende Elemente eines Wärmetauschers anschließbar.
Derartige Elemente sind bekanntermaßen eng nebeneinander innerhalb eines Gehäuses angebracht, das die Strömung des zweiten Wärmeübertragungsmediums entlang und zwischen den einzelnen Elementen regelt.
Zur Kostenreduktion ist es wünschenswert, Rohre 11 zu verwenden, welche dünne Wände aufweisen und zur Erhöhung des Widerstandes der Rohre, dem Druck des geschmolzenen Metalls während des Extrusionsprozesses zu widerstehen, sind die Rohre außenseitig "gerillt" ausgebildet, d.h. die Rohre 11 sind mechanisch bearbeitet, so daß sich zwei seichte eingekerbte Rillen 15 ergeben, die schraubenförmig in entgegengesetzten Schraubrichtungen entlang des Rohres 11 verlaufen.
Die Rillung wird nur innerhalb des Abschnittes ("l") ausgebildet, der durch das Gießmetall bedeckt wird. Die Endabschnitte der Rohre 11 bleiben ungerillt, so daß sie dort ihre zylindrische Form behalten, was den Anschluß an Verteilungs- und Sammlererhitzer erleichtert.
Die Rohre 11 sind z.B. mittels kurzer Schweißnähte 16 außerhalb des Körpers 12 miteinander verbunden. Diese Schweißnähnte behindern die Strömung von Metall während der Extrusion nicht.
Bei dem Material für den Körper 12 handelt es sich vorzugsweise um irgendeine Leichtmetallegierung, die leicht zu extrudieren ist und die einfach geformt werden kann, um die gewünschte Oberflächenvergrößerung zu erzielen. Die hier angewandte Vergrößerung wird in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erläutert. In Fig. 1 sind nur wenige Erhebungen 17 dargestellt.
Die Außenflächen des Körpers 12 sind durch Querrillen 18 in kurze Stücke unterteilt, die mittels Längsrillen 19, 19b weiter unterteilt sind, so daß sich die gewünschten Erhebungen bzw. Warzen 17 in Querreihen verlaufend ergeben.
Die Längsrillen 19a, 19b sind abwechselnd durch die genannten Stücke zwischen jede zweite Querrille 18 eingeschnitten, d.h. daß die Erhebungen 17 in benachbarten Reihen jeweils um eine Teilung gegeneinander versetzt sind.
Der Körper 12 ist derartig geformt, daß er mit einem schmalen Rand die Rohre 11 vorzugsweise derartig einschließt, daß die Dicke des Materials auf der zu einem Rohr parallelen entgegengesetzten Seite ungefähr gleich ist dem Rohrdurchmesser. Die Höhe der oberflächenvergrößernden Erhebungen 17 ist vorzugsweise gleich dem halben Rohrdurchmesser.
Die Querrillen 18 und die Längsrillen 19a, 19b sind aus praktischen Erwägungen mit leicht abgeschrägten Seitenwänden ausgebildet, wobei ihr Öffnungsmaß gleich der Tiefe, d.h. ungefähr dem halben Rohrdurchmesser ist.
Die Erhebungen 17 ergeben in jedem Fall Pyramidenstümpfe, und da die Längsrillen 19a, 19b die Stücke nur zwischen jeder zweiten Querrille 18 durchschneiden, bilden die Erhebungen 17 ein Zick-Zack-Muster, wobei die Erhebungen einer Reihe direkt der Rille 19a oder der Rille 19b gegenüber liegen, die durch die benachbarte Querrille 18 schneidet. Auf diese Art ergibt sich eine wiederholte Aufteilung der Strömung des zweiten Wärmeübertragungsmediums entlang den Wänden des Körpers 12 in Form einer Vielzahl von Teilstömen, die dann schnell wieder vereinigt werden und die dann unmittelbar wieder aufgeteilt werden usw. Auf diese Weise ergibt sich eine intensive Turbulenz, welche die Wärmeübertragung wesentlich verbessert.
Um die dünnwandigen Rohre 11 während der Extrusion nicht zu beschädigen, sollten mindestens zwei Rohre miteinander verbunden sein. Die Rillung verstärkt die einzelnen Rohre 11.
Die Anzahl an Rohren in jedem Wärmetauschelement kann in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung variieren. Drei Rohre mit gleichem Durchmesser geben eine größere Kompaktheit als zwei Rohre mit einem etwas größeren Durchmesser, auch wenn die absolute Innenkontaktfläche gleich groß ist wie bei der Anwendung von zwei Rohren.
Das erste Wärmeübertragungsmedium kann elektrischer Strom sein. In diesem Fall enthalten die Rohre 11 elektrische Widerstände.

Claims

1. Wärmetauschelement in Gestalt eines länglichen Körpers (12) mit Rohren (11) für ein erstes Wärmetransportmedium, welche entlang eines beachtlichen Teiles ihrer Länge in Gußmetall eingeschlossen sind, das einen rechteckigen Querschnitt besitzt, wobei der Körper (12) zur Erhöhung der Kontaktfläche für ein zweites Wärmetransportmedium mit Elementen (17) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Rohre (11) nebeneinander angeordnet sind, und daß alle vier Seitenflächen des Körpers (12) durch Längs- und Querrillen (18, 19a, 19b) derartig unterteilt sind, daß die Elemente (17) als Pyramidenstümpfe ausgebildet sind, die in Querreihen angeordnet sind, wobei die Elemente (17) in jeder Reihe seitwärts um eine Teilung gegen die Elemente der benachbarten Reihen versetzt sind.

2. Wärmetauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar die Dicke des Materials in dem den Rohren (11) gegenüberliegenden Abschnitt des Körpers (12) ungefähr gleich ist dem Durchmesser des Rohres (11), und daß die Höhe der Elemente (17) ungefähr gleich ist einer Hälfte des Rohrdurchmessers.

3. Wärmetaüschelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der die Flächen des Körpers (12) unterteilenden Rillen (18, 19a, 19b) ungefähr gleich ist der Basisabmessung der Elemente (17).

4. Wärmetauschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (11) außenseitig durch zwei schraubenförmige Rillen (15) gerillt sind, die in entgegengesetzte Schraubrichtungen verlaufen.

5. Wärmetauschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß drei Rohre (11) vorgesehen sind.