DE7928310U1

DE7928310U1 - Vorrichtung zur formung eines sekundaeren flaechenelementes fuer waermeaustauscher

Info

Publication number: DE7928310U1
Application number: DE19797928310
Authority: DE
Original assignee: COVRAD Ltd CANLEY COVENTRY WEST MIDLANDS (VER KOENIGREICH)
Current assignee: COVRAD Ltd CANLEY COVENTRY WEST MIDLANDS (VER KOENIGREICH)
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-01-31
Also published as: EP0005959B2; EP0005959B1; DE2962272D1; EP0005959A1

Description

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Formung eines sekundären Flächenelementes für Wärmeaustauscher mit einem Plattenstück.

Es ist bereits bekannt, Plattenstücke mit Kühlschlitzen in Wärmeaustauschern zu verwenden, und das Plattenmaterial kann verschiedenartige Formen annehmen, beispielsweise bei der Verwendung in einem Wärmeaustauscherrohr mit Kühlrippen, bei dem die Rohre durch Öffnungen in einer Vielzahl von sekundären Flächenrippen durchführen. Auch gewellte Plattenstücke werden verwendet, die zwischen Rohren angeordnet sind, und Öffnungen sind in den Flanken der Wellenerhebungen ausgebildet. Bei derartigen Anordnungen sind die Öffnungen oder Kühlschlitze abgeschrägt oder relativ zu der Ebene des zugehörigen Plattenstücks verdreht, und es sind Spalte in dem Material ausgebildet, durch die das Wärmeaustauschmedium durchlaufen kann.

Die Anmelderin hat in ihrer britischen Patentanmeldung 6608/77 gewelltes Plattenmaterial vorgeschlagen, in dem eine Vielzahl von Streifen nebeneinander ausgebildet ist, die voneinander in ihrer Längsrichtung so versetzt sind, daß die Flächen der Streifen in Ebenen liegen, die im wesentlichen senkrecht auf der Längsrichtung stehen, und die Ränder der Streifen dem Wärmeaustauschmedium, das über das Y jterial läuft, ausgesetzt sind.

Die verschiedenen bekannten Formen für sekundäre Flächenelemente in Wärmeaustauschern haben jedoch schlechte Wärmeaustauscheigenschaften, oder sie sind nur unter großem Aufwand herzustellen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine

Vorrichtung zur Formung eines sekundären Flächenelementes zu schaffen, das zur Verbesserung seiner Wärmeaustauschcharakteristiken ein Plattenstück mit aufeinanderfolgenden, gegenseitig geneigten, einstückigen Abschnitten besitzt, die jeweils in Flußrichtung des Wärmeaustauschmediums über die Elemente geneigt sind, und Öffnungen an den gegenseitig geneigten Abschnitten aufweist, die jeweils in einer Ebene schrä : zur Ebene des zugehörigen Elementabschnittes liegen. Die Öffnungen oder Kühlschlitze sollten mit weniger als einem rechten Winkel zur allgemeinen Flußrichtung geneigt sein.

Die Vorrichtung soll auch dazu geeignet sein, das Flächenmaterial in aufeinanderfolgenden, V-förmigen Abschnitten auszubilden, wobei die Kühlrippen in den Flanken des V liegen und ihre Ebene schräg zu den Flanken des V verläuft.

Weiterhin muß die Vorrichtung auch dazu geeignet sein, ein sekundäres Flächenelement mit gewellten Material auszuformen, das aus einer Vielzahl von gewellten oder geriffelten Streifen gebildet ist, wobei jeder Streifen gleich geformt ist, und die entsprechenden Abschnitte der Flanken der einzelnen Wellen in benachbarten Streifen voneinander in longitudinaler Richtung der Streifen versetzt sind, wodurch die vordere Kante jeder Flanke in einer Richtung von der hinteren Kante der entsprechenden Flanke eines direkt benachbarten Streifens versetzt ist. Die Streifen sind miteinander verbunden, um einen einstückigen Aufbau zu bilden, und die Flanken der Wellen sind jeweils in entgegengesetzter Richtung zu der Verschiebung in einem spitzen Winkel zur Längsrichtung der Streifen geneigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Formung des sekundären Flächenelementes gelöst, die mit einem Paar Rollen und einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben zumindest einer der Rollen ausgerüstet ist, so daß die Rollen in entgegengesetzten Richtungen rotieren, wobei jede Rolle aus einem Satz von Lamellen gebildet
ist, die Seite an Seite entlang der Achse der zugehörigen Rolle angeordnet sind, und von denen jede ein gewelltes Profil mit umfangsmäßig beabstandeten Zähnen hat,

j und wobei die entsprechenden Zahnräder benachbarter Lamellen zueinander winklig um die Achse der zugehörigen

\ Rolle versetzt sind und die Zähne des einen Satzes von

Lamellen mit den Zähnen des anderen Lamellensatzes kämmen und ferner die Zähne der Lamellen auf einer spiralförmigen Bahn (Helixbahn) um die zugehörige Rolle liegen, und die Elemente durch ein Einführen der Materialplatte zwischen die Rollen geformt sind.

Neitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich.

Fig. 1 zeigt schematisch in Querschnitt eine Anordnung eines sekundären Flächenelenentes,

Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Wärmeaustauscher nit einem sekundären Flächenelement ähnlich dem aus Fig. 1, entlang der Linie 2-2 in Fig. 3,

··· · · I I t_V

• · »It * · I

• · · t I ·

Fig. 3 let ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. Z^ Fig. 4 ist die Seitenansicht eines Teils einer weiteren Fora des sekundären Flächonelementes,

Fig. 4a ist eine vergrößerte Teilaneicht von Fit;, ^i Fig. 5 ist eineSchnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 5A ist eine Schnittansicht der Linie 5A-5A in Fig. 4a, Fig. 6 ist «ine Schnittansicht, die der von Fig. 5 entspricht, und zwar eines Teils eines vollständigen sekundären Flächenelemente!!, Fig. "* ist eine perspektivische Ansicht des Elementes nach

Fig. 6 in Kombination mit Wärmeaustauscherrohren, Fig. 8 ist «ine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung »in·· sekundären Flächenelementes nach den Figuren k bis 7, und

Fig. 9 ist ein* vergrößerte Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 8

In Fig. 1 ist ein sekundäres Flächenelement für Wärmeaustauscher gezeigt, das in Wärmeaustauschern mit Rippen und Rohren verwendet warden «oll, wobei nur die Rippe in Fig. 1 dargestellt ist.

Di· Rippe naeh Flg. 1 besitzt «inen vorderen Randabechnitt 4i und einen hinteren Randabschnitt k2_t die in einer gemeinsamen Eben· liegen. Ein Mittelabschnitt 43 liegt parallel su den ▼orderen und hinteren Randabschnitten k¹} und k2, jedoch in einer Ebene, die von der Ebene dieser Abschnitte versetzt ist. Gegenseitig zueinander geneigte, einatückige Abschnitte 44 und 4»5 führen zusammen und sind symmetrisch bezüglich der Abschnitte ¹M, 42 und kj angeordnet, so daß sie eine im wesentlichen QBgakehrte V-Form besitzen, wobei der Apex des V bei 43 abgeflacht ist. Es dürfte einleuchten, daß eine Aufeinanderfolge abgeschrägter Abschnitte ähnlich denen in kk und 45 vorgesehen sein kann, die sich in eine Richtung, die durch den Pfeil A angegeben ist, erstrecken. Diese Richtung ist auch die Flußrichtung des Wärmeaustauschmediums, beispiels-

veise Luft, zu der Rippe bei seiner Verwendung in einem Wärmeaustauscher.

Der abeschrägte Abschnitt Hh ist mit einem Satz von Öffnungen oder Schlitzen k6 ausgebildet, die sich zwischen den ebenen seitlichen Rändern der Rippe erstrecken, wobei jeder der Öffnungen 46 einen spitzen Winkel zu dem Schrägabschnitt 44 bildet und ihn schneidet. In diesem Fall liegen die Öffnungen 46 auch winklig zur Ebene, in der der Abschnitt 4i liegt. Der schräge Abschnitt 45 ist auch mit einem Satz Öffnungen 4? ausgebildet, die in der entgegengesetzten Richtung zu den Öffnungen 46 geneigt sind. Die Öffnungen 47 liegen schräg zum Abschnitt 45 und schneiden ihn, und in diesem Fall sind die Öffnungen 47 auch zu der Ebene des Abschnitts 42 geneigt.

In einer speziellen Ausführungsform kann der Winkel der Öffnungen 46 und 47 relativ zu den jeweils geneigten Abschnitten 44 und 45 so sein, daß die Öffnungen parallel zu den Ebenen der Abschnitte 4i und 42 liegen.

Vie aus den Figuren 2 und 3 zu sehen, kann ein sekundäres Flächenelement oder «ine Rippe der in Fig. 1 dargestellten Art in einem Wärmeaustauscher mit Rippen und Rohren in der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Art aufgenommen werden. Γβ ist in diesen Figuren nur eine einzige Rippe dargestellt, doch dürfte es einleuchten, daß eine große Anzahl beabstandeter und paralleler Rippen im allgemeinen verwendet wird.

Der Wärmeaustauscher nach den Figuren 2 und 3 besitzt vier Rohrreihen 50, wobei die Rohre in der zweiten und vierten Reihe versetzt bezüglich der der ersten und dritten Reihe sind. Die Rohre 50 führen durch Öffnungen in den Rippen, die in engem Xontakt mit dem Rohr sind und beispielsweise durch Löten daran befestigt sind, um eine gute Wärmeübertragung zwischen Rohren und den Sekundärflächenrippen sicherzustellen.

Jede Rippe besitzt einen vorderen Abschnitt 511 einen hinteren Abschnitt 52 und einen Mittelabschnitt 53» der parallel, jedoch versetzt zu den vorderen und hinteren Abschnitten liegt. Zwischen den Abschnitten 51 und 53» beziehungsweise 53 und 52,sind, einstückig damit verbunden, gegenseitig geneigte Abschnitte 5^ beziehungsweise 55 vorgesehen. Sätze paralleler Schlitze 56 sind in dem Abschnitt $k zwischen den Rohren 50 der ersten Reihe ausgebildet, und eiz¹· Rohr 50 verläuft durch den Abschnitt $k hinter den Öffnungen* oder Schlitzen 56 bezüglich der Flußrichtung A.

Ähnliche Schlitze 56a sind in dem Abschnitt 5*t zwischen den I

Rohren der zweiten Reihe ausgebildet, wie aus Figur 3 zu ^:

sehen, aus der auch die Längsabraessungen der Schlitze und das Ausmaß des Bereichs im Abschnitt 5^ ohne Schlitze zu ersehen ist. Die Schlitze oder Öffnungen 56 und 56A sind gleichermaßen

wie die Schlitze k6 in Figur 1 angeordnet. \

Sätze von parallelen Öffnungen 57 sind auch in den schrägen Abschnitten 55 seitlich von den Rohren 50 der dritten Reihe und zwischen diesen angeordnet, und weitere Sätze von Öffnungen 57A sind in dem Abschnitt 55 zwischen den Rohren der vierten Reihe ausgebildet. Die Öffnungen 57 und 57A sind in entgegengesetzter Richtung zu den Öffnungen 56 und 56A abgeschrägt. Die Öffnungen 57 und 57A lind in gleicher Weise v.'... die Öffnungen **7 in Figur 1 angeordnet.

Luftfluß zu der Rippe nach den Figuren 2 und 3 findet in der Richtung A statt, und beim Strömen über die Hippe läuft die Luft von dor einen Seite zu der anderen Rippenseite durch die Öffnungen 56 und 56A und dann zurück durch die Öffnungen 57 und 57A.

Daraus ist zu ersehen, daß, wenn die Rippe nach den Figuren 2 und 3 im wesentlichen umgekehrte V-Form mit einem abgeflachten

ti · · *

Apex bei 53 aufweist, die Öffnungen in den gegenseitig geneigten Flanken 5^ und 55 des V geformt sind. Eine Aufeinan-

f derfolge V-förmiger Abschnitte kann entlang des Lxsftflusses ausgebildet werden. Die Anordnung nach den Figuren 2 und 3 ist die wesentliche Form eines Wärmeaustauschers mit Rippe und Rohr, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen einem Fluid,

j das durch die Rohre läuft, und einem Fluid, das über die Rippen streicht, gebildet wird.

Obwohl in den Anordnungen nach Figur 1 und den Figuren 2 und 3 jeweils Zwischenabschnxtte 43 beziehungsweise 53 vorgesehen sind, können die geneigten Abschnitte direkt an dem Fußpunkt des V verbunden werden. Gleichermaßen können die vorderen und/oder hinteren Enden der geneigten Abschnitte die vorderen und hinteren Enden dadurch bilden, daß sie direkt an die Abschnitte '»1 und 42 und/oder 51 und 52 angebracht sind.

; Di· durchbrochene Si-ape nach der Figur 1 oder den Figuren

: 2 und 3 kann aus einem Blatt einer Metallfolie hergestellt

j werden, in der schlitze oder Öffnungen in bekannter Weise ausgebildet werden, wobei das durchbrochene Blatt dann durch j Biegen zu der gewünschten Formgebung, wie beschrieben, geformt wird. Die Rippe liefert einen verbesserten Luftfluß, da die Öffnungen verhältnismäßig große Spalte bilden, ohne daß die Anzahl der vorhandenen Schlitze verringert wird«

Es wird jetzt Bezug genommen auf die Figuren 4 bis 9, und zuerst auf die Figuren 4, 4a, 5 und 5A, in denen ein sekundäres Flächenelement gezeigt ist, das geeignet ist, zwischen Wärmeaustauschrohren in der in Figur 7 dargestellten Weise •ingefügt zu werden. Das Element nach den Figuren 4, 4a, 5 und 5A ist gewellt und aus einem Metallblatt oder einer Metallfolie hergestellt, wobei die Wellen in diesem Fall abgestumpfte Dreieckeform mit jeweils flachen Rückensitzen aufweisen. Es dürfte jedoch einleuchten, daß Erhebungen anderer Formgebungen ausgebildet werden können, beispiels-

weise im wesentlichen sinusartige Formgebung oder verhältnismäßig breitere oder engere flache Erhebungen, vorausgesetzt, daß die derart sind, daß das Material eine einheitliche Struktur beibehält.

In den Figuren h, hA, 5 und 5A sind nur drei Streifen 11, 12 und 13 dargestellt, die das Element bilden, jedoch ist festzuhalten, daß ein einstückiges Teil üblicherweise eine größere Anzahl von Streifen aufweist.

Jeder der Streifen 11, IL und 13 ist von dem benachbarten Streifen um einen Betrag el verschoben, und das Ausmaß der Verschiebung d kann entsprechend den Abstand P der Erhsbungsn ausgewählt werden. Die Höhe der Sekundärfläche ist mit h bezeichnet.

Die Flanken 15 der Erhebungen sind in einem spitzen Winkel ac zur Längsrichtung dar Streifen geneigt. Der Winkel ^. liegt vorzugsweise in dem Bereich 60° bis 80°. Die Richtung der Verschiebung der Streifen ist entgegengesetzt zur Richtung der Neigung der Flanke 15· Ee ist festzuhalten, daß jeder Streifen 11, 12 und 13 einen vorderen und einen hinteren Rand beispielweise 11a.» 12ti und 11 b_ und 12b aufweist, der zu einer Flußrichtung A des Fluids über das Material liegt, wobei die Richtung A senkrecht zur Längsrichtung der Streifen liegt.. Benachbarte Streifen sind an Ίβη Erhebungen 17 bei 17£ ver bunden, um einen einheitlichen Aufbau zu buJen.

Die Verschiebung benachbarter Streifen zueinander kann beliebig sein in einem Bereich von einer kleinen Verschiebung d durch die die Erhebungen miteinander in Reihen ausgerichtet sind, die senkrecht zur Längsrichtung der Streifen liegen, bis zu einer größeren Verschiebung d_ in der Größenordnung von einem Drittel des Abstandes P der Erhebungen_u

Bei der Verwendung in Wärmeaustauschern ist es grundsätzlich vorteilhaft, eine große Verschiebung oder einen großen Spalt zwischen den vorderen Rändern 1 lia der Flanken 15 der Streifen und der entsprechenden hinteren Ränder 11b der Flanken der vorhergehenden Streifen aufrechtzuerhalten. Zugleich sollten die Breiten W der Streifen eng gehalten werden, jedoch kann das Erreichen dieser Eigenschaften ein Kompromiß mit den Be- d ■{ η «ntn VAn rtAo Hariefai ¹I »»»■» <ra τ-»τ·Λ VA O a A e a tx 4 η — —-·Ο"-·"Ο~" —■"»·* .·—» — -— — — —-.Qw₁-.. — — — — —— — — — ....

In Figur 6 ist ein vollständiges sekundäres Flächenelement gezeigt, bei dem die Richtung der Verschiebung d_ benachbarter Streifen in der Mitte des Elementes umgekehrt ist. An der gleichen Stelle der Streifen, an denen die Umkehr der Verschiebung stattfindet, wird die Richtung der Neigung der Flanken der Erhebungen ebenfalls umgedreht. Dear Mittelstreifen 30 kann parallel zur Hauptflußrichtung A liegen, wie es dargestellt ist, oder er kann ein V-förmiges Profil haben, wobei die Schenkel des V*s parallel zu den Streifensätzen jeder Seite des Streifens 30 liegen. Vie aus Figur 6 zu sehen ist, hat das Element einen symmetrischen Aufbau um den Streifen 30, und dies ermöglicht es zusammen mit der Neigung der Flanken, daß das Material, vie im folgenden beschrieben wird, leicht zu formen ist.

Es dürfte einleuchten, daß, venn das Material Erhebungen der dargestellten und beschriebenen Art hat, die freies Ränder 11a, und 11b der Streifen sich bis zur vollen Höhe h des Materials •retrecken können. Bei dem geschlitzten Material erstrecken eich die Schlitze nicht bis zur vollen Höhe, sondern sind nur entlang des Abschnitts der Flanken der Erhebungen ausgebildet.

Vie insbesondere aus Figur 7 zu ersehen, wird das Material aus Figur 6 mit Rohren 31 zusammengebaut, so daß ein Element auf jeder Seite durch eine Reihe von Rohren 31 festgelegt ist. Ein VörmeauBtauechfluid strömt durch das Rohr 31» und eine Strömung eines weiteren Fluids, üblicherweise Luft, läuft

über das Element in der Hauptrichtung der Pfeile A, um einen Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden in Gang zu setzen. Alternativ kann das Sekundärflächenelement zwischen Platten in Schichten in Sandwichbauweise untergebracht worden, um einen Kreuzfluß- oder Gegenflußwärmeaustauscher zu beschaffen.

Die Vorrichtung zur Ausbildung des gewellten Materials nach den Figuren h bis 7 ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Sie umfaßt ein Paar Rollen 20 und 21, die auf Parallelwellen 22 und 23 befestigt sind, um in entgegengesetzte Richtungen zu rotieren, wobei jede Rolle oder Walze aus Lamellen 2k hergestellt ist, die Seite an Seite in Berührung miteinander angebracht sind, wobei jede Lamelle ein Außenprofil hat, das mit umfangemäßig beabstandeten Zähnen 25 ausgebildet ist. Benachbarte Lamellen jeder Rolle oder Walze sind"voneinander um dit> Achse der zugehörigen Walze um einen vorgegebenen Betrag ■winklig versetzt, wie im folgenden erklärt wird, und die Zähne kämmen bei Rotation mit einem geeigneten Zwischenraum dazwischen miteinander, um die Metallplatte oder Folie, die. gewellt werden soll, aufzunehmen. Die Zähne 25 sind schraubenlinienförmig angeordnet, das heißt, jeder Zahn auf jeder Lamelle liegt entlang einer Schrauben- oder Helixbahn, die sich um die zugehörige Rolle erstreckt. Dies führt zu einem Flankenanstieg der Zähne, der sich in einem spitzen Winkel zu Linien parallel zur Achse der zugehörigen Rolle erstreckt, wobei der Winkel für alle Zähne der gleiche ist, so daß die Zähne miteinander kämmen. Darüber hinaus sind die Helixbahnen, auf denen die Zähne jeder Lamelle liegen, voneinander umfangsmäßig beabstandet■

Eine Möglichkeit, sich den Aufbau der Rollen vorzustellen, ist, ein Paar passende Schraubenzahnräder zu betrachten. Jedes Zahnrad ist dann in eine Vielzahl von Lamellen entlang der Linien rechtwinklig zu den Radachsen zu teilen, und dann

jede Lamelle um einen kleinen Winkel relativ zu ihrer benachbarten Lamelle zu verstellen und zwar entgegen der Flankenneigung der Zähne und derart, daß die Zahnräder miteinander kämmen können. Daraus ergeben sich ein Paar Rollen, die der Erfindung entsprechen, und in der Tat kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen auch auf diese Weise konstruiert werden. Alternativ können deshalb bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch SchraubenZahnräder benutzt werden, die im wesentlichen durch das lamellenartige Aneinanderreihen von Scheiben und die Winkelverstellung der Scheiben relativ zueinander entstanden sind.

Wird das gewünschte wärmeleitende Material,. z.B. ein Metallblech oder eine Metallfolie, zwischen die Rollen eingeführt, dann entstehen die sekundären Flächenelemente wie sie in den Fig. 4-7 dargestellt sind. In diesem Fall sind die Zähne 25 der Rollen so geformt, daß die dargestellten abgestumpften dreieckigen Erhebungen entstehen.

Claims

Vorrichtung zur Formung eines sekundären Flächenelementes für Wärmeaustauscher Anspruch: Vorrichtung zur Formung eines sekundären Flächenelvmentes für Wärmeaustauscher mit einem Plattenstück aus

1. aufeinanderfolgenden, gegenseitig geneigten, einstückigen Abschnitten, die jeweils schräg liegen zur Flußrichtung des Wärmeaustauschmediums über die Elemente und

2. Öffnungen an den gegenseitig geneigten Abschnitten, die jeweils in einer Ebene schräg zur Ebene des zugehörigen Elementabschnittes liegen,

gekennzeichnet durch ein Paar Rollen und einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben zumindestens eine der Rollen, so daß die Rollen in entgegengesetzten Richtungen rotieren, wobei jede Rolle aus einem Satz von Lamellen gebil-

det ist, die Seite an Seite entlang der Achse der zugehörigen Rolle angeordnet sind und von denen jede ein gewelltes Profil mit umfangsmäßig beabstandeten Zähnen hat, die entsprechenden Zahnräder benachbarter Lamellen zueinander winklig um die Achse der zugehörigen Rolle versetzt sind, die Zähne des einen Satzes von Lamellen mit den Zähnen des anderen Lamellensatzes kämmen, die Zähne der Lamellen auf einer Helixbahn um die zugehörige Rolle liegen, und die Elemente durch ein Einführen der Materialplatte zwischen die Rollen geformt werden.