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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Wärmeaustauscherelement in bzw. für einen Wärmeaus- tauscher, der eine Vielzahl solcher, einander benachbart angeordneter Wärmeaustauscherelemente aufweist.
Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein Wärmeaustauscherelement, das aus zwei scheibenartigen
Metallblechen zusammengesetzt ist, die an ihren flachen, einander berührenden Seiten miteinander verbunden und unter Bildung eines für das erste von zwei Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfinden soll, vorgesehenen Strömungskanal zwischen ihnen verformt sind, wogegen das zweite Medium in Kontakt mit den Aussenflächen des Wärmeaustauscherelements steht, wobei die unverformten Teile des
Wärmeaustauscherelements mit dem Strömungskanal einstückige Flansche bilden, in denen Öffnungen für einen Durchfluss des zweiten Mediums vorgesehen sind.
Weiters bezieht sich die Erfindung auf einen
Wärmeaustauscher mit mehreren solchen Wärmeaustauscherelementen.
Bei derartigen Wärmeaustauscherelementen (vgl. z. B. US-PS Nr. 2, 900, 175, DE-OS 1501607), können die in ihrer Umrissgestalt identischen Metallbleche durch Pressen od. dgl. mit Ausbuchtungen versehen sein, deren konvexe Wandungen bei miteinander verbundenen Blechen nach aussen zeigen. Diese verformten Teile der Bleche oder Ausbuchtungen definieren dann den Strömungskanal für das erste
Medium. Die beim Pressvorgang nicht verformten Blechteile liegen flächig aneinander und sind dicht mit- einander verbunden. Dadurch, dass diese nicht verformten Teile mit dem Strömungskanal einstückige
Flansche bilden, wird die Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauscherelemente effektiv vergrössert.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Wärmeaustauscherelements sowie Wärmeaus- tauschers der oben angegebenen Art, das besonders einfach und preiswert in der Herstellung ist und dabei einen verbesserten Wärmeaustausch ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Wärmeaustauscherelement der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Öffnungen in an sich bekannter Weise durch einen Stanz- und Biegevorgang unter
Bildung von Laschen gebildet sind, und dass die Laschen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen weg von der Zwischenebene zwischen den beiden Metallblechen gebogen sind. Dadurch wird ein vorteilhaftes Strömungsmuster im Wärmeaustauscher unter Bildung von Wirbeln ermöglicht, wobei auch ein vergrösserter wirksamer Strömungsdurchlass für das durch die Öffnungen strömende zweite Medium ermöglicht wird, so dass ein verbesserter Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien erzielt werden kann. Ausserdem können die ausgestanzten und abgebogenen Laschen als Abstütz- und Distanzelemente verwendet werden.
In diesem Zusammenhang ist ein erfindungsgemässer Wärmeaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherelemente in an sich bekannter Weise mit den Ebenen der Metallbleche parallel zueinander angeodnet und die Laschen sowie Öffnungen einander benachbarter Wärmeaustauscherelemente unter Bildung abgewinkelter Strömungswege gegeneinander versetzt sind. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Strömungskanäle eines Wärmeaustauscherelements an einem Teil der Laschen eines benachbarten Wärmeaustauscherelements anliegen und so von diesen Laschen auf Abstand gehalten bzw. gestützt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen : die Fig. l eine Draufsicht auf ein erfindungsgemässes Wärmeaus- tauscherelement ; Fig. 2 einen Schnitt durch zwei übereinander angeordnete Wärmeaustauscherelemente gemäss der Linie II-II in Fig. l und die Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Teiles eines Wärmeaustauscherelements gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung.
Das in Fig. l dargestellte Wärmeaustauscherelement besteht im wesentlichen aus einer rechteckigen Metallscheibe --2--. Im allgemeinen wird eine Vielzahl solcher Wärmeaustauscherelemente innerhalb eines Mantels in einer Reihe oder Säule angeordnet, so dass alle Wärmeaustauscherelemente längs einer gemeinsamen geometrischen Mittelachse in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. Das eine der beiden Medien strömt im Wärmeaustauscher im Raum zwischen dem Mantel des so gebildeten Wärmeaustauschers und den einzelnen Wärmeaustauscherelementen, während das andere Medium innerhalb der Wärmeaustauscherelemente fliesst. Die in den Wärmeaustauscherelementen vorgesehenen Strömungskanäle können alle miteinander verbunden sein.
Anderseits können die Wärmeaustauscherelemente auch in zwei oder mehr Gruppen unterteilt werden und die Wärmeaustauscherelemente nur gruppenweise miteinander verbunden sein. Jede solche Gruppe oder Einheit ist mit getrennten Einlässen und Auslässen für das innerhalb der Wärmeaustauscherelemente strömende Medium versehen.
Jede Scheibe --2-- bzw. jedes Wärmeaustauscherelement besteht aus zwei Blechen --3, 4--, welche bei der Ausführungsform gemäss Fig. l einen im wesentlichen rechteckigen Umriss aufweisen, jedoch an sich
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versehen. Die Ausbuchtungen --5-- der zwei Metallbleche 4--eines Wärmeaustauscherelements liegen einander gegenüber und bilden so einen röhrenförmigen Strömungskanal --6--, dessen Ein- und Auslassenden sich nahe dem Aussenrand des Wärmeaustauscherelements befinden, wie aus Fig. l ersichtlich ist. Der Strömungskanal --6-- folgt im allgemeinen einem unregelmässigen Weg. Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft der Strömungskanal --6-- mäanderförmig, er kann jedoch auch z.
B. die Gestalt einer Doppelspirale aufweisen, u. zw. insbesondere bei kreisförmigen Wärmeaustauscherelementen.
Die flachen, unverformten Teile --7-- der beiden Metallbleche --3, 4--, die zwischen den Abschnitten des Strömungskanals --6-- liegen, werden miteinander, beispielsweise durch Nahtschweissung, verbunden. Auf diese Weise wird das Innere des Strömungskanals --6-- gegenüber den aneinanderliegenden Flächen der Metallbleche --3, 4-- abgedichtet. Vorzugsweise wird eine derartige Schweissnaht nahe dem Strömungskanal --6-- zu dessen beiden Seiten vorgesehen. Dadurch wird verhindert, dass Teile des
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Wärmeaustauscherelements weg nach aussen geobgen werden. Die Laschen --16-- sind abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen abgebogen, wie dies in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht ist.
Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäss Fig. 2 und 3 ist, dass bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 die Abmessung der Öffnungen --8--, in einem rechten Winkel zum Strömungskanal--6-- gesehen, grösser als die Gesamtlänge der zwei einander gegenüberliegenden Laschen --16-- vor deren Abbiegung ist. Bei dieser Ausführungsform wurde also ein mittlerer Teil der Bleche beim Stanzvorgang entfernt.
Die Hauptvorteile der Laschen --16-- sind die folgenden : Erstens wird der wirksame Strömungsdurchlass für das durch die Öffnungen --8-- strömende Medium vergrössert. Zweitens bewirkt die wiederholte Richtungsumkehr für die Strömung des Mediums die Schaffung von Wirbeln. Diese zwei Tatsachen führen zu einem verbesserten Wärmeaustausch zwischen den zwei Medien. Drittens können die Laschen --16-- auch als Abstandselemente oder mechanische Abstützungen in der Weise dienen, dass der oder die Strömungskanäle --6-- des einen Wärmeaustauscherelements auf dem Rand der Laschen --16-- des benachbarten Wärmeaustauscherelements aufliegen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Der Mantel des Wärmeaustauschers kann die Wärmeaustauscherelementsäule mit enger Passung umgeben. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Wärmeaustauschers ermöglicht, und überdies kann die Strömung des äusseren Mediums leichter geregelt werden, indem insbesondere die Grösse und/oder Anzahl der Öffnungen --8-- variiert werden. Auch ist ein hohes Mass an Standardisierung möglich. Dazu sei ausgeführt, dass Wärmeaustauscherelemente einer vorgegebenen Grösse und mit einem vorgegebenen Strömungskanalverlauf innerhalb ziemlich weiter Grenzen in Wärmeaustauschern, die voneinander hinsichtlich ihrer Kapazität oder anderer Kenndaten verschieden sind, einfach dadurch verwendet werden können, indem die Anzahl, Grösse und Stelle der Öffnungen --8-- variiert wird.
Ein besonderer Vorteil ist weiters darin gelegen, dass der effektive Gesamtquerschnitt der Öffnungen --8-- leicht vergrössert werden kann, u. zw. unter Umständen auch dann, wenn der Wärmeaustauscher bereits in Betrieb genommen worden ist und sich eine solche Vergrösserung als wünschenswert oder notwendig erweisen sollte.
Zur Verbindung der Strömungskanäle der einzelnen Wärmeaustauscherelemente weisen letztere, wie aus Fig. l ersichtlich ist, an jeder der vier Ecken eine Ausnehmung auf, deren Gestalt oder Querschnitts-
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Umrisslinie der einzelnen Wärmeaustauscherelemente liegen jedes zweite Wärmeaustauscherelement einer Säule ist mit den beiden Enden des Strömungskanals --6-- an zwei benachbarte Röhren, z. B. auf der rechten Seite gemäss Fig. l, angeschlossen, während die andern Wärmeaustauscherelemente an zwei andern Röhren angeschlossen sind. Jedes Wärmeaustauscherelement ist nur mit jenen zwei Röhren bleibend verbunden, mit denen der Strömungskanal --6-- in Verbindung steht oder, mit andern Worten die Wärmeaustauscherelemente werden von diesen Röhren frei vorspringend getragen.
Zufolge dieser Anordnung wird die Herstellung des Wärmeaustauschers ebenso wie dessen Demontage, etwa zur Reparatur, Überprüfung oder
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Reinigung, wesentlich erleichtert. Dabei können nach Entfernen des Mantels von der Wärmeaustauscherelementensäule die so gebildeten zwei Hälften der Säule voneinander getrennt werden. Zur Vergrösserung der mechanischen Stabilität der Wärmeaustauscherelementensäule können geeignete, nicht dargestellte Abstandselemente zwischen den einzelnen Wärmeaustauscherelementen vorgesehen werden, die diese Wärmeaustauscherelemente gegeneinander abstützen. Vor allem können, wie erwähnt, die Laschen --16-zur gegenseitigen Abstützung der Wärmeaustauscherelemente verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscherelement, das aus zwei scheibenartigen Metallblechen zusammengesetzt ist, die an ihren flachen, einander berührenden Seiten miteinander verbunden und unter Bildung eines für das erste von zwei Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfinden soll, vorgesehenen Strömungskanal zwischen ihnen verformt sind, wogegen das zweite Medium in Kontakt mit den Aussenflächen des Wärmeaustauscherelements steht, wobei die unverformten Teile des Wärmeaustauscherelements mit dem
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unddass die Laschen (16) abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen weg von der Zwischenebene zwischen den beiden Metallblechen (3,4) gebogen sind.
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The invention relates generally to a heat exchanger element in or for a heat exchanger which has a plurality of such heat exchanger elements arranged adjacent to one another.
More specifically, the invention relates to a heat exchanger element, which consists of two disc-like
Metal sheets are assembled, which are connected to one another on their flat, mutually touching sides and are deformed between them to form a flow channel provided for the first of two media between which the heat exchange is to take place, whereas the second medium is in contact with the outer surfaces of the heat exchanger element stands, with the undeformed parts of the
Form heat exchanger element with the flow channel integral flanges in which openings are provided for a flow of the second medium.
The invention also relates to a
Heat exchanger with several such heat exchanger elements.
In such heat exchanger elements (cf., for example, US Pat. No. 2,900,175, DE-OS 1501607), the metal sheets, which are identical in outline, can be provided with bulges by pressing or the like, the convex walls of which with one another connected sheets to the outside. These deformed parts of the sheets or bulges then define the flow channel for the first
Medium. The sheet metal parts not deformed during the pressing process lie flat against one another and are tightly connected to one another. Because these non-deformed parts are integral with the flow channel
Forming flanges, the heat exchange surface of the heat exchanger elements is effectively increased.
The aim of the invention is to create an improved heat exchanger element and heat exchanger of the type specified above, which is particularly simple and inexpensive to manufacture and at the same time enables an improved heat exchange.
The heat exchanger element according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the openings are formed in a manner known per se by means of a punching and bending process
Formation of tabs are formed, and that the tabs are alternately bent in opposite directions away from the intermediate plane between the two metal sheets. This enables an advantageous flow pattern in the heat exchanger with the formation of eddies, with an enlarged effective flow passage for the second medium flowing through the openings being made possible, so that an improved heat exchange between the two media can be achieved. In addition, the punched out and bent tabs can be used as support and spacer elements.
In this context, a heat exchanger according to the invention is characterized in that the heat exchanger elements are arranged in a manner known per se with the planes of the metal sheets parallel to one another and the tabs and openings of adjacent heat exchanger elements are offset from one another to form angled flow paths. It is particularly advantageous if the flow channels of a heat exchanger element bear against part of the brackets of an adjacent heat exchanger element and are thus kept at a distance or supported by these brackets.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. The figures show: FIG. 1 a plan view of a heat exchanger element according to the invention; FIG. 2 shows a section through two heat exchanger elements arranged one above the other along the line II-II in FIG. 1 and FIG. 3 shows a diagrammatic view of part of a heat exchanger element according to another embodiment of the invention.
The heat exchanger element shown in Fig. 1 consists essentially of a rectangular metal disc --2--. In general, a plurality of such heat exchanger elements are arranged within a shell in a row or column, so that all heat exchanger elements are arranged along a common geometric central axis in mutually parallel planes. One of the two media flows in the heat exchanger in the space between the jacket of the heat exchanger formed in this way and the individual heat exchanger elements, while the other medium flows within the heat exchanger elements. The flow channels provided in the heat exchanger elements can all be connected to one another.
On the other hand, the heat exchanger elements can also be divided into two or more groups and the heat exchanger elements can only be connected to one another in groups. Each such group or unit is provided with separate inlets and outlets for the medium flowing within the heat exchanger elements.
Each disc --2-- or each heat exchanger element consists of two metal sheets --3, 4-- which, in the embodiment according to FIG. 1, have an essentially rectangular outline, but in themselves
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Mistake. The bulges --5-- of the two metal sheets 4 - of a heat exchanger element lie opposite one another and thus form a tubular flow channel --6-- whose inlet and outlet ends are located near the outer edge of the heat exchanger element, as can be seen in FIG . The flow channel --6-- generally follows an irregular path. In the embodiment shown, the flow channel --6-- runs in a meander shape, but it can also be, for.
B. have the shape of a double spiral, u. between. Especially with circular heat exchanger elements.
The flat, undeformed parts --7-- of the two metal sheets --3, 4--, which lie between the sections of the flow channel --6-- are connected to one another, for example by seam welding. In this way, the inside of the flow channel --6-- is sealed against the adjacent surfaces of the metal sheets --3, 4--. Such a weld seam is preferably provided close to the flow channel --6 - on both sides thereof. This prevents parts of the
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Heat exchanger element are lifted away to the outside. The tabs --16 - are alternately bent in opposite directions, as illustrated in FIGS. 2 and 3.
The difference between the embodiments according to FIGS. 2 and 3 is that in the embodiment according to FIG. 2 the dimensions of the openings --8--, seen at a right angle to the flow channel - 6--, are greater than the total length of the two opposite tabs --16 - are before their bend. In this embodiment, a central part of the metal sheets was removed during the punching process.
The main advantages of the tabs --16-- are as follows: First, the effective flow passage for the medium flowing through the openings --8-- is increased. Second, the repeated reversal of direction for the flow of the medium creates eddies. These two facts lead to an improved heat exchange between the two media. Thirdly, the tabs --16-- can also serve as spacer elements or mechanical supports in such a way that the flow channel or channels --6-- of one heat exchanger element rest on the edge of the tabs --16-- of the adjacent heat exchanger element, as shown in FIG Fig. 2 can be seen.
The shell of the heat exchanger can surround the heat exchanger element column with a tight fit. This enables a particularly compact design of the heat exchanger and, moreover, the flow of the external medium can be regulated more easily by in particular varying the size and / or number of openings --8--. A high degree of standardization is also possible. To this end, it should be stated that heat exchanger elements of a given size and with a given flow channel course can be used within fairly wide limits in heat exchangers that differ from one another in terms of their capacity or other characteristics simply by changing the number, size and location of the openings --8 - is varied.
Another particular advantage is that the effective total cross-section of the openings --8-- can be increased slightly, e.g. between under certain circumstances also when the heat exchanger has already been put into operation and such an increase should prove to be desirable or necessary.
To connect the flow channels of the individual heat exchanger elements, the latter have, as can be seen from Fig. 1, a recess at each of the four corners, the shape or cross-sectional
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Outlines of the individual heat exchanger elements lie every second heat exchanger element of a column is connected to the two ends of the flow channel --6-- on two adjacent tubes, e.g. B. on the right side according to FIG. 1, while the other heat exchanger elements are connected to two other tubes. Each heat exchanger element is permanently connected only to those two tubes with which the flow channel --6-- is in connection or, in other words, the heat exchanger elements are carried freely projecting from these tubes.
As a result of this arrangement, the manufacture of the heat exchanger as well as its dismantling, for example for repair, inspection or
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Cleaning, much easier. After removing the jacket from the heat exchanger element column, the two halves of the column thus formed can be separated from one another. To increase the mechanical stability of the heat exchanger element column, suitable spacer elements (not shown) can be provided between the individual heat exchanger elements, which support these heat exchanger elements against one another. Above all, as mentioned, the brackets -16- can be used to support the heat exchanger elements on each other.
PATENT CLAIMS:
1. Heat exchanger element, which is composed of two disc-like metal sheets which are connected to one another on their flat, mutually contacting sides and are deformed between them to form a flow channel intended for the first of two media between which the heat exchange is to take place, whereas the second is Medium is in contact with the outer surfaces of the heat exchanger element, the undeformed parts of the heat exchanger element with the
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and that the tabs (16) are alternately bent in opposite directions away from the intermediate plane between the two metal sheets (3, 4).