DE847454C

DE847454C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE847454C
Application number: DEP29679D
Authority: DE
Inventors: Walther Lindner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-01-01
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1952-08-25

Description

Wärmeaustauscher Bei den bekannten Ölkühlern bestehen im allgemeinen die Wärmeaustauschflächen aus Rohren, die aus Kupferlegierungen hergestellt sind, um einen niiigliclist hohen Wä rniedurchgang zu erzielen. Die Verwendung von Gußeisen ist wegen der schwierigen Abdichtung in den Rohrböden nicht möglich. Das zti kühlende 01 muß auf seinem Weg zwischen benachbarten Rohren vielmals beschleunigt werden. 1>ie Summe der Beschleunigungskräfte und die gleichzeitig auftretenden Wirbelverluste sind wesentlich größer als die Reibungskraft, die bei gleichbleibender Geschwindigkeit nötig wäre. Infolgedessen wird nur ein kleiner Teil des zur Verfügung stehenden Druckes dazu verwendet, die Öl- geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Daher kann die Ölgeschwindigkeit nur gering sein. Eine Steigerung der Ölgeschwindigkeit würde zwar die Kühlleistung steigern, aber auch eine Erhöhung des Widerstandes zur Folge haben. Es sind auch Kühler mit Kanälen aus Blech und Gußeisen bekannt, in denen das 0I mit geringer Geschwindigkeit strömt. Bei Kühlern solcher Art ist aber eine GeschNvindigkeitssteigerung schon aus Festigkeitsgründen nicht möglich.

Ferner ist durch die vorliegende Erfindung ein Wärineaustauscher bekanntgeworden, der aus losen. schmalen Hohlkörpern, vorzugsweise aus Gußeisen, besteht, deren Seitenwände durch Stege verbunden sind, so daß der Hohlraum in zwei oder mehrere Kanäle für den Durchfluß des einen wärmeaustauschenden Mittels unterteilt ist. Bei diesem Wärineaustatischer, der als Ölkühler dient. hallen die einzelnen Hohlkörper eine wellenförmige Außenfläche, so daß das zu kühlende 01 gezwungen ist, einen mäanderförmigen Weg zu beschreiben. Die wellen förmigen Flächen haben den Zweck, eine möglichst große Kühlfläche zu erzielen. Nachteilig ist aber hierbei, daß sich die Wellenflächen nicht genau be-

arbeiten lassen und daß ein verhältnismäßig großer

Reibungsverlust entsteht, einerseits dadurch, daß

das 01 einer-dauernden Richtungs;inderung unter-

worfen ist, anderseits dadurch, daß die gegossenen

\Vellenflä chen nicht als vollkommen glatte Flächen

bearbeitet werden können.

Demgegenüber besteht nun die vorliegende Er-

findut>> ini wesentlichen darin, daß das eine wärme-

austauschendc 'Mittel (z. 13. 0l) durch enge und

el>enll;ichig begrenzte Zwischetirä ume z-,vischen je

zwei aneinandergrcnzenden I-lolilkörllern strömt.

Dadurch lassen sich U nileit-, Wirbel- und Rei-

bungsverhiste weitgehend vermeiden so (Maß der zur

Verfügung stehende Druck zur Geschwindigkeits-

steigerung des Ölflusses verwendet werden kann,

wobei lediglich die Reibung in den Ölkanälen zu

überwinden ist. Diese kann erfinduligsgeniäß aber

sehr niedrig gehalten werden, weil die ebenen

l# liichen vollkommen glattgeschliffen werdenkönnen.

l@ci _\liwc»(l»»g der Erfindung wird eine 6- bis

lonial li#*iliere Ölgeschwindigkeit als bei den be-

kanntcn ('Akühlern erreicht und trotz der .Verwen-

dung von gulleisernen Kfihleleinenten eilte I- bis

6fache Kühlleistung gegcnül>cr den bekannten

Pöhrenkühlern erzielt. Der erfin(ltingsgeniiiße Ü1-

kiiIiIer niit geradlinigen Spaltkan'ilen benötigt daher

gegelüiher dein Röhrenkühler eitle erheblich kleinere

Kühlfläche bei geringer Bauhöhe. Einzelheiten der

Erfindung sind aus der Beschreibttnri und der Zeich-

nung ersiclitlicli. Letztere stellt eitle Ausführungs-

forIn dar, und zwar zeigt

.11b. i eitle Teilseitenansicht eines Ölkühlers bei

, Deckel, teilweise in einem Vertikal-

Vertikal-

schnitt.

_U>1>. -2 einett Horizontalschnitt in zwei verschie-

denen ]:bellen.

Die \\'ürnicaiistausclivorrichtung ist aus einzelnen

aneinandergereiliten Elementen aufgebaut. Die

l@:leinente bestehet] aus flachen 1folilköi-llern i, deren

ölbenetzte Seitenwände durch Stege 2 miteinander

verbunden sind; wodurch mehrere Kanäle 3 zum

Durch!lu13 der

entstehen. Die Hohl-

l;ürl,cr i werden seitlich so aneinandergereilit, daß

sehr enge gerade Kanäle .I für das zii kiililcnde Öl

zwischen (1-1-n Hohlkörpern i entstehen, deren

l@;iiialweite durch besondere Abstandsbolzeil 5 der

Z<iliigkcit des Öles angepaßt werden. Die äußeren

@\'ände des Elementenpaketes werden durch glatte

Bleche 6 gebildet, die mittels Schrauben 7 an

Leisten 8 in dem das Paket umschließenden Gehäuse 9

(lichtend atigepreßt werden, wodurch der mit 01 ge-

füllte Raum in eine Eintrittskammer io und eine

Austrittskammer i i unterteilt wird. Der Öleintritt

erfolgt bei 12, der Ölaustritt bei 13.

Für das Kühlmittel, im vorliegenden Falle

\\-asser, sind die Kanäle 3 vorgesehen. Diese er-

halten zur Vergrößerung ihrer Oberfläche parallel

zur 1sanalachse laufendeRilleil 14, die all den beiden

Enden in den rechteckigen Querschnitt 15 über-

gehen, damit sich hier eine genügend breite Dicht-

fläche ergibt. In den gerippten Teil der Kanäle

können prismatische Füllstücke 16 eingeschoben

werden, welche die Kanäle 3 bis auf den Rillen-

querschuitt ausfüllen. Die Füllstücke 16 haben an

den Enden Vorsprünge 17, durch die ihre Verschie-

bung verhindert wird, ohne daß der Wasserdurch-

lauf behindert wird. Die vorgenannte Einrichtung

dient dazu, den Querschnitt für das Kühlwasser bis

auf den Rillenquerschnitt zu verengen, so daß in

den Kanälen 3 eine hohe Wassergeschwindigkeit

auftritt, bei der ein erhöhter Wärtnetibergang statt-

findet.

Das Kühlergehäuse 9 wird am vorderen Ende von

einer ebenen Schlitzplatte 18 -%-erschlossen, in der

sich fluchtend mit den Kanälen 3 Schlitze i9 für den

Durchtritt des Wassers in die Kanäle befinden, Da

die Flanschfläche des Geh:iuses 9 und die Endflächen

der Hohlkörper i in der gleichen Ebene liegen, ist

für die Dichtung der Fuge eine gemeinsame Dich-

tungsplatte 20 mit den gleichen Schlitzen wie in der

Schlitzplatte 18 vorgesehen. Die Schlitzplatte ist mit

besonderen Schrauben 21 init dem Gehäuse ver-

schraubt, so daß (las Gehäuseinnere auch dann ab-

geschlossen bleibt, wein die Verteilungskammer 22

zwecks lZeinigung der \\'asserkanäle 3 allgenommen

wird.

Die Verteilungskammer 22 für (las Kühlwasser

ist durch Rippen 23 so abgeteilt, dalß das Kühl-

wasser nacheinander alle Kanäle durchfließt. In

Abb. i ist der Weg des Kühlwassers in den Kanälen

mit Pfeilen bezeichnet. Nach seinem Eintritt unten

rechts wird das Kühlwasser wellenförmig durch die

unteren Kanäle 3 geleitet und gelangt durch einen

Cberströmkanal in die mittleren und schließlich in

die oberen Kanäle 3, wo es, ebenfalls wellenförmig

geführt, (lern Austritt zufließt. U-m die Längenände-

rung des Gehäuse: gegenüber den Hohlkörpern i,

die durch verschiedene Temperaturen verursacht

wird, nicht zu behindern und das einwandfreie Ab-

dichten der hinteren Stirnfläche der Hohlkörper i zu

erleichtern, sind für je zwei Hohlkörper Umkehr-

stücke 2I vorgesehen, in denen sich der Umkehr-

kanal 25 befindet. Durch Ankerbolzell26, die in

Ausbuchtungen des 0lkanales I liegen, werden je

zwei benachbarte Hohlkiirper i zwischen den Um-

kehrstücken 24 und den Schlitzplatten 18 dichtend

zusammengepreßt. Um den Anpreßdruck möglichst

gleichmäßig zu verteilen, sind zwischen die Anker-

köpfe und die Umkehrstucke 24 Federn, beispiels-

weise Tellerfedern 27, eingeschaltet. Das Gehäuse ist

an seinem hinteren Ende mittels des Deckels 28 ab-

geschlossen, dessen Flanschfuge in der gleichen

Ebene wie die Fuge zwischen den Hohlkörpern i

und den Ufnkehrstücken -2.I liegt. Zwischen diesen

Fugen liegt eine gemeinsame elastische Metall-

inembran 29 mit beiderseitigemDichtungsbelag und

Schlitzen für den Wasserdurchtritt zu den Limleit-

kanälen 25. Diese Membran hat den "].weck, den

t`bertritt des Öles zwischen der Eintrittskammer io

und der Austrittskammer i i über den Hohlraum

des Deckels 28 zu verhindern und die freie Längs-

bewegung der Hohlkörper i gegenüber (lern Ge-

häuse 9 nicht zu behindern. Die Beanspruchung der

.NZembran 29 durch den Öldruck wird dadurch ver-

ringert, daß ein kleiner Teilstrom des Öles aus dem

Raum io durch kleine Öffnungen 30 in den Raum

hinter den Umkehrstücken 24 eintritt und durch

die Öffnung 3 t in den Raum t i austritt, so daß nur

ein geringer Druckunterschied zwischen der vor-

deren und leitfiteren Flache der 'Metallmembran auf-

tritt.

Die Mittel, durch die bei der Erfindung eine

wesentliche Steigerung der Kühlleistung eintritt,

siti(1 fc>lgeiide: Der Widerstand des fließenden Öles

ist allein auf die Reibung der Flüssigkeit an den

Kanal\vä nden beschränkt. Verluste durch vielfache

Beschleuiiigting treten nicht auf, weil die Öl-

geschwindigkeit gleich bleibt. Zusätzliche Krüm-

niung;\ erlustv# sind N'erniiedeti, und Wirbelverluste

sind infol(,e Schleifens der Katialwäride nicht vor-

handrn. Der zur @"ei-fügutig stehende Druckunter-

schied kann daher iit \-oller Höhe zur Erzeugung

einer hoben ( iesch@@ in(ligkeit aufgewendet werden.

()a alter hei lZiclireiikiililerti und anderen aus dünn-

«andigein 2attstcifi hergestellten Bauformen die

Druckfestigkeit der -\ttstatischtlächen eine geringe

ist. sind hui clie:en -\usführttngen der Öldruck und

damit auch die i >Igcscli@@ indigkeit gering. Bei dem

Kühler g(#ni:iß \orliegeticler u?rtiii(lutig wurde die

Druckfestigkeit der l%#--iil)lelenieiite auf wirksame

Weise dadurch erliiilit, daß die 1-lohlkörper i durch

Stege 2 in einzelne Kammern unterteilt werden, wo-

durch die Druckfestigkeit mit dem Quadrat der An-

zahl der 1%l-aninieri' 3, also finit dein Quadrat von

Stegzahl + i ansteigt. Die Kanalweite beträgt bei

Kühlern gemäß \-orliegen(ler Erfindung nur etwa

i bis 1,5 tim, weshalb auch die Kanalwände zwecks

Verstellung gleichbleibender Kanalweite geschliffen

«-erlen müssen. 1)ie Kanalweite ist von der abso-

lutCn Z11hlglcelt (ICs Ole:, die zwisclieti 0,02 und

o,0o2 liegt, stark abliiiiigig. Bei (lern Kühler gemäß

%urliegeti(ler 1?rhn(iung ist daher die wirksame An-

passung der l@.uialwcite an die Ölzähigkeit durch

Änderung der lliilie der -\bstandsbolzen 5 eine

wichtige llaßii2tliine.

Die \\'a@sergesch@@indigl:eit wird dadurch erliölit,

dal.i die Kanüle 3 nacheinander \ om Kühlwasser

durchflossen \\-erden. Hierdurch besteht die Möglich-

keit, an Kühlwassernietige erheblich zu sparen. Die

Wassergeschwindigkeit kann <furch Einbau von

Füllstücken t fi gesteigert werden. wie (lies bei Fahr-

zeugen nötig sein w ircl. l:s ist ein weiterer Vorzug

der 1 Iolilkürlier i mit durch Stege 2 abgeteilten

Kamine rn, daß (las Kühlwasser zunächst die am Öl-

austritt liegende Kanalreibe durchfließt wodurch

der Vorteil des (-#egenstronies erreicht wird.

Ferner ergeben sich noch folgende betriebliche Vor-

teile: Die Ankerbolzen liegen im Ölraum und sind

im Gegensatz zu den Ankerbolzen der Röhrenkühler

gegeit Korrosion geschützt. Die Reinigung der

Wasserkanäle 3 kante nach Abschrauben der Ver-

teilungskammer 22 durch die Schlitze i9 der Schlitz-

platte iS schnellsten; erfolgen, ZwecksReinigungder

Spaltkanäle für (las C)l kann der Kühler nach Lösen

der Schrauheii 21 der Schlitzplatte 18 vollständig

zerlegt werden, was bei einem Röhrenkühler z. B.

nicht möglich ist.

In der Beschreibung ist die Bauform und Wirkungsweise an einem Ölkühler erläutert. Die beschriebene Bauform eignet sich aber auch für Erhitzung von Flüssigkeiten durch Dampf, wobei der Dampf durch Spaltkanäle fließt, deren Wandabstand a gegenüber denjenigen von Ölkühlern wesentlich geringer ist. Auch für Lufterhitzer und Luftkühler kann die beschriebene Bauart angewendet werden, ohne daß 'hinsichtlich seiner Wirkungsweise eine prinzipielle Änderung auftritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. \\'ärmeaustauscher, bestehend aus losen. schmalen Hohlkörpern, vorzugsweise aus Guli eisen, deren Seitenwände durch Stege verbunden sind, so (laß der Hohlraum in zwei oder mehrere Kanäle für den Durchfluß des einen wä rmeaustauschenden Mittels unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, (laß das andere Wärmeaustauschmittel durch die engen und ebenflächig begrenzten Zwischenräume (4) zwischen je zwei atieitiandergrenzenden Hohlkörpern strömt.
2. \\'ärnieaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper ( i ) mittels besonderer Bolzen (5) in einem geringen .-\bstand N oneinander im Gehäuse gehalten werden.
3. \\-ärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Hohlkörper (i) durch schmale Leisten an Stelle der Bolzen (5) im Allstand gehalten werden. .
4. \V ärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Hohlkörper (i) am hinteren Ende von einem gemeinsamen Umkehrstück (24) abgeschlossen werden, in dem der Umleitkanal (25) eingegossen ist.
5. \\'ärmeaustauscher nach Anspruch .4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (i) paarweise durch Anker (26), die in Ausbuchtungen der engen Zwischenräume (4) liegen, die Umkehrstücke (24) und die Verteilerstücke (22) mit einer Schlitzplatte (18) dichtend zusammenpressen.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, (laß der Ankerzug unter Zwischenschaltung von Federn, vorzugsweise Tellerfedern (27), auf die Umkehrstücke (24) wirkt. 7. \t'ä rmeaustauscher nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Umkehrstücken (24) und dem Gehäusedeckel (28) durch eine gemeinsame, in der Deckelfuge und zwischen den Umkehrstücken (24) und den Hohlkörpern (i) liegende Metalltneml,ran (29) abgeschlossen wird und durch kleine Druckausgleichsöffnungen (3o und 30 mit der Ein- (to) und Austrittskammer (i i) des Gehäuses (9) verbunden ist. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 875 3o6.