Wärmeaustauschvorrichtung. Die Erfindung bezweckt, :eine Verbesse- rang von Wärmeaustauschvorriehtungen her beizuführen, bei welchen die mit dem äussern zu heizenden oder :abzukühlenden Medium, z. B.
Luft, in Berührung stehende, Wärme- austaus:chfläch:e flächenhafte DuTchbrechun- gen aufweisende Teile besitzt, durch welche das äussere Medium hindurchströmt. Der artige Wärmeaustauscher ermöglichen unter bedeutender :de , Gewichtes ,der Vorrichtung die Erreichung :einer hohem Wärmeübergan.b zahl.
Die in Rede stehenden Wärmeaustausühflächen können z. B. aus einer dünnen perforierten Platte oder aus feinen streifenförmigen Elementen odev Drähten, z. B. aus einem Drahtnetz bestehen und besitzen in der Strömungsrichtung des äussern Mediums, z. B.
Luft, eine sehr ge- ringe Abmessung. Dass durch eine der artige Wärmeaustauschfl:äohe hindurchströ mende äussere Medium verlä-sst die Fläche bereits nach kurzer Berührung;
ein relativ grosser Teil der Fläche wird durch frische Luft ;getroffen, die mit der Fläche -voran gehend nicht in. Berührung stand, wodurch der nutzbare Temperaturunterschied zwi- schen Fläche und Medium höher wird und :daher die Wärmeübertragung sich ,günstiger gestaltet.
Bei früheren Wärmeaustauseh.ern, bei welchen das äussere Medium gezwungen war, :die Wärmeaustauschfläche auf einem längeren Wege zu bestreichen, entstand ent lang :der Wärmeaustausehfläche infolge der Abbremsurng :des strömenden Medium e eine an die Fläche anhaftende, nach Massgabe .der Länge der Fläche an Stärke zu nehmende, wärmeisolierende Schicht (Prandtl- che Grenzsehieht);
demgegenüber kann sich bei den genannten durchbrochenen Wärme- austauschflächen, die in der Strömungsrich- tung :des äussern Mediums, wie erwähnt, nur eine ganz geringe Abmessung besitzen, eine :derartige starke wärmeisolierende Schicht nicht ausbilden, wodurch die WäTmeüber- gangszahl in weiterem Masse erhöht wird.
In oder Praxis taucht oft -die Aufgabe auf, Wärmeaustauschkörper im Innern eines kaminartigen Kanals anzuordnen, weleher dazu bestimmt ist, :die Strömung des äussern Mediums durch den Wä.rmeaustauschkörper hindurch zu fördern, oder aber es soll die Wärmeaustausehfläche als äussere Begren- zuugswand eines Kastens mit einer dem er wähnten Kanal ähnlichen Wirkung angeord net werden. Dabei stösst man bei Kanälen oder Kasten von gegebenen Abmessungen auf die Schwierigkeit, eine Wärmeaustausch flä:
ehe von entsprechender Wärmeabgabe in dem zur Verfügung stehenden Raum unter zubringen. Man wäre daher gezwungen, mehrere Wärmeaustausehflächen in der iStrö- mu@ngsrichtung hintereinander anzuordnen, was aber den Nachteil nach sich ziehen würde, dass das äussere Medium einen der Anzahl der Wärmeaustauschflächen entspre chend erhöhten Strömungswiderstand über winden müsste und gegebenenfalls eine un- erwünschte hohe Temperatur annehmen würde.
Gemäss der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, dass unter Anwendung einer Wärmeaustauschvorrich- tung mit zur Verteilung des innern Mediums dienenden Leitungen und zwischen .diesen befindlichen, flächenhaftenTeilen derWärme- austausehfläche, die Durchbrechungen auf weisen, durch welche das äussere Medium hindurchströmt,
die erwähnten Teile der Wärmeaustausehfläche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die zu den Verteil leitungen des innern Mediums senkrechten Schnitte der genannten Teile nach ungeraden Linien verlaufen.
Durch :die Vorrichtung gemäss der Er findung wird ausser dem Vorteil eines sehr günstigen Wärmeaustausches und der Ver kürzung der die Verteilleitun:gen miteinander verbindenden Sammelröhren der Vorteil des relativ geringen Raumbedarfes und der be deutenden Verringerung des Strömungs- wider3tandes des äussern Mediums erzielt, und zwar sowohl gegenüber einer einfachen, zur Strömungsrichtung des äussern Mediums senkrecht liegenden, ebenen Wärmeaustausch- fläehe,
als auch gegenüber mehreren in der Strömungsrichtung hintereinander angeord- neten ebenen Wärmeaustausehflächen.
Es sind zwar sehon Wärmeau6tauschvor- richtungen mit zwischen den Leitungen zum Umlauf des innern Mediums zickzackförmig angeordneten Wärmeaaustauschplatten be kannt geworden, doch handelte es eich dabei um volle, keine Durchbrechungen besitzende Platten,
wobei das äussere Medium entlang dieser vollen Platten mit dem oben erwähn ten grossen Nachteil der Vergrösserung der Dicke der erwähnten Prandtl'schen iGolieren- den Grenzsehicht strömte.
Durch diese Vor richtungen wurde zwar der alleinige Vorteil der Verringerung des Raumbedarfes ;gegebe nenfalls erreicht, doch konnte von einer Ver- ringerung des Strömungswiderstandes zu folge der soeben erwähnten nachteiligen Art der Strömung überhaupt nicht die Rede sein.
Auch wurde bereits eine Vorrichtung mit zwischen den Verteilleitungen des innern Mediums ziekzackförrnig angeordneten und durchbrochenen Teilen der Wärmeaustauseh- fläehe vorgeschlagen, doch wurden dabei diese Teile derart angeordnet, dass das Ge bilde nicht in einer zur Achse dieser Leitun- gen senkrechten,
sondern in einer dazu par allelen Ebene einen zickzackförmigen Quer schnitt besass. Dabei mussten notwendiger- weise eigenartige, einen flachen Querschnitt und eine sehr breite Mantelfläche besitzende Leitungen angewendet werden, um die Wärmeaustauschfläehen an die Leitungen wärmeleitend anschliessen zu können.
Dem- gegenüber können bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung billige Rohre mit. beliebig kleinem Querschnitt benützt werden.
In ,der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsformen der Wärmeauetauschvorrich- tung gemäss der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 ist eine teilweise Vorderansicht und o-. 2 ein lotrechter Querschnitt der Fi<B>el</B> einen Ausführungsform; Fig. .3 zeigt einen Quersobmittderselben nach einer zwischen den ,Sammelröhren ge dachten waagrechten Ebene;
Fig. 4 veranschaulicht :die obere iSammel- röhre und einen Teil der Wärmeaustausoh- flächendieser Ausführungsformen in per spektivischer Darstellung.
In den Fig. 5 bis J sind weitere Ausfüh- rung formen in teilweisem schematischen Querschnitten dargestellt.
In Fig. 1 bis 4 sind mit 1 die Verteiler röhren für das innere Medium, z. B. Warm wasser, mit 2 die obere und untere, die Ver teilerröhren zusammenfassende Sammelröhre und mit 3,die durchbrochenen plattenartigen Teile der Wärmeaustauschflä@che bezeichnet. Zwischen dem du rohbrochenen Teilen werden zur Sicherung einer höheren Festigkeit volle Streifen 4 belassen.
Aus Fig. 3 und 4 ist klar ersichtlich, dass der senkrecht zu den Röhren 1 :geführte Querschnitt der Wärmeaustanumhfläche nach einer gebrochenen, im dargestellten Beispiel zickzackförmi.gen Linie verläuft; dieselbe Wirkung kann auch erzielt werden, wenn der genannte Querschnitt der Wärmeaus- tausschfläehe nach. einer Wellenlinie gestaltet wird.
Dieses Wärmeaustauschgebilde wird an den Verteilerröhren 1 unter Sicherung der metallischen, d. h. wärmeleitenden Berüh rung, z. B. durch Lötung oder @Schweissung, derart befestigt, dass jede zweite Kulmina- tionsste'lle, z. B. Wellenberg des Gebildes, an je einer Verteilerröhre angeschlossen wird, oder aber es kann die Wärmeaustauschfläche mit :den Verteilerröhren aus einem Stück hergestellt werden.
Im übrigen können für die Gestaltung :des erwähnten Querschnittes beliebige ;gebrochene oder :gekrümmte Linien gewählt werden, wobei einzelne Teile der selben auch in den Zwischenraum zwischen den Verteilerröhren hineinragen, bezw. an vers.chied.enerSeite der Achsenebene .der Ver teilerröhren 1 angeordnet werden können.
Die Gestaltung gemäss Fig. 3, wonach sämt liche Teile .der Wärmeaustauschfläche 3 nur auf einer :Seite der Achsenebene der Ver- teilerröhre 1 zu liegen kommen, besitzt den Vorteil des einfacheren Zusammenbaues und ,der leichteren Reinigungsmöglichkeit der Vorrichtung.
Es ist jedoch klar; dass insbesondere bei Vorrichtungen von grösserem Leistung und in einem. solchen Falle, wo die Unterbringung .der Vorrichtung in einem verhältnismässig geringen Raum in, noch erhöhtem Masse er wünecht ist,
in Verbindung mit der zickzack- oder wellenförmigen Gestaltung der Wärme- austauschfläche,die gegebenenfalls in höherem Anzahl notwendigen Verteilerröhren auch derart angeordnet werden können, dass z. B. jeder Welle :der Wärmeaustauschfläohe zwei oder mehrere Verteilerröhren zugeordnet werden; in, diesem Falle können oben und unten je mehrere Sammelröhren vorgesehen werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 ,schliessen sich die zur Befestigung :der Wärmeaustauschfläche dienenden, zwischen. den durchbrochenen Feldern -belassenen vollen Streifen 4 an solchen Teilen der Man telflächen der Verteilerröhren 1 an, deren Tangentialebene zu der Achsenebene der Verteilerröhren 1, wie aus Fig. 3 ersichtlich, parallel liegt;
diese Art der Befestigung kann in gewissen Fällen gegenüber der Strö mung :des äussern Mediums einen uneTwünsch- ten Widerstand, gegebenenfalls auch eine ungewünschte Wirbelung verursachen. Um dies zu vermeiden, werden im iS;inne der Fig. 5 :die vollen :
Streifen 4 der einzelnen Teile der Wärmeaustaueohfläche an solchen Stellender Mantelfläche der Verteilerröhren 1 befestigt, an welchen die Tangentialebenen der Mantelfläche (im dargestellten Beispiel auch die Streifen 4 selbst) zu der Achsen ebene der Verteilerrähren 1 quer, zweck mässig senkrecht liegen.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 unter scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 5,dadurch, dass der Querschnitt der Ver teilerröhren la an den den vollen Streifen 4 zugeordneten Seiten abgeflacht ist.
Dies er gibt den Vorteil, dass die Befestigungsstrei fen 4 mit der Mantelfläche der Verteiler-, röhren la an einer grösseren Fläche in Be rührung gebracht werden können, was einer seits hinsichtlich der Festigkeit und ander seits vom Gesichtspunkte der Wärmeüber tragung von den Verteilerröhren auf die Wärmeaustauschfläche günstiger erscheint. Wie oben bereits angedeutet wurde, kön nen die Teile der Wärmeaustauschfläche auch auf verschiedenen Seiten der Achsen ebene der Verteilerröhren 1 angeordnet wer den.
Eine derartige Ausführungsform ist au.s Fig. 7 ersichtlich, wobei ferner je vier be nachbarte Wärmeaustauschplattente.ile 3a derart gegeneinander geneigt angeordnet -sind, dass zwischen denselben Kanäle von z. B. @sechseekigem Querschnitt entstehen, durch welche Teilströme xl-xl und x,.-x2 des äussern Mediums derart quer hindurch strömen, dass sie die .durchbrochenen Platten teile zweimal kreuzen und dadurch auf eine höhere Temperatur erhitzt werden.
Diese Ausführungsform kann daher vorteilhaft in solchen Fällen angewendet werden, wo z. B. die Luft einer Räumlichkeit auf eine höhere Temperatur zu erhitzen ist. Die Kanten 5 der gegeneinander geneigten Plattenteile müssen nicht unbedingt miteinander in Berührung stehen oder zusammengelötet werden, viel mehr können zwischen denselben, aus Fabri kationsrücksichten, auch Spalten 6 belassen werden;
dabei werden jedoch diese Spalten nur so schmal gewählt, dass die Spaltenbreite nur einen so geringen Bruchteil :des gegen seitigen Abstandes der Verteilerröhren be trägt, dass das äussere Medium zwischen den Kanten 5 der durchbrochenen Plattenteile nicht in nennenswertem Masse hindurchströ- men kann, sondern nur durch die Durch breehun.gen der Plattenteile.
Von der Ausführungsform nach Fig. 6 kann man zu einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform nach Fig. 8 dadurch ge langen, dass die Wärmeaustauschplattenteile 3 mit den Wänden der Verteilerröhren 1b ganz oder teilweise aus einem Stück her gestellt werden.
Hierdurch wird die oben er wähnte, gegebenenfalls unerwünschte Art der Befestigung gemäss Fig. :3 schon im vor hinein von selbst beseitigt. Ausserdem wird im Sinne der Fig. 8 der Querschnitt der Verteilerröhren 1b tropfenförmig, d. h.
,stromlinienförmig gestaltet, was hinsichtlich der :Strömung des äussern Mediums entlang der Mantelflächen der Verteilerröhren und quer zu diesen aus an und für sich bekann ten Gründen eine günstige Formgebung dar stellt. Zum dichten Abschluss der Verteiler röhren 1b werden Lötstreifen 7 verwendet. Die Ausführungsform gemäss Fig. 9 er gibt sich aus einer Zusammensetzung der Ausführungsformen nach Fig. 7 und B.
Demgemäss wird die Vorrichtung einesteils für eine höhere Heizleistung geeignet, indem die einzelnen, in Verbindung mit Fig. 7 be reits erwähnten Teilströme<I>x, -x,</I> und x---x- des äussern Mediums durch die durchbrochenen Plattenteile 3a, 3:b zweimal gekreuzt; werden;
andernteil bestehen die in der Strömungsrichtung des äussern Mediums aufeina.äderfolgenden Plattenteile 3a, 3b mit einander und mit je einer Hälfte der Ver teilerröhren la aus einem Stück. Zum dich ten Abseh luss der Röhren 1c werden auch hier Lötstreifen 7 verwendet.
Es ist klar, dass, wenn eine starke Erhitzung oder Ab kühlung des äussern Mediums erwünscht ist, die Wä rmeaustausehvorrichtungen gemäss Fig. 7 und 9 auch mehrfach in der Strö- mungsrichtun.g des äussern Mediums hinter einander atuge\vendet werden können.