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Vakuumwärmeaustauscherplatte Die Erfindung betrifft eine Vakuumwärmeaustauscherplatte
mit zwei im wesentlichen parallel verlaufenden, gasdicht miteinander verbundenen
Außenwänden, zwischen denen eine Schlange für ein in Wärmeaustausch mit dem außerhalb
der Platte befindlichen Kühlgut verdampfendes Kältemittel angeordnet ist.
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Bei den bekannten Wärmeaustauscherplatten sind die Schlangen für das
Kältemittel durch selbständige Röhren gebildet, die von den beiden Wänden der Platte
getrennt sind. Bei einer anderen bekannten Ausführungsform sind die Leitungen für
die Kühlflüssigkeit dadurch gebildet, daß zwei Bleche teilweise miteinander verschweißt
sind, so daB Hohlräume entstehen. Zweck der Erfindung ist eine besonders einfache
und vorteilhafte Ausbildung einer solchen Wärmeaustauscherplatte, bei der insbesondere
eine Verwendung von verhältnismäßig dünnem Blech möglich ist und bei der sich ein
guter, den Wärmeaustausch begünstigender Kontakt zwischen den ebenen Seitenflächen
und der Schlange ergibt.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vakuumwärmeaustauscherplatte der erwähnten
Art vorgesehen, welche gekennzeichnet ist durch eine im Zwischenraum der Außenwände
angeordnete Zwischenwand, die zusammen mit einer der Außenwände einen langen, gewundenen
Kanal für das Kältemittel bildet, während der Druck in dem Raum zwischen der Zwischenwand
und der anderen Außenwand so
weit erniedrigt ist, daß der äußere
Atmosphärendruck diese Außenwand gegen die Zwischenwand drückt.
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Es sind Plattenwärmeaustauscher bekannt, die von zwei verschiedenen
Medien mit unterschiedlichen Temperaturen durchströmt werden, wobei die Medien einen
indirekten Wärmeaustausch vornehmen. Ein solcher Plattenwärmeaustauscher enthält
beispielsweise eine Anzahl parallel verlaufender ebener Platten, zwischen denen
im wesentlichen mäanderförmig angeordnete Kanalplatten liegen, die an den Enden
gegenüber den ebenen Platten durch Gummiringe abgedichtet sind. Es ist jedoch nicht
bekannt, eine solche Ausbildung bei Platten zu verwenden, wie sie bei Verdampfern
in Kältemaschinen gebraucht werden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahtne, im Zwischenraum der
verhältnismäßig dünnen Außenwände eines Vakuumwärmeaustauschers eine Wand anzuordnen,
die zusammen mit der Außenwand einen langen gewundenen Kanal für das Kälteelement
bildet, wobei der Raum zwischen der Zwischenwand und der anderen Außenwand evakuiert
ist, ergibt sich der Vorteil, daß die äußeren Bleche gegeneinander gedrückt werden,
so daß sich ein sehr guter, den Wärmeaustausch begünstigender Kontakt zwischen den
Seitenflächen und dem die Schlange für das Kühlmittel bildenden Blech ergibt. Dies
ist besonders vorteilhaft bei solchen Kühleinrichtungen, bei denen eine Anzahl von
Platten vorhanden sind, zwischen denen sich. Flüssigkeit befindet, die zu gefrieren
ist. Bei diesen Einrichtungen ist es wesentlich, daß die Platten genau eben sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zwischenwand;
welche mit einer der Außenwände die Schlange für das Kältemittel bildet, aus geprägtem
Blech ausgebildet. Vorzugsweise ist die Zwischenwand seitlich des die Schlange bildenden
gewundenen Pfades mit einer der Außenwände an den Berührungsstellen verschweißt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können innerhalb der
erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmeaustauscherplatte noch Mittel zum Auftauen, insbesondere
Heizspiralen, vorgesehen sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher an Hand von Ausführungsbeispielen
der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i zeigt eine erfindungsgemäße Gefrier- oder Kühlplatte in Draufsicht;
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht zu Fig. i; Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab verkürzt
einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. q. zeigt in gleicher Ansicht
'wie Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Platte; Fig. 5 ist ein Schnitt
entlang der Linie 5-5 der Fig. q.; Fig. 6 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgethäßen Kühlplatte; Fig. 7 zeigt die Kühlplatte der Fig. 6 in Seitenansicht;
Fig. 8 zeigt in größerem Maßstab verkürzt einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der
Fig. 7; Fig. 9 zeigt in ähnlicher Ansicht wie Fig. 8 eine weitere Variante der Kühlplatte;
Fig. io ist ein Schnitt entlang der Linie io-io der Fig. 9.
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In den Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche
Teile oder in gleicher Weise wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in den Fig. i bis 5 dargestellten Wärmeaustauschkörper haben vollkommen
ebene Seitenwände i aus Blech. Aus Blech geformte Zwischenwände 2 bilden entsprechend
ihrer Gestalt zusammen mit der Wand i Verdampfungswindungen oder -kanäle, wie sie
in der Zeichnung allgemein mit A bezeichnet sind. Die Zwischenwand 2 ist mit ebenen
Randflanschen 3 und dazwischen liegenden ebenen Wandungsteilen q. versehen, welche
alle an der Innenfläche der Seitenwand i anliegen. Die Bleche i und 2 sind mit bekannten
Mitteln miteinander verbunden. Sie können z. B. zunächst punktgeschweißt und danach
mit einer durchlaufenden Schweißnaht versehen werden, so daß die zwei aneinanderliegenden
Wandungen zusammen Verdampfungskanäle der Rohrschlange A bilden, welche von ihrem
einen Ende 5 bis zum anderen Ende 6 gasdicht abgeschlossen sind.
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Die eigentliche Rohrschlange wird gebildet durch eingedrückte vorragende
Wandungsteile 7 der Zwischenwand 2. Die genannte Rohrschlange kann jede beliebige
Gestalt haben und ist in der Zeichnung mit abgerundeten Umlenkungen im Preßvorgang
hergestellt. Die Enden 5 und 6 der Verdampfungsschlange A sind an Zuleitungen 5a
und 6" angeschlossen, über welche das flüchtige Gefriermittel ein- oder ausgeleitet
wird. Wenn das flüchtige Gefriermittel in flüssiger oder auch teilweise flüssiger
Form durch die Rohrleitung 5" eingebracht wird, kann dieses in Rohrschlange A verdampfen
und in verdampfter Form durch die Rohrleitung 6" abgenommen werden.
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Der Zwischenraum zwischen den beiden-Außenwänden i und io kann ganz
oder teilweise mit einer Wärme absorbierenden Flüssigkeit angefüllt sein, welche
gegebenenfalls mit geeigneten Widerständen 115" (Fig. 6 und 7) aufgeheizt werden
kann. Bei den Ausführungsbeispielen der genannten Figuren wird das flüchtige Gefriermittel
über die Einlaßöffnung 5a eingebracht und über die Auslaßöffnung 6" wieder entnommen.
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Es hat sich herausgestellt, daß es am günstigsten ist, wenn man ebene
Wärmeaustauschkörper, insbesondere solche mit parallelen Seitenwänden, verwendet,
da es bei diesen einfacher ist, die Plattenoberfläche zu reinigen und zu enteisen.
WärmeaustauschkÖrper mit ebenen Oberflächen ermöglichen auch eine Vergrößerung des
Anwendungsgebietes. Sie lassen sich z. B. unmittelbar als Verdampferplatten zum
normalen Verdampfen eines flüchtigen Verdampfungsmittels verwenden, wobei dann bekannte
eutektische Flüssigkeiten benutzt werden. Häufig ist es auch wichtig, Wärmeaustauschplatten
in
sehr engen Räumen unterzubringen, wobei zwischen den einzelnen Platten nur geringe
Luftspalte verbleiben, wie z. B. bei Klimaanlagen u. dgl., oder in Kühlanlagen zum
Kühlen von Luft oder Flüssigkeiten. In den genannten Fällen ist es wichtig, daß
die äußeren Plattenoberflächen an beiden Seiten eben sind. Die zweite in den zeichnerischen
Beispielen verwendete Außenwand io ist über ihre gesamte Oberfläche eben und nur
an ihren Rändern mit Seitenwänden i i und Randflanschen 12 versehen, welche mit
den entsprechenden Rändern der Außenwand i so verbunden sind, daß sie ein gasdicht
abgeschlossenes Gehäuse bilden.
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Die Wärmeaustauschkörper lassen sich aber auch in anderer Weise ohne
die in der Zeichnung dargestellten Randflansche herstellen, jedoch hat sich herausgestellt,
daß die in den Zeichnungen dargestellte Bauform sehr zweckmäßig ist und zufriedenstellend
arbeitet. Der Zwischenraum B zwischen der Außenwand io und der Zwischenwand 2 kann
mit einem eutektischen Stoff, mit Luft, Glyzerin od. dgl. gefüllt sein, wenn man
den Wärmeaustauschkörper für eine Kühlvorrichtung verwendet. In solchen Fällen ist
es auch zweckmäßig, den Zwischenraum B teilweise leer zu saugen. Dies kann in bekannter
Weise, z. B. durch eine geeignete Pumpe (nicht dargestellt), welche die Luft über
einen Anschlußstutzen 14 mit einer inneren Bohrung 15 herauspumpt, geschehen. Nach
Erreichen eines genügenden Druckunterschiedes kann die Pumpe abgeschaltet werden,
worauf dann der äußere Luftdruck in die Kugel 16 des Rückschlagventi's gegen die
Einlaßöffnung der Bohrung 15 drückt :und diese verschließt. Danach kann der Anschlußstutzen
14 in bekannter Weise durch einen Stopfen 17 oder sonstige Dichtungsmittel verschlossen
werden. Hierdurch wird ständig, oder wenigstens für einen großen Zeitabschnitt,
eine Druckdifferenz aufrechterhalten, welche zur Folge hat, daß der äußere Drucküberschuß
die Seitenwand io fest gegen die Ausstülpungen 7" der Rohrschlangenwandungen 2 andrückt.
Durch diese Maßnahme ist eine Wärmeaustauschmöglichkeit zwischen der Seitenwand
io und dem verdampfenden Kühlmittel in der Rohrschlange A gewährleistet, und es
ist ein Wärmeaustauschkörper geschaffen, der flach und fest ist und auch parallele
ebene Außenwände i und io besitzt. Gewünschtenfalls kann die beschriebene Dichtung
auch dazu verwandt werden, um das anfängliche Einfüllen oder Nachfüllen von Flüssigkeit
in das Platteninnere zu ermöglichen.
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Die Ausführungsform der Wärmeaustauschkörper nach den Fig. i bis 3
ist für Verwendung einer kleinen Menge eutektischer oder anderer Flüssigkeiten vorgesehen,
während es im Normalfall zweckmäßiger ist, einen relativ großen Be` hälter für die
eutektische oder andere Flüssigkeit vorzusehen. In dem letzteren Fall sind die Ausführungsformen
nach Fig. q. und 5 besser geeignet, bei denen die Plattenaußenwand 2o mit tieferen
oder breiteren Seitenwänden oder Flanschen 2i versehen ist. Bei dieser Anordnung
wird die Außenwand 2o, welche von der eingepreßten Rohrschlange abgelegen ist, von
einer Mehrzahl von Stegen 22 gestützt, welche zwecks Versteifung untereinander mit
quer verlaufenden Halte- und Abstandstangen 23 od. dgl. verbunden sind.
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Die Stege 22 haben gerade Kanten 2d., auf welche die innere Oberfläche
der Außenwand 2o zum Aufliegen kommt, sobald diese durch den zuvor erwähnten Differenzdruck
nach innen gezoger, wird. An ihren entgegengesetzt gelegenen Kanten können die Stege
22 an den gegenüberliegenden Oberflächen der Zwischenwand 2 zum Anliegen kommen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß, sofern die Stegkanten 25 der Form der Rohrschlangenwandung
oder deren Wandung 2 angepaßt werden, keine übertriebene Maßgenauigkeit erforderlich
ist.
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Durch die Anwendung der zuvor beschriebenen Druckdifferenz wird bewirkt,
daß der auf die äußeren Oberflächen der Außenwände i und 2o einwirkende Atmosphärendruck
die Kanten der Stege 22 in die erforderliche Wärmeaustauchbeziehung einerseits zur
Außenwand 20 und andererseits zur Zwischenwand 2 bringt. Damit die eutektische Flüssigkeit
sich verteilen und ausdehnen kann, sind in den Stegen 22 Aussparungen oder Durchbrüche
26 vorgesehen.
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Die Ausführungsformen der Fig.6 bis io entsprechen denen der Fig.
i bis 5, nur sind bei den erstgenannten noch zusätzliche Enteisungsanlagen, z. B.
elektrische Widerstände, vorgesehen. In den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 bis 8
ist ein Heizwiderstand 115" dargestellt, welcher in bekannter Weise aus einer äußeren
Umhüllung 50 mit einem Widerstandsdraht 51 und einer Isolation 5a besteht.
Die äußere Umhüllung 5o kann in ihrem Außendurchmesser dem Abstand der Platten i
und io entsprechen, so daß dem Heizelement ein guter Wärmeübergang zu beiden Plattenaußenwänden
ermöglicht ist. Einzelheiten der Heizwiderstandsanordnung besitzen für sich allein
keine erfinderischen Merkmale, und es läßt sich jeder geeignete Widerstand verwenden.
In Fig.6 ist die Widerstandsanordnung. zwischen den einzelnen Rohrleitungen der
Rohrschlange 7 eingebettet. Die Zuleitungen 53 und 54 zum Heizwiderstand liegen
an einer geeigneten Spannungsquelle.
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Bei den Ausführungsformen nach Fig. 9 und io ist der Heizwiderstand
1i56 nur schematisch dargestellt, denn es kann der elektrische Leitungsanschluß
und die Befestigung des Heizleiters in jeder zweckmäßigen Weise angeordnet werden.
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Es sind somit äußerst einfach aufgebaute Auftauvorrichtungen und Wärnieaustauschereinheiten
geschaffen, welche einfach, gedrungen und stark sind und leicht eingebaut und versandt
werden können. In ihrem flachen oder parallelwandigen Aufbau lassen sich die Wärmeaustauschkörper
leicht reinigen. Das Auftauen geschieht sehr schnell, so daJ3 die Vereisung abplatzt
oder sich leicht abkratzen läßt. Sämtliche dargestellten und beschriebenen Wärmeaustauschkörper
können als Verdampfer benutzt werden und dann durch unmittelbare
Hitzeeinwirkung
abgetaut werden. Auch sind die Wärmeaustauscherplatten für Auftauanlagen verwendbar.
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Wenn die beschriebene Wärmeaustauscheranordnung lediglich als Kühlplatte,
insbesondere auch in leichter Anordnung zum Einbau in Kühlfahrzeuge Verwendung findet,
kann ein eutektischer Stoff verwendet werden, der bei einer zuvor festgelegten gewünschten
Temperatur gefriert. Ohne Änderung der Gestalt kann die beschriebene Wärmeaustauscheranordnung
auch wahlweise als Verdampfer für die zuvor beschriebenen besonderen Zwecke verwandt
werden. Als Baustoff für die Wärmeaustauscher kann jedes geeignete Material benutzt
werden, welches über die erforderlichen Wärme absorbierenden oder Wärme rückhaltenden
Eigenschaften verfügt.