DE809918C - Waermeaustauscher - Google Patents

Waermeaustauscher

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DE809918C
DE809918C DEP20453A DEP0020453A DE809918C DE 809918 C DE809918 C DE 809918C DE P20453 A DEP20453 A DE P20453A DE P0020453 A DEP0020453 A DE P0020453A DE 809918 C DE809918 C DE 809918C
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DE
Germany
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heat exchanger
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plate
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zigzag
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DEP20453A
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English (en)
Inventor
Alexandre Horowitz
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0025Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by zig-zag bend plates

Description

Es ist ein Wärmeaustauscher bekannt, der durch Zickzackfalten eines Metallstreifens entstandene Kanäle enthält. Durch eines der so gebildeten Kanalsysteme strömt in der Regel ein Mittel, durch das andere ein anderes Mittel, und zwischen diesen Mitteln soll ein Wärmeaustausch erfolgen. Obgleich diese Austauscher von besonders einfacher Bauart sind, weisen sie im allgemeinen den Nachteil auf, daß nur unter Zuhilfenahme verhältnismäßig verwickelter Hilfsmittel jedes der beiden Systeme an die Räume angeschlossen werden kann, aus denen oder in welche die betreffenden Mittel strömen.
Beim Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung wird das Abdichten der Enden und eventuell auch der Anschluß an andere Konstruktionsteile vereinfacht durch derartiges Einfalten der Randzone der Wand gemäß symmetrisch in bezug auf die Zickzackfalten des Wärmeaustauschers gelegten Falten, daß sich am Rande der Platte eine Zickzacklinie bil^ det mit mehr als doppelt so vielen Teilen, als es Abteilungen der Zickzackwand des Wärmeaustauschers gibt.
Unter Einfalten ist hier eine Bearbeitung des Randes der Zickzackwand zu verstehen, wobei eine primäre Faltlinie dieser Wand in der Randzone sowohl ihre Richtung wie ihren Faltsinn ändert, also von konkav in konvex übergeht oder umgekehrt.
Durch die Erfindung wird ein doppelter Vorteil erreicht: Erstens wird schon durch das Einfalten die Breite der abzudichtenden Zone erheblich verringert, und zweitens bekommt man in dieser Zone so viele kurze Blechränder zusammen, daß dadurch die Abdichtung, z. B. durch Löten oder Schweißen oder Umgießen mit einem Material wie Kunstharz, sehr erleichtert wird.
Bei der Ausführung wird man meistens die Wand,
am Ende jeder Faltlinie des primären Zickzackgebildes einf alten, und zwar für benachbarte primäre Faltlinien in entgegengesetztem Sinne.
Man kann erfindungsgemäß ausgehen von einer S durch eine gebrochene Linie begrenzte Platte und es dann so einrichten, daß die Faltlinien die Winkel dieser Linie jeweils in zwei gleiche Teile teilen. Dadurch kommen nach dem Falten alle Grenzlinien in einer gemeinsamen Ebene zu liegen.
ίο Weitere Ausführungen sowie die damit erreichbaren Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele.
Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 sind eine schaubildliche Wiedergabe bzw. eine Draufsicht einer bekannten Art eines Wärmeaustauschers, bei dem das Wärmeaustauschelement durch Zickzackfalten eines Metallstreifens 1 entstanden ist. Aus den Figuren ist zu erkennen,
ao daß auf diese Weise zwei Kanalsätze entstehen,"von denen der eine Satz mit 2, der andere mit 3 bezeichnet ist. Dieser Austauscher ist in bezug auf seine Bauart sehr einfach; ihm haftet jedoch der Nachteil an, daß es mit einfachen Hilfsmitteln nicht gut möglich ist, die Kanalsätze 2 und 3 an die Räume anschließen zu lassen, mit denen diese Sätze in Verbindung stehen, da die beiden Sätze gegeneinander gas- oder flüssigkeitsdicht verschlossen sein müssen; dies ist dadurch zu erreichen, daß oben an der Stirnfläche des Elements die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Platte 4 befestigt wird. Diese Befestigung bereitet in der Praxis große Schwierigkeiten; um die Platte an der Stirnfläche; des Elements z. B. durch Löten zu befestigen, wäre es nämlich erwünscht, über eine große Anzahl in unmittelbarer Nähe liegender Enden der Trennwände zu verfügen, was nur dann durchführbar wäre, wenn die Breite α der Kanäle sehr gering wäre. Die geringe Kanalbreite bereitet jedoch in der Praxis Schwierigkeiten, weil durch sie der Strömungswiderstand der Gase im Wärmeaustauschelement sehr groß wird.
Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird nun dieser Nachteil behoben. Die Fig. 3, 4 und 5 stellen eine erste Ausführungsform der Erfindung dar. Dabei wird, von dem in Fig. 3 teilweise dargestellten Metallstreifen ausgegangen, dessen dargestelltes oheres Ende die Gestalt einer gebrochenen Linie aufweist. Die Abteilungen 4, die von den primären Faltlinien A-A getrennt werden, bilden die Begrenzungsflächen der Kanäle in dem Sinne, daß infolge des Einfaltens der Teile 5 und 6 und der Dichtung der zwischen den eingefalteten Teilen verbleibenden Schlitze die Enden dieser Kanäle gebildet werden. Die Teile 4, 6 und 5 sind von Faltlinien getrennt, die mit B-B und C-C bezeichnet sind. Schaubildlich ist die Schattenwirkung auf die verschiedenen Flächen dargestellt, so daß man sich eine Vorstellung dieses Einfaltens bilden kann. Wenn der Streifen gefaltet ist, weist er in der Seitenansicht die in Fig. 4 dargestellte Gestalt auf. Hieraus folgt, daß sich die Punkte B 1, Bt,, C 2, A 3, C 3 usw. und auch die Punkte A 1, Ci, B 4, B 6 usw. decken. Dies findet darin seine Ursache, daß die Teile B i-A 1, A i-B 3, B 3-C 1, C 1 -C 2, C 2-5 4, B 4-A 3, AyB 6, B 6-C 3 usw. dieser gebrochenen Linie alle gleich lang sind und daß die Faltlinien A i-B 2, B 3-B 2, C i-C 5, C 2- C 4, B 4-B 5, A yB 5, B 6-B 5 usw. jeweils die Winkelhalbierende der Winkel Bi-Ai-By Ai-By C i, B 3-C i-C 2, C i-C 2-B 4, C 2-B 4-Ay B 4-Ay B 6, A yB 6-C 3 usw. bilden. In der Draufsicht hat das auf diese Weise hergestellte Wärmeaustauschelement die in Fig. 5 dargestellte Gestalt. Dieses Element ist zwecks größerer Deutlichkeit nicht ganz eingefaltet dargestellt, so daß die Kanäle 7 und 8 eine Breite aufweisen, die annähernd der Breite der Kanäle α des in Fig. 2 dargestellten Wärmeaustauschers entspricht. Infolge der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis steht bei einer gleichen Kanalbreite auf der Stirnfläche des Austauschers bedeutend mehr Werkstoff zur Befestigung einer Wand an ihr zur Verfügung als bei dem bekannten Austauscher, und es braucht nur noch ein schmaler Streifen (zwischen den Geraden Ai, Ci, B4 und Bi, By A3, C 3) abgedichtet zu werden. Aus Fig. 5 ist weiter die Lage der verschiedenen Faltränder und Materialränder ersichtlich.
Wird das Wärmeaustauschelement, wie dies in der Praxis vorkommen kann, weiter zusammengedrückt, so daß alle Teile einer gebrochenen Linie aneinander zur Anlage kommen, so können unter Beibehaltung einer genügenden Kanalbreite die Schlitze ohne Schwierigkeit durch Schweißen, Löten oder sonstwie gedichtet und das Element zu einem festen, zusammenhängenden Ganzen gemacht werden.
Nach Dichtung der Schlitze müssen am Wärmeaustauschelement die Wände befestigt werden, die zur Trennung der Räume dienen, mit denen die Kanäle in Verbindung stehen. Gegebenenfalls kann die Abdichtung der Schlitze und die Befestigung der Wände in derselben Behandlung stattfinden. Die Trennwand ist in Fig. 4 mit 9 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Stirnfläche des gefalteten Metallstreifens eine Schweißraupe 10 angebracht, die zur Abdichtung der Schlitze dient. Auf diese Schweißraupe ist die Wand 9 aufgebracht, die durch zwei Schweißraupen 11 und 12 an der Schweißraupe 10 befestigt ist. Der Wärmeaustauscher kann verschieden gestaltet, er kann gerade, aber auch gebogen ausgebildet sein. Soll der Austauscher als Erhitzer in einem Heißgasmotor dienen und umgibt der Erhitzer den Arbeitsraum des Motors, so wird der Wärmeaustauscher in Form eines Zylinders ausgebildet und die Wand 9 gleichfalls einen Zylindermantel bilden.
Eine solche Ausbildung ist in den Fig. 11, 12, 13 a und 13 b dargestellt, bei welcher der Wärmeaustauscher auf diese Weise, das Wärmeaustauschelement jedoch auf andere Weise als in den Fig. 3, 4 und 5 ausgebildet ist. iao
Der Metallstreifen kann auch derart ausgebildet werden, daß die Ränder des abgewickelten Streifens, welche die Enden der Kanäle bilden müssen, gerade sind, wie dies in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt ist. Auch hierbei sind die Teile c zwischen den FaIt- 1*5 linien am Rande DE alle gleich lang. Die Winkel d
haben einen Wert von 6o°. Wird der Streifen in der in Fig. 7 dargestellten Weise gefaltet, so entsteht ein Wärmeaustauscher, dessen Seitenansicht in Fig. 8 dargestellt ist. Um die Schlitze zwischen den eingefalteten Streifenteilen zu dichten, muß der diesem Zweck dienende Werkstoff an der Stelle der in Fig. 8 mit F-F' bezeichneten Fläche angebracht werden. Darauf kann, wie dies in Fig. 8 gleichfalls dargestellt ist, auf der Fläche F-G die Wand 13
z. B. wieder durch Schweißen befestigt werden. Die Dichtung der Schlitze an der Fläche F-F' wird in der Praxis einige Schwierigkeiten bereiten, weshalb die Ausführungsform des Austauschers nach den Fig. 3, 4 und 5 bevorzugt werden wird, die sich von derjenigen nach den Fig. 6, 7 und 8 nur dadurch unterscheidet, daß der schraffierte Teil F-F', G der Wände 4 des Wärmeaustauschelements weggefallen ist.
Die Wände können auch auf andere Weise als durch Schweißen oder Löten am Wärmeaustauschelement befestigt werden. Dies ist in den Fig. 9 und 10 beispielsweise dargestellt. Der Rand des Streifens, der nach dem Falten des Streifens die Enden der Kanäle bilden soll, weist in der abgewickelten Lage wieder die Gestalt einer gebrochenen Linie auf, wobei die Faltlinien H-J, K-J, L-M usw. die Winkelhalbierenden der Winkel P-H-K, H-K-L, K-L-N und L-N-O bilden. Die Teile H-K und L-N sind untereinander gleich, jedoch größer als K-L; dies hat zur Folge, daß, wenn damit angefangen wird, diesen Streifen zu falten, die durch die in gefalteter Lage zur Faltlinie M-N parallelen Faltlinien geführte Ebene vor der durch die Faltlinie J-K und die ihr parallelen Faltlinien geführten Ebene vorsteht. Auf diese Weise entsteht, wie dies besonders aus Fig. 10 ersichtlich ist, ein Element, an dem hakenförmige Ansätze 14 und 15 vorhanden sind, die dazu verwendet werden können, sie von einem Teil einer Wand umfassen zu lassen. Die Trennwand zwischen den Räumen, mit denen die beiden Kanalsätze in Verbindung stehen, wirdhiervoneiner Wand gebildet, die aus zwei Hälften 16a und 16b besteht, die mit je einem abgebogenen Rand die Ansätze 14 und 15 umfassen. Die beiden Wandhälften 16a und 16b sind mittels kleiner Niete 17 miteinander befestigt. Die Stirnfläche des Wärmeaustauschelements ist vor Anbringen der Wand 16 mittels einer Lotmenge 18 gedichtet worden. Diese Ausführungsform eignet sich deswegen so gut zur Dichtung durch Löten, weil bei ihr die Dichtung der Schlitze nicht mit dem Anschluß der Trennwand verbunden ist.
Die Fig. 11, 12, 13 a und 13 b stellen eine weitere Ausführungsform des Wärmeaustauschers nach der Erfindung dar. Fig. 11 zeigt die Abwicklung des Wärmeaustauschelements; Fig. 12 ist ein Querschnitt durch den vollständigen Wärmeaustauscher, während die Fig. 13 a und 13 b die Querschnitte A-A und B-B durch den Austauscher nach Fig. 12 darstellen. In der Abwicklung nach Fig. 11 sind alle Teile zwischen den Faltlinien der die Ränder des Metallstreifens bildenden gebrochenen Linien, welche die Enden der Kanäle bilden sollen, gleich lang.
Dies hat zur Folge, daß nach dem Zusammenfalten des Materialstreifens eine konische Fläche entsteht, 65 die in einfacher Weise mittels einer Schweißraupe 1.9 gedichtet werden kann, so daß auf diese Weise beide Kanalsätze voneinander getrennt sind. An diese Schweißraupe 19 schließt sich die Wand 20 an, die als Trennwand für die Räume dient, mit denen 70 die beiden Kanalsätze in Verbindung stehen. Der Deckel 20 weist eine konische Begrenzungsfläche 21 auf. Diese Fläche 21 und die Außenfläche der Schweißraupe 19 sind hier mittels einer Schweißraupe 22 mit dreieckigem Querschnitt aneinander 75 befestigt. Am unteren Ende des Austauschers ist die konische Endfläche des Wärmeaustauschelements durch eine Schweißraupe 23 gedichtet; an sie schließt sich die Trennwand 24 an, die an der Außenseite der Schweißraupe 23 mittels zweier 80 weiterer Schweißraupen 25 und 26 befestigt ist. Aus Fig. 13 a ist ersichtlich, daß die zusammengefalteten, die Begrenzung des Materialstreifens bildenden Teile der gebrochenen Linie unmittelbar aneinander anliegen, so daß die Schweißraupe 19 unbedenklich 85 auf sie aufgebracht werden kann. Aus Fig. 11 ist noch ersichtlich, daß sich die Schnittpunkte Q und R der Faltlinien zwischen den gemeinsamen, den Verschluß eines Kanals bildenden Streifenteilen nicht decken, so daß vermieden wird, daß die Punkte Q 90 und R beim Anbringen der Falten zu stark mechanisch beansprucht werden. Fig. 13b zeigt, daß, obgleich an den Rändern des Wärmeaustauschelements die Teile der gebrochenen Linie unmittelbar aneinander anliegen, die Kanäle zum Hindurchlassen des 95 Mittels dennoch eine verhältnismäßig große Breite aufweisen können. Der dargestellte Wärmeaustauscher soll als Erhitzer für einen Heißgasmotor dienen; der Teil 27 umgibt dabei den Arbeitsraum des Motors. Bei dieser Ausführungsform sind die 100 Wände des Wärmeaustauschelements mit Noppen 28 versehen, die derart liegen, daß die Enden dieser Noppen die Enden der Noppen auf der benachbarten j Wand berühren.
Dies ist besonders aus Fig. 13 b ersichtlich. Auf diese Weise entsteht eine einfache Abstützung der Wände des Austauschers. Dies gewährleistet, daß die Wände des Austauschers nicht infolge des vorhandenen Druckunterschiedes der Gase in den beiden Kanalsätzen verformt werden. Gegebenenfalls können die Wände des Austauschers auch mit Rücken o. dgl. versehen werden, die zur Führung der längsströmenden Gase dienen.
Die Fig. 14 und 15 stellen noch eine andere Ausführungsform des Wärmeaustauschelements in abgewickelter Lage und in zusammengefalteter Lage dar. Die zusammengefalteten Teile 29 bilden hier die oberen Verschlüsse des Kanalsatzes, dessen Kanäle in Fig. 15 mit 30 bezeichnet sind. Die Kanäle 31 sind am oberen Ende nicht verschlossen. Zur Herstellung eines Verschlusses der beiden Kanalsätze gegeneinander kann auf die Ränder 32 der zusammengefalteten Teile eine Schweißraupe aufgebracht werden, die in Fig. 15 gestrichelt angedeutet und mit 33 bezeichnet ist. Zur besseren Deutlichkeit iss sind die Breiten der Kanalsätze 30 und 31 in Fig. 15
zu groß angegeben; es ist ersichtlich, daß, wenn das Wärmeaustauschelement in stärkerem Maße zugefaltet ist, die Anbringung der Schweißraupe 33 bedenkenfrei erfolgen kann. Die Schweißraupe hat dabei eine bandförmige Gestalt; soll das Wärmeaustauschelement einen Teil eines Wärmeaustauschers für einen Heißgasmotor bilden, der den Arbeitsraum des Motors umgibt, so bildet die Schweißraupe 32 ein zylindrisches Band, das das Wärmeaustauschelement umgibt. Man könnte sich auch eine andere Verwendung des Wärmeaustauschelements nach Fig. 14 und 15 denken, und zwar die, bei der das Element z. B. durch Löten an einer flachen Wand befestigt ist, um auf diese Weise die Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabefähigkeit dieser Wand zu vergrößern. Dies ist in Fig. 16 schematisch dargestellt. Die Wand, durch die hindurch sich der Wärmeaustausch vollziehen soll, ist mit 35 bezeichnet; sie bildet einen Teil eines weiteT nicht
ao dargestellten Zylinderkörpers. An der Außenseite dieses Körpers ist der Austauscher nach Fig. 15 kranzförmig gelötet. Die in Fig. 15 mit 31 bezeichneten Kanäle sind nicht wirksam, so daß ihre Wände bedenkenfrei aneinander anliegen können. Die Enden der Kanäle 32 sind auf die in Fig. 15 dargestellte Weise durch Einfalten verschlossen. An der Außenseite sind sie durch die Schweißraupe 36 gedichtet. Weiter ist das Wärmeaustauschelement mit einem zylindrischen Band 37 derart umgeben, daß zwisehen den Schweißraupen 36 und der Wand 37 Schlitze 38 und 39 für die Zu- und Abführung der Mittel verbleiben. Das Mittel läuft in der durch Pfeile angedeuteten Weise um. Die Räume, die das Wärmeaustauschelement durchströmende Mittel vor und nach dem Umlauf enthalten, sind durch die Platte 40 getrennt, die sich an das Band 37 anschließt.

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    i. Wärmeaustauscher, der durch das Zickzackfalten einer Metallplatte entstandene Kanäle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone der Platte derart eingefaltet ist, daß dort ein Zickzackgebilde entstanden ist, wovon die Anzahl der Wände mehr als das Doppelte beträgt von der entsprechenden Zahl des nicht eingefalteten Teiles der Zickzackplatte.
  2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte am Ende jeder primären Faltlinie eingefaltet ist, und zwar in entgegengesetztem Sinne für benachbarte Faltlinien (A 1, A 2, Al, A4, Fig. 3-,H-J, N-M, Fig-9)·
  3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende einer primären Faltlinie die Platte zweimal eingefaltet ist, derart, daß zwei Paare der sekundären Faltlinien nach verschiedenen Punkten konvergieren (Fig. 3).
  4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwicklung der im Zickzack gefalteten Platte von einer gebrochenen Linie begrenzt ist und daß die Faltlinien überall die Mittelteillinien der Winkel der Abteilungen dieser Linie bilden.
  5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abteilungen der gebrochenen Linie gleich lang sind (Fig. 2, 5> 11, 14).
  6. 6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gefalteter Platte die Schlitze zwischen den vervielfachten Zickzackteilen gedichtet und an einer angrenzenden Wand des Wärmeaustauschers befestigt werden (Fig. 4, 8, 10, 12).
  7. 7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteilungen der gebrochenen Linie ungleich sind und daß die vorstehenden Ecken, welche infolge dieser Ungleichheit entstanden sind, von Befestigungsmitteln der Trennwand zwischen den von der Platte gebildeten Räumen erfaßt werden (Fig. 9 und 10).
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    1 929 7.
DEP20453A 1945-06-21 1948-11-03 Waermeaustauscher Expired DE809918C (de)

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BE (1) BE459063A (de)
CH (1) CH259569A (de)
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FR (1) FR929467A (de)
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