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Wärmeaustauscher Bei der Ausbildung von Wärineaustatischern, die zur
mittelbaren Wärmeübertragung zwischen zwei Mittel von verschiedener Temperatur dienen,
wobei es entweder auf eine, Erwärinung oder eine Ab-
kühlung des einen Mittels
ankommt, sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten. Zunächst müssen die beiden
Wärrneträger so zueinander geführt werden und die zwischen ihnen liegenden Teile
des Austauschers so gestaltet sein, daß ein möglichst guter Wirkungsgrad bei Wärmeübergang
erreicht wird. Der Ströniungswiderstand soll zwar gering sein, die dafür beste Lösung
einer durchweg geraden Führung der Wärmeträger ist jedoch nicht immer durchführbar,
insbesondere dann nicht, wenn eine gedrängte Bauart des Austauschers verlangt wird.
Die in solchen Fällen mit Rücksicht auf eine ausreichende Länge der Strömungswege
innerhalb des Austauschers unvernieidbaren Umlenkungen, die es iil den verschiedensten
Formen gibt, 7. B. als ebene Spirale, Schraube, Wellenlinie usw., erhöhen
bei geeigneter Ausbildung den Strörnungswiderstand nicht übermäßig und haben zugleich
den Vorteil eines größeren Wärmeüberganges an die den StrÖ-mungsweg im Bereich der
Umlenkungen begrenzenden Wände.
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Außerdem ist für eine genügende Sicherheit gegen eine unmittelbare
gegenseitige Berührung und Vermischung der beiden Wärmeträger zu sorgen, vor allem
dann, wenn diese nicht lediglich nach dem Thermosiphonprinzip, sondern unter Druckdurch
den Austauscher geführt werden. Und schließlich sollen Herstellung, Zusammenbau
sowie ge-
gebenenfalls gelegentliche Reinigung des Austauschers einfach und
schnell durchführbar sein.
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B ezüglich der Führung der Wärmeträger koi-timt im allgemeinen das
Gegenstrom- oder das Kreuzstroniprinzip
in Betracht, die beide
bekannt sind. #,'\ticli die sonstigen Voraussetzungen für einen günstigen Wirkungsgrad
hat man bereits berücksichtigt, indem die Größe und die gegenseitige Lage der von
den beiden Mitteln berührten Flächen des Austauschers nach Maßgabe der beiderseitigen
Wärmeübergangszahlen in wenigstens annähernd umgekehrtem Verhältnis derselben ausgeführt
werden.
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Wenn die beiden vers7chiedenen Wärmeträger nur durch dünne Rohrwände
oder andere entsprechende Einbauten, wie z. B. wellenförmig oder sonstwie gebogene
Bleche, voneinander getrennt sind, ist zwar der Wärmeweg von dem einen zum anderen
Mittel sehr kurz; gleichzeitig ist aber die Betriebssicherheit nicht immer gewährleistet.
Man hat daher auch schon Austauscher entwickelt, in denen durch ge-
eignete
Formgebung eines etwa als Gußstück ausgeführten Körpers Kanäle für Aie beiden Wärmet
*iger gebildet werden. In diesem Zusammenhang gibt es eine Ausführung, bei der ein
Hohlkörper von senkrechten Ausnehmungen so durchsetzt ist, (laß zwischen
je zwei benachbarten Ausnehmungen Rippen mit dreieckförmigem Querschnitt
gebildet werden, die zur Leitung des Wärmestromes dienen. Durch die Ausnehmungen
dieses Körpers wird der Wärmeträger mit der kleineren übergangszahl geleitet, während
der Körper an seinen kleineren Außenflächen von dem anderen Wärmeträger mit der
größeren Cbergangszahl umströmt wird. Es ist auch daran gedacht worden, den betreffenden
Körper zwecks leichterer Herstellbarkeit zu unterteilen, und zwar gegebenenfalls
derart, daß er aus zwei gegenüberliegenden Teilen besteht, die mit ihren dreieck-förmigen,
um je eine halbe Teilung gegenseitig versetzten Rippen kammartig ineinandergreifen,
wobei die Kanäle zwischen den Rippen liegen und durch diese voneinander getrennt
sind.
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Die vorliegende Erfindung geht von der zuletzt -enannten Bauart eines
Wärmeaustauschers aus; im C#egensatz dazu sollen jedoch erfindungsgernäß zwei init
etwa dreieck- oder trapezförniigen Rippen versehene Körper in der Weise ineinandergreifen,
daß von den beiderseitigen Rippen ein in der Längsrichtung des Austauschers durchgehender
Ströinungskanal für den einen Wärmeträger gebildet wird. In weiterer Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens sind in jedem Teilkörper in abwechselnder Reihenfolge kürzere
und längere Rippen sowie auf der Außenseite eine ebenfalls wellenförinige Ausnehmung
vorgesehen; diese beiden an einem Hnde des Austauschers durch einen Verbindungskanal
hintereinandergeschalteten Ausnehrnungen sind gegenseitig versetzt und verlaufen
jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Spitze der kürzeren Rippen des gegenüberliegenden
Teilkörpers. Sie sind vorzugsweise als offene Rinnen ausgebildet und nach außen
durch je einen mit dem betreffenden Teilkörper verbundenen und gegA denselben
abdichtenden Deckel verschlossen, wodurch ein in beiden 1 ängsrichtungen
des Austauschers hin und her verlaufender Strömungskanal für den anderen Wärmeträger
entsteht. Zweckmäßig wird in an sich be-1#amiter Weise der Wärtileträger mit der
kleineren C1bergangszahl durch den zwischen den Rippen der beiden Teilkörper liegenden
Kanal mit den größeren Wandflächen und der Wärmeträger mit der größeren Übergangszahl
durch den an den Außenseiten der beiden Teilkörper liegenden Kanal mit den kleineren
Wandflächen geleitet.
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Der Gegenstand der Erfindting ist in der Zeichnung an einem Atisführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt Abb. i einen senkrechten Längsschnitt, Abb. 2 eine Stirnansicht
init einem Teilquerschnitt und Abb- 3 eine Draufsicht des Austauschers, teils
init dem, teils ohne den oberen Deckel und teils auch ohne den oberen Rippenkörper.
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Der Wärmeaustauscher besteht atis einem oberen und einem unteren Ripperikörper
1, 2, die als Gußstücke ausgeführt, ain Umfang in einer waagerechten Trennebene
3 abdichtend gegeneinanderliegen. lin Inneren des Körpers befinden sich in
der Querrichtung verlaufende Rippen von etwa dreieckförmigem Querschnitt und unterschiedlicher
Länge, und zwar wechseln in der Längsrichtung je eine kürzere Rippe 4 bzw.
5 und eine längere Rippe 6
bzW. 7 miteinander ab. Die Ril)Pen
4, 6 bzw. 5, 7
jedes Körpers sind so gegeneinander versetzt, daß sie
kammartig in die Zwischenräume der Rippen des gegenüberliegenden Körpers eingreifen.
Benachbarte Rippen haben überall einen gleichen, verhältnismäßig geringen Abstand
voneinander, der auch zwischen den oberen bzw. unteren Spitzen der Rippen und dein
Grund der gegenüberliegenden Rippenzwischenräurne vorhanden ist. ',",oiiiit wird
von den beiden kippenkörpern ein der Rippenforin folgender Kanal 8 gebildet,
der sich iiiit einer der Rippenbreite entsprechenden gleichmäßigen Breite und einer
dem Rippenabstand entsprechenden gleichmäßigen Höhe in der Längsrichtung der beiden
Rippenkörper zwischen zwei an deren Enden vor-"esehenen Kammern 9, 1 o erstreckt.
jede dieser Kammern steht im Bereich des einen bzw. anderen Rippenkörpers mit einer
nach außen führenden und zum Anschluß einer Zu- bz,%x-. Abführungsleitung mit Gewinde
versehenen Bohrung i i bzw. 12 in Verbindung. Das Einhalten der richtigen gegenseitigen
Lage der beiden Rippenkörper ist durch kleine Kerbstifte 13 gesichert.
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Ari der Oberseite des einen und der Unterseite des anderen Rippenkörpers
befindet sich eine nach Art einer Wellenlinie mit halbkreisförinigen Unilenkungen
und geraden, zueinander parallelen Zwischenstrecken in der Otierrichtung der Rippenkörper
verlaufende Atistichinung 14 bzw. 15. Diese i\tislieliii-lungen bilden eine
nach oben bz\v. unten offene Rille von einer ]ihrem lialbkreisförmigen (;i-iiii(I(Itlei-sciiiiitt
entsprechenden Breite; sie sind in der Rippenkörper so gegenein.-ander versetzt,
daß ihre geraden Strecken oberhalb bzw. unterhalb der Spitzen der kürzeren Rippen,4,
.5
des jeweils anderen Rippenkörpers liegen. Die Tiefe und Breite der Atisnehmungen
sind nach Maßgabe der Rippenlänge und Rippenteilting so gewählt, daß
ihr
,\])stand einerseits von den ihnen in senkrechter Richtung gegenüberliegenden, andererseits
von den zwischen jeweils zwei benachbarten Querstrecken (für Ausnehinungen
liegenden Umlenkungen des Kanals 8 gleich ist.
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Die beiden rinnenartigen Ausnehmungen 14, 15
sind an einer Stirnseite
des Austauschers durch eine nicht dargestellte Leitung mit übereinanderliegenden
./\iiscliltißstellen 16, 17 miteinander verbunden. Nach außen sind die durch
je einen, etwa ebenso wie die Rippenkörper als Gußstücke ausgeführten und
mit diesen Körpern durch längs des Umfanges verteilte Verschraubungen 18 abdichtend
verbundenen PCCkel 19 bZW. 20 verschlossen. Somit bilden auch die
,#tistiehmungen einen geschlossenen l#anal, der sich infolge der flintereinanderschaltung
der beiden Ausnehtnungen an einem Ende des Aus-(in Abb. 1 Und 3 links)
in zusammenh#n-Zuge zwischen jeweils einem Rippenkörper und dein dazugehörenden
Deckel zuerst in der einen und dann in der entgegengesetzten Längsrichtung
des Austatischers erstreckt. Die auf der gleichen Seite übereinanderliegenden
Enden dieses Kanals stehen mit nach außen führenden und zum Anschluß einer Zu- bzw.
Abführungsleitting mit Gewinde ver-SC1ICnüll P)()111-till9C11 21 bZW.
22 in Verbindung, die gleichachsig zu den .\nschlußstellen 16,
17 sind und sich in der Dratifsicht nach Abb. 3 gegenseitig
decken.
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7wei an den Viiden des inneren Kanals 8 iin Beicich der l#ainnierii
9, io bzw. der an diese sich anschließenden l01111111gen 11, 12 angeordnete
Ge-
windebohrungen 23, 24 ini oberen Rippenkörper i und dazu
gleichachsige 13olirtitillell 2,5 bZW. 26 im oberen 1)eckel ig dienen zum
Einführen je eines Thermometers, tiiii den Teniperaturunterschied des cinen
Nlittels, für dessen Erwärrnung oder Kühlung dür.\tistatischer bestimmt ist, zwischen
E, intritt und .\tistritt jederzeit feststellen züi können. F-in in der Mitte des
oberen Deckels in einem Verstärkungsstutzen vor-eschenes Gewinde 27 dient
zum Einschrauben eines Halte- ()der Tragorgans für den Transport des ganzen
,\tistatischers.
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Hin der vorbeschriebenen Art, dci- sich nicht nur, #"ie hei einem
der Erfindung ziigrunde liegenden praktischen Anwendungsfall, s Olkühler, sondern
"anz allgemein zur Erwärimm- oder Kühliiii- eines strömenden -Mittels durch ein
inderes sti( -'#iiiendes #I ittel eignet, erfüllt weiteste hend alle eingangs genannten
Forderungen, die an derartige #'orrichtungen gestellt werden. Wie bereits und an
";ich bekannt, ist es zweckmäßig, durch den inneren ["anal 8 wegen seiner
"li#2)eren wärineaufnehnienden bzw. wärmeabgebenächen das Mittel mit der gerin--cren
und durch den von den abgedeckten rinnenartigen Atisnehmungen 14, 15 gebildeten
1,#anal wegen "einer gegenüber dein andereii Kanal 8 kleineren Wandfi:ichen,
von denen noch dazüi )in wesentlichen nur der von den Rippenkörpern ,#ü # bildete
Teil sich auf den Wärmeübergang zwischeu den beiden Nlittelii auswirkt, das
Mittel mit der größeren WärineÜbergangszahl züi leiten. Daß in dieser Hinsicht die
günstigsten Verhältnisse dann vorliegen, wenn die Begrenzungsflächen der beiden
Kanäle sich in ihrer Größe zueinander umgekehrt wie die Wärmeübergangszahlen der
betreffenden Mittel verhalten, ist ohne weiteres klar und auch in der Patentliteratur
bereits zum Ausdruck gebracht. Inwieweit man diesem Optimum nahekominen kann, hängt
von den jeweils vorliegenden Verhältnissen ab, insbesondere also den sonstigen Anforderungen
hinsichtlich der baulichen Gestaltung des Atistauschers.
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Will man also einen solchen Austauscher z. B. als Ölkühler verwenden
und als Kühlflüssigkeit Wasser verwenden, so ist das Öl wegen seiner gegenüber
Wasser geringeren Wärmeübergangszahl durch den inneren Kanal 8 zu leiten.
Entsprechendes g i lt für die Kühlung von Luft durch Wasser. Selbstverständlich
müssen Länge und Querschnitt der K anäle sowie die Strömungsgeschwindigkeiten
der .Mittel den Jeweils gegebenen Verhältnissen angepaßt werden.
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Die gerade mit einer den Merkmalen der Erfindung entsprechenden Bauart
eines Austauschers verbundenen besonderen Vorteile bestehen zunächst in den überall
gleichen Wegstrecken des Wärmestromes im Werkstoff des Rippenkörpers zwischen den
beiden Kanälen, worauf schon hingewiesen wurde. Dabei ist sehr günstig für den Wärmeaustausch,
daß der im Sinne einer Kühlung oder Erwärmung von dem äußeren Kanal 1,4, 15 zum
inneren Kanal 8 gehende Strom auf den letzteren je-#veils im Bereich seiner
Umlenkungen trifft, weil gerade dort das betreffende Mittel gegen die Wand strönit
und infolgedessen am leichtesten Wärme abgibt oder aufnimmt. Ein weiterer wesentlicher
Vorteil der neuen Bauart besteht darin, daß sowohl die beiden Rippenkörper 1, 2
als auch die beiden Deckel 10, 20 unter sich vollkominen gleich sind und somit bei
der Ausführung als Gußstücke nur ie ein Modell benötigen.
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Die Rippen können übrigens auch etwas anders als im beschriebenen
und dargestellten Ausführungsbeispiel, also etwa trapezförrnig, ausgebildet sein,
wie auch sonstige einzelne bauliche Änderungen im Rahmen der erfindungsgemäßen Merkinale
möglich sind. Desgleichen können mehrere derartige Austauscher, vor allem übereinander,
in Parallel- oder flintereinanderschaltung zu einem Austauscheraggregat angeordnet
sein, dessen Teile gegebenenfalls durch Ankerbolzen oder sonstwie zu einem zusammenhängenden
Körper verbunden sind.