DE809919C

DE809919C - Heat exchanger

Info

Publication number: DE809919C
Application number: DEP4152A
Authority: DE
Inventors: Francis Robert Bell
Original assignee: Rover Co Ltd
Current assignee: Rover Co Ltd
Priority date: 1948-05-13
Filing date: 1949-09-13
Publication date: 1951-08-02

Description

Wärmeaustauscher Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zum Austausch von Wärme zwischen zwei strömenden Mitteln (Gasen, Flüssigkeiten oder auch einem Gas und einer Flüssigkeit), und zwar insbesondere für den Gebrauch in Verbindung mit Brennkraftmaschinen.Heat exchanger The invention relates to an exchange device of heat between two flowing media (gases, liquids or even one Gas and a liquid), especially for use in conjunction with internal combustion engines.

Erfindungsgemäß besteht ein derartiger Wärmeaustauscher aus einer Mehrzahl parallel zueinander angeordneter, im wesentlichen prismatisch gestalteter flacher Zellen mit in zwei einander gegenüberliegenden Schmalseiten jeder einzelnen Zelle vorgesehenen Öffnungen, je einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung, die von Zelle zu Zelle um jeweils 9o° gegeneinander versetzt sind, sowie aus Leitflächen zwischen den Seitenwänden der einzelnen Zellen, welche im Inneren derselben parallel zueinanderliegende enge Leitkanäle bilden, die ihrerseits wieder parallel zu den entsprechenden Leitkanälen der benachbarten Zellen sich erstrecken.According to the invention, such a heat exchanger consists of a A plurality of essentially prismatic ones arranged parallel to one another flat cells with two opposite narrow sides of each one Cell provided openings, each with an inlet and an outlet opening, the are offset from one another by 90 ° from cell to cell, as well as from guide surfaces between the side walls of the individual cells, which are parallel inside the same Form mutually lying narrow ducts, which in turn are parallel to the corresponding ducts of the neighboring cells extend.

Durch die Gestaltung und die gegenseitige Anordnung der Zellen eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung wird bewirkt, daß die darin zur Wechselwirkung kommenden Mittel denselben in zwei einander kreuzenden Strömen durchsetzen.Due to the design and the mutual arrangement of the cells one Heat exchanger according to the invention is caused to interact therein coming means enforce the same in two crossing streams.

In den Zeichnungen ist ein eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar veranschaulicht die Fig. i die schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch eine Zelle eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, die Fig. 2 eine Aufsicht auf. eine Zelle gemäß der Fig. i, die Fig. 3 einen der Darstellung der Fig. i entsprechenden senkrechten Schnitt durch eine Nachbarzelle, die Fig. ,¢ einen Querschnitt durch drei einander benachbarte Zellen eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, von denen die mittlere, aufs Doppelte verbreiterte Zelle mit zwei durch eine Zwischenwand voneinander getrennten gleichartigen Leitflächensystemen versehen ist, die Fig. 5 eine Seitenansicht der doppelt breiten Mittelzelle, die Fig. 6 bis 9 Zellen für einen Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung aus dünnem Blech in verschiedenen Stadien der Fertigung: Die in den Fig. i und 2 dargestellte Zelle besteht aus einem mehrfach gefalteten dünnen Metallblech. Zwei parallel zueinander liegende Seitenwände a sind mit abgewinkelten Längskanten versehen, die, auf irgendeine zweckdienliche Weise miteinander verbunden, die Längsschmalseiten b der Zelle bilden. Ihre Querschmalseiten c und d sind offen.In the drawings is one of a heat exchanger according to the invention shown, namely illustrates the Fig. I the schematic Representation of a vertical section through a cell of a heat exchanger according to the invention, Fig. 2 is a plan view. a cell according to FIG. FIG. 3 shows a vertical section corresponding to the illustration in FIG a neighboring cell, the Fig., [a cross section through three neighboring cells Cells of a heat exchanger according to the invention, of which the middle, on Double widened cell with two separated by a partition similar guide surface systems is provided, Fig. 5 is a side view of the double-wide center cell, Figs. 6 to 9 cells for a heat exchanger according to the invention of thin sheet metal in different stages of manufacture: The in Figs. i and 2 shown consists of a multiple folded thin cell Metal sheet. Two side walls a lying parallel to one another are angled with Provide longitudinal edges which, connected in any appropriate way, form the longitudinal narrow sides b of the cell. Your narrow transverse sides c and d are open.

Zwischen den Seitenwänden a der Zelle ist erfindungsgemäß ein dünner, schräg geschnittener Zickzack- oder Wellblechstreifen e diagonal angeordnet, und zwar so, wie es in der Fig. i dargestellt ist. Dieser Zickzack- oder Wellblechstreifen e ist längs seiner Kammlinien auf den Innenflächen der Seitenwände a aufgelötet, aufgeschweißt oder anderweit befestigt.According to the invention, a thin, obliquely cut zigzag or corrugated sheet metal strip e is arranged diagonally between the side walls a of the cell, specifically as shown in FIG. This zigzag or corrugated sheet metal strip e is soldered, welded or otherwise fastened along its ridge lines on the inner surfaces of the side walls a.

Bei einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung mittels dessen, wie beispielsweise angenommen sein möge, eine Wechselwirkung zwischen einem Luftstrom und einem von einer Brennkraftmaschine herkommenden Strom heißer Abgase herbeigeführt werden soll, mögen die Zellen gemäß den Darstellungen der Fig. i und 2 zur Durchleitung des Luftstromes dienen. Die Luft tritt dabei in den offenen Teil der Querschmalseite c (zwischen der oberen Kante der linken Längsschmalseite b und der linken oberen Kante des Zickzack-oder Wellblechstreifens e) ein, durchströmt dann die engen, von dem Zickzack- oder Wellblechstreifen e gebildeten Leitkanäle und verläßt danach die Zelle wieder durch den offenen Teil der Querschmalseite d (zwischen der rechten unteren Kante des Zickzack-oder Wellblechstreifens e und der unteren Kante der rechten Längsschmalseite b).In a heat exchanger according to the invention by means of how for example, suppose there is an interaction between an air flow and brought about a stream of hot exhaust gases coming from an internal combustion engine is to be, like the cells according to the representations of FIGS. i and 2 for passage serve the air flow. The air enters the open part of the transverse narrow side c (between the upper edge of the left narrow side b and the upper left Edge of the zigzag or corrugated iron strip e), then flows through the narrow, of the zigzag or corrugated iron strip e formed guide channels and then leaves the cell again through the open part of the transverse narrow side d (between the right lower edge of the zigzag or corrugated iron strip e and the lower edge of the right Longitudinal narrow side b).

Die nächste Zelle, durch welche dann die heißen Abgase fließen, wird von zwei der im vorstehenden beschriebenen, parallel zueinander angeordneten und in gehörigen Abstand zueinander gebrachten Zellen gebildet, zwischen deren Seitenwände a dann ein anderer Zickzack- oder Wellblechstreifen f so eingebracht ist, wie es die Fig. 3 zeigt. Der Zickzack-oder Wellblechstreifen f entspricht dabei völlig dem Streifen e der in den Fig. i und 2 dargestellten Zelle und ist auf genau die gleiche Weise angeordnet. Andererseits aber sind in einer Zelle gemäß der F.ig. 3 die Querschmalseiten g und.h geschlossen, während die Längsschmalseiten i und j offen sind.The next cell, through which the hot exhaust gases then flow, is formed by two of the above-described cells, which are arranged parallel to one another and placed at an appropriate distance from one another, between whose side walls a another zigzag or corrugated sheet metal strip f is then introduced as it is 3 shows. The zigzag or corrugated sheet metal strip f corresponds completely to the strip e of the cell shown in FIGS. 1 and 2 and is arranged in exactly the same way. On the other hand, in a cell according to F.ig. 3 the transverse narrow sides g and h closed, while the longitudinal narrow sides i and j are open.

Mit besonderem Vorteil wird dabei, wie es in der Fig. 3 auch dargestellt ist, diese zweite Zelle doppelt so breit gemacht wie die erste. In eine solche doppelt breite Zelle werden dann zwei einander gleiche Zickzack- oder Wellblechstreifen f auf die gleiche Weise, jedoch durch eine dünne Metallblechwand k voneinander getrennt, eingebracht, wobei sie dann auch auf der Trennwand k aufgelötet, aufgeschweißt oder anderweit befestigt werden müssen.It is particularly advantageous here, as is also shown in FIG. 3 is made this second cell twice as wide as the first. In such a double wide cells are then two equal zigzag or corrugated iron strips f in the same way, but separated from each other by a thin sheet metal wall k, introduced, in which case they are also soldered, welded or on the partition k need to be fixed elsewhere.

In der Fig.4 sind drei nebeneinanderliegende Zellen eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung dargestellt, von denen die beiden äußeren, durch welche die Luft strömt, solche gemäß den Fig. i und 2 sind, während es sich bei der mittleren, durch welche die heißen Abgase strömen, um eine solche gemäß der Fig. 3 handelt.In Fig.4 there are three cells of a heat exchanger lying next to one another shown according to the invention, of which the two outer, through which the Air flows, those according to Figs. I and 2, while it is in the middle, through which the hot exhaust gases flow, one according to FIG. 3 is concerned.

Die Strömungsrichtung der heißen Abgase durch die Zellen gemäß der Fig. 3 ist aus dieser selbst ersichtlich. Sie treten durch die rechte offene Längsschmalseite i der Zelle in diese ein und verlassen sie, nachdem sie die durch den Zickzack- oder Wellblechstreifen f gebildeten engen Leitkanäle passiert haben, auf der entgegengesetzten Seite durch die offene Längsschmalseite j. Dabei werden die von dem Zickzack- oder Wellblechstreifen f gebildeten engen Leitkanäle im Gegenstrom zu den in den Nachbarzellen von den Zickzack- oder Wellblechstreifen e gebildeten Leitkanälen durchflossen.The direction of flow of the hot exhaust gases through the cells according to FIG Fig. 3 can be seen from this itself. You step through the right open long narrow side i enter the cell and leave it after passing through the zigzag or corrugated iron strips f formed narrow guide channels have passed on the opposite Side through the open narrow side j. The zigzag or Corrugated iron strips f formed narrow guide channels in countercurrent to those in the neighboring cells flowed through guide channels formed by the zigzag or corrugated iron strips e.

Zur Versteifung der Heißgaszellen können diese, was insbesondere dann von Vorteil sein kann, wenn diese als doppelt breite Zellen (Zwillingszellen) ausgeführt sind, an ihren offenen Längsschmalseiten mit ebenfalls aus dünnem Zickzack- oder Wellblech geschnittenen Verstärkungsstreifen m mit verhältnigmäßig weitgreifenden Zacken oder Wellen versehen werden, welche dem durchströmenden Mittel einen nur verhältnismäßig geringen Widerstand entgegensetzen.To stiffen the hot gas cells, these can, in particular, then It can be advantageous if these are designed as double-wide cells (twin cells) are, on their open longitudinal narrow sides with also made of thin zigzag or Corrugated iron cut reinforcement strips with relatively far-reaching Spikes or waves are provided, which the flowing means only one Oppose relatively little resistance.

Ein vollständiger Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung setzt sich aus einer beliebigen Anzahl von Zellen zusammen, wobei beispielsweise Luft-und Heißgaszellen miteinander abwechseln. Ein solches Gerät kann dann mit einem .zweckdienlich gestalteten Gehäuse versehen sein, mittels dessen es auf einfache Weise in einen Frischluft- und einen Heißgasstrom eingeschaltet werden kann.A complete heat exchanger according to the invention will settle composed of any number of cells, for example air and hot gas cells alternate with each other. Such a device can then be appropriately designed with a Be provided housing, by means of which it can easily be in a fresh air and a hot gas flow can be switched on.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Zickzack- oder Wellblechstreifen e und f in den verschiedenen Zellen Leitkanäle von so geringem Querschnitt und von einer so zweckdienlichen Länge bilden, daß darin eine möglichst laminare, d. h. also wirbelfreie Strömung entsteht. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß der Querschnitt der Leitkanäle so klein wie praktisch möglich gehalten wird. Man wird beispielsweise den Zickzack- oder Wellblechstreifen von etwa o,i mm Stärke einen Scheitelabstand bzw. eine Wellenlänge von i mm sowie eine Scheitelhöhe bzw. eine Amplitude von 2 mm geben. Die Länge der Streifen e und f kann dabei jede geeignete sein, beispielsweise etwa 25 mm. Eine besonders zweckdienliche Herstellungsweise für die Zellen von Wärmeaustauschern gemäß der Erfindung ist in den Fig.6 bis 9 dargestellt. Danach wird zuerst einmal ein dünnes Metallblech auf die in vier Fig. 6 dargestellte Weise zugeschnitten. Das so zugeschnittene Blech wird dann über die gestrichelten Linien p und q hinweg so gefaltet, daß die in der Fig. 7 im Schnitt gezeigten Seitenwände a entstehen und gleichzeitig der zwischen den Linien p und q liegende Teil des Bleches die linke Längsschmalseite b der Zelle bildet. Danach werden die Endstücke r und s längs der gestrichelten Linien u und t rechtwinklig abgekantet und dann, wie auf der rechten Seite des in der Fig. 7 dargestellten Schnittes gezeigt ist, so zusammengefälzt, daß sich auf diese Weise die andere, rechte Längsschmalseite der Zelle ergibt. Sodann werden die Teile v, w, x und y rechtwinklig nach außen hin abgekantet, und zwar, wie in der Fig.8 veranschaulicht, längs der gestrichelten Linien i, 2, 3 und 4. Daraufhin werden zwei auf solche Weise gefertigte Zellen dann parallel zueinander liegend durch Verfalzen der abgewinkelten Teile v und zc, einerseits sowie z und y andererseits auf die in der Fig. 9 dargestellte Weise miteinander verbunden, wobei dann eine weitere, und zwar eine gegebenenfalls doppelt breite Zwischenzelle entsteht. Ein Verfahren, das dann beliebig lange fortgesetzt werden kann.It is an essential feature of the invention that the zigzag or corrugated iron strips e and f in the various cells form guide channels of such a small cross-section and of such an expedient length that a flow that is as laminar as possible, ie eddy-free, is created therein. This is achieved in particular in that the cross-section of the guide channels is kept as small as practically possible. For example, the zigzag or corrugated sheet metal strips approximately 0.1 mm thick will be given a vertex spacing or a wavelength of i mm and a vertex height or an amplitude of 2 mm. The length of the strips e and f can be any suitable, for example about 25 mm. A particularly expedient production method for the cells of heat exchangers according to the invention is shown in FIGS. Thereafter, a thin sheet of metal is first cut in the manner shown in four FIGS. The sheet metal cut in this way is then folded over the dashed lines p and q so that the side walls a shown in section in FIG. 7 arise and at the same time the part of the sheet metal lying between the lines p and q forms the left narrow side b of the cell . Thereafter, the end pieces r and s are bent at right angles along the dashed lines u and t and then, as shown on the right-hand side of the section shown in FIG. 7, folded together so that the other, right-hand narrow side of the cell is in this way results. The parts v, w, x and y are then bent outwards at right angles, namely, as illustrated in FIG. 8, along the dashed lines i, 2, 3 and 4. Two cells produced in this way then become parallel lying to one another by crimping the angled parts v and zc, on the one hand, and z and y on the other hand, connected to one another in the manner shown in FIG. A process that can then be continued indefinitely.

Die Zickzack- oder Wellblechstreifen e und f sowie gegebenenfalls die Zwischenwände k und die Verstärkungsstreifen m können in jedem geeigneten Fertigungsstadium in die Zellen eingebracht werden.The zigzag or corrugated iron strips e and f as well as, if applicable the partition walls k and the reinforcement strips m can be in any suitable manufacturing stage be introduced into the cells.

Die miteinander verfalzten Teile der Zellen können zusätzlich noch durch Löten, Schweißen oder auf andere geeignete Weise gegeneinander gesichert werden.The folded parts of the cells can also be secured against one another by soldering, welding or in any other suitable manner.

Obwohl Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung insbesondere zum Vorwärmen der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft mittels der von ihr abströmenden Auspuffgase gedacht sind, können sie auch zum Kühlen des Kühlwassers einer Brennkraftmaschine, zum Kühlen komprimierter Luft oder komprimierter Gase, zum Kühlen oder Vorwärmen von Schmieröl sowie auch für andere ähnliche Zwecke verwendet werden.Although heat exchangers according to the invention are particularly used for preheating of the combustion air to be supplied to an internal combustion engine by means of the combustion air supplied by it outflowing exhaust gases are intended, they can also be used to cool the cooling water an internal combustion engine, for cooling compressed air or compressed gases, used for cooling or preheating lubricating oil as well as other similar purposes will.

Die im vorstehenden beschriebene Erfindung gestattet vor allem den Bau von Wärmeaustauschern hohen Wirkungsgrades in besonders gedrängter und auch sonst zweckdienlicher Form.The invention described above allows above all Construction of heat exchangers of high efficiency in particularly compact and also otherwise expedient form.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Heat exchangers, characterized by a plurality of parallel, essentially straight, flat cells with openings provided in two opposite narrow sides of each individual cell, one inlet opening and one outlet opening, which are offset from one another by 90 ° from cell to cell, and by guide surfaces (e, f) between the side walls of the individual cells, which form narrow guide channels lying parallel to one another inside the same, which in turn extend parallel to the corresponding guide channels of the neighboring cells.

2. Heat exchanger according to claim i, characterized in that the cells are made of. made of thin sheet metal.

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that that any two cells adjacent to one another are shared by only one Side wall (k) are separated from each other.

4. Heat exchanger according to claim i, characterized in that the guide surfaces (e, f) provided in the cells consist of thin sheet metal.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that that the baffles in the individual cells are folded by means of a zigzag Sheet metal strips are formed.

6. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that that the guide surfaces in the individual cells are formed by means of a strip of corrugated iron are.

Heat exchanger according to claim 5 or 6, characterized in that inside a diagonally cut zigzag or corrugated sheet strip of each cell, the inlet and outlet openings in two opposite narrow sides leaving open, is arranged diagonally. B.

Heat exchanger according to claim i, characterized characterized in that those of its cells, which the medium flowing through on at least deflect, are kept so wide that they are two equal inside and identically arranged guide surfaces separated from one another by an intermediate wall (k) (f) can record.

9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that that at least the double-wide cells on their open narrow sides with likewise Reinforcing strips (m) cut from thin zigzag or corrugated sheet metal with relatively extensive spikes or waves are provided.