DE2034353A1

DE2034353A1 - Mit Lochern versehene Anordnungen

Info

Publication number: DE2034353A1
Application number: DE19702034353
Authority: DE
Inventors: Peter George Rugby Warwickshire Ware (Großbritannien) M
Original assignee: Dunlop Co Ltd
Current assignee: Dunlop Co Ltd
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-07-10
Publication date: 1971-04-15
Also published as: BE753332A; AU1743070A; FR2051706A1; FR2051706B1; NL7010232A; US3648665A

Description

Mit Löchern versehene. Anordnungen

Die Erfindung betrifft mit Löchern versehene Anordnungen und insbesondere Wärmetauscher.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Wärmetauscher zu schaffen.

Eine erfindungsgemäße mit Löchern versehene Anordnung umfaßt ein erstes Blechteil und ein zweites Blechteil, die übereinanderliegend im Abstand angeordnet sind und längs ihrer Ränder dichtend verbunden sind, so daß ein Tunnel zwischen den Blechteilen gebildet wird, wobei die Anordnung aus den Blechteilen eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die paarweise angebracht sind, jedes Paar eine Öffnung in jedem Blech umfaßt und die Öffnungen eines jeden Paares übereinanderliegen, das jede Öffnung eines jeden Paares umgebende Blech sich als rohrförmige Vorsprünge zu dem gegenüberliegenden Blechteil in eine Paßsitzverbindung mit dem rohrförmigen Vorsprung erstreckt, der aus dem Blech, welches die andere Öffnung des Paares umgibt, vorsteht.

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Ein Wärmetauscherelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein erstes Blechteil und ein zweites Blechteil, die im Abstand übereinander angeordnet sind und längs ihrer Ränder dichtend verbunden sind, so daß ein Tunnel zwischen den Blechteilen gebildet wird. Die Anordnung der Blechteile hat eine Vielzahl von paarweise angeordneten Öffnungen, wobei jedes Paar eine Öffnung in jedem Blechteil umfaßt und ' die Öffnungen eines jeden Paares übereinanderliegen. Das jede Öffnung eines jeden Paares umgebende Blech erstreckt sich als rohrförmiger Vorsprung zu dem gegenüberliegenden Blechteil in einer dichtenden Paßsitzverbindung mit dem rohrförmigen Vorsprung, der aus dem Blech, welches die andere Öffnung des Paares umgibt, ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Boiler ein Wärmetauscherelement wie es vorstehend beschrieben ist, in Verbindung mit einem Brennerelement.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt s'chematisch in einer Draufsicht ein Wärmetauscherelement.

Fig. 2 zeigt schematisch in einer Ansicht teilweise geschnitten das Element von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch vergrößert eine Einzelheit des Elements von Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung des Fluidstroms.

Fig. k zeigt schematisch vergrößert eine Einzelheit im Schnitt des Elements der Figuren 1 und 2.

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Fig. 5 zeigt schematisch in einer Draufsicht eine Einzelheit einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherelements.

Fig. 6 zeigt schematisch in einer Schnittansicht eine Anordnung von Elementen gemäß Fig; 5·

Fig. 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch einen Boiler teilweise aufgebrochen.

Fig. 8 zeigt schematisch in einer seitlichen Schnittansicht den Boiler von Fig. 7·

Fig. 9 zeigt in Perspektive schematisch eine weitere Boileranordnung teilweise aufgebrochen.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Waremtauseherelement 1 besteht aus einem ersten Blechteil 2 und einem zweiten Blechteil 3i die im Abstand übereinander angeordnet sind. Die Teile 2 und 3 sind längs ihrer Ränder durch eine Verbindung k dichtend miteinander verbunden, indem der Rand des Teils 2 um den Rand des Teils 3 umgefaltet und damit verlötet ist. Auf diese Weise ist ein Tunnel 5 zwischen den Blechteilen ausgebildet, der durch Einlaßzonen 6 bzw. Auslaßzonen 7 mit einem Fluideinlaßrohr 8 und einem Fluidauslaßrohr 9 in Verbindung steht. Die Einlaß- und Auslaßzonen 6 bzw. 7 sind als muldenförmige Einpressungen in dem Blechteil 2 ausgebildet.

Die Blechteile 2 und 3 haben jeweils eine Vielzahl von Öffnungen lo, die in einem regelmäßigen Reihenmuster 11 bis 17 angeordnet sind und sich quer bezüglich der Strömungsrichtung des Fluids durch den Tunnel erstrecken. Die Öffnungen einer jeden Reihe sind bezüglich den Öffnungen der nächsten ' benachbarten Reihe oder Reihen (Fig. 3) versetzt angeordnet.

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Die Öffnungen Io der jeweiligen Blechteile sind in übereinanderliegenden Paaren angeordnet, wobei jedes Paar eine Öffnung in jedem Blech umfaßt. Das jede Öffnung Io umgebende Blech in dem Blechteil 2 erstreckt sich als rohrförniiger Vorsprung l8 zu dem gegenüberliegenden Blechteil 3 in einen ineinandergreifenden Paßsitz mit einem entsprechenden rohrförmigen Vorsprung 19» der aus dem die andere Öffnung des Paares umgebenden Blech in dem Blechteil 3 ausgeformt ist, so daß ein Rohr l8, 19 gebildet wird.

■' Die rohrförmigen Vorsprünge l8 und 19 werden in dem jeweiligen Blechteil durch einen Preßvorgang zwischen einer Platte, welche kreisförmige, in dem gezeigten Muster angeordnete Stempel trägt, und einer mit entsprechenden Öffnungen versehenen Matrizenplatte, geformt. Die Vorsprünge werden durch die Stempel ausgebildet und ihre Enden werden bei diesem Arbeitsgang durchbrochen, so daß die Öffnungen Io gebildet werden. Die Vorsprünge l8, 19 erhalten zylindrische äußere Enden, deren Durchmesser so beschaffen sind, daß die Blechteile wie dargestellt miteinander verbunden werden können, wobei die Vorsprünge 18 und 19 ineinanderpassen (Fig. 4). Beim Zusammenbau werden die Vorsprünge l8 und 19 miteinander durch Löten oder Hartlöten dichtend verbundenes'© daß Öffnungen Io geschaffen sind, die durch die Anordnung hindurchgehen und gegenüber dem Tunnel 5 abgedichtet sind.

Um die Steifigkeit der Anordnung zu verbessern und um die Blechteile genau auf einem vorher festgelegten Abstand zu halten, damit ein vorher bestimmter Abstand zwischen den Wänden und dem Tunnel sichergestellt ist, werden die Blechteile 2 und 3 mit gegenseitig in Eingriff kommenden, in Form von Vertiefungen ausgebildeten Schulterflächen 2o, 21 versehen, die miteinander verlötet, verschweißt oder vernietet werden können. Derartige Befestigungen können fakultativ in Abstandslagen in der Fläche des Elements ebensowie an den Rändern vorgesehen werden.

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Im Betrieb kann das Wärmetauscherelement 1 in einen Boiler eingesetzt werden, der einen Brenner hat, von dem aus heiße Gase durch die Öffnungen Io, wie durch die Pfeile in Fig. gezeigt, strömen können. Durch das Element läuft von dem Einlaßrohr 8 zu dem Auslaßrohr 9 Wasser um. Beim Durchgang durch den Tunnel 5 unterliegt es einer Zwangskonvektion mit turbulenter Strömung um die Rohre l8, 19, welche die Öffnungen Io j(Fig. 3) umgeben. Diese turbulente Strömung verbessert den Wärmeübergang zum Wasser» und die große Anzahl der von den Öffnungen Io gebildeten Luftkanäle gibt dem Element gute Wärmeübertragungseigenschaften bei hohen Durchsätzen. .

Aufgrund der versetzten Anordnung der Öffnungen Io in den aufeinanderfolgenden Reihen 11 bis 17 wird die Strömung der Flüssigkeit durch das Element noch turbulenter, wenn sie durch das Element in Richtung zwischen den Lagen des Einlasses und des Auslasses strömt, wie gezeigt, wie es der Fall wäre, wenn die Flüssigkeit parallel zu den Reihen bis 17 strömen würde. In der gezeigten Anordnung teilt jedes Rohr l8, 19 den Flüssigkeitsstrom, der aus dem Spalt zwischen den Rohren in der nächsten Reihe auf der stromauf gelegenen Seite kommt.

Ein bedeutender Vorteil des vorstehend beschriebenen Wärmetauscherelements besteht in dem äußerst einfachen Aufbau, wobei die Kanäle Io für den Gasstrom völlig aus dem Material von zwei Blechteilen durch einfache Stanzvorgänge gebildet werden.

Zwei oder mehrere der oben beschriebenen Elemente können hintereinander angeordnet werden, d. h. in einer Reihe von horinzontal angeordneten Elementen, um die Wärme von einer gewöhnlichen Quelle heißer Gase abzuziehen. .

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Pig. 5 und 6 zeigen eine Anordnung, bei welcher der Wärmeübergang zwischen einem Fluid und zwei weiteren Fluiden erreicht werden kann. Bei dieser Anordnung ist ein Element 3o der anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführung mit weiteren Rippenrohren 31 versehen, die durch die Öffnungen 32 des Elements gehen (entsprechend den Öffnungen Io der Figuren 1 bis k). Die Rohre 31, von denen jedes vier sich in Längsrichtung erstreckende Rippen 33 hat, können durch mehr als ein Element 3° gehe*¹» was durch gestrichelte Linien in Fig. 6 gezeigt ist.

Im Betrieb kann Luft durch die Öffnungen 32 in die Zwischenräume zwischen den Rippen 33 und/oder quer zu den Rohren in den Zwischenräumen zwischen aufeinanderfolgenden Elementen 3o geführt werden. Dadurch können getrennte Fluide, die sowohl in den Rohren 31 als auch in dem Tunnel des Elements 3o umlaufen, gleichzeitig erhitzt oder gekühlt werden.

Fig. 7 und 8 zeigen die Anordnung der Wärmetauscherelemente, wie sie allgemein anhand der Figuren 1 bis k beschrieben wurden, bei einer Boileranordnung 4o mit Gasbrennerelementen, die eine ähnlich allgemeine Form wie die Wärmetauscherelemente der Figuren 1 bis 4 haben, jedoch nicht abgedichtet, mit Nuten versehene und ineinandergreifende rohrförmige Vorsprünge haben, damit das dem Tunnel zugeführte Gas in eine Verbrennungszone entweichen kann, wo es mit durch die Öffnungen zugeführter Verbrennungsluft verbrennt. Derartige Brennerelemente sind in der am gleichen Tag eingreichten Patentanmeldung P ZsQ -?V 2-ft,:£ (Britische. Patentanmeldung 3% 93V09) beschrieben. $~* ^ "{ί-S WXA'^

Der Boiler 4o besteht aus einem Gehäuse 4l mit einem in Fig. nicht gezeigten Rauchabzug Λ2, einem Luftgebläse %3, um die allgemein nach oben gerichtete Bewegung der Verbrennungsluft

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durch die Anordnung zu unterstützen. Vier Brennerelemente der genannten Art sind in zwei Paaren jeweils in der Form eines umgekehrten V und acht Wärmetauscherelemente 45 in vier Paaren von im Abstand befindlichen Elementen angeordnet, welche die jeweiligen Brennerelemente flankieren, parallel dazu sind und zueinander über die Brennerelemente in der Form eines umgekehrten V geneigt sind, so daß sie . die von den Brennern erzeugten heißen Gase aufnehmen. Eine Gaszuführungshauptleitung 46 ist für die Elemente 44 vorgesehen. Für den Wasserumlauf durch die Wärmetauscherelemente 45 ist ein Verbindungsrohr 47 vorgesehen, wobei die Elemente 45 eines jeden Paares in Reihe liegen. Die Strömung der Verbrennungsgase durch die Elemente 45 ist schematisch durch die Pfeile in Fig. 8 gezeigt.

Die Wärmetauscherelemente 45 haben Öffnungen 48, die aus miteinander in Eingriff stehenden rohrförmigen Vorsprüngen gebildet sind, wie es bei der Ausführungsform der Figuren bis 4 der Fall ist. Jedoch haben die Fluideinlaß- und Auslaßzonen, die in Fig. 7 nur schematisch dargestellt sind, irgendeine zweckmäßige Form.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Boileranordnung 60 mit einer Luftzuführung von einer Ausgleichleitung 6l. Das Boilergehäuse 62 umfaßt einen äußeren Auslaßkanal 63 für den Abzug, während die Verbrennungsluft durch einen Einlaßkanal 64 durch ein Gebläse 65 beigezogen wird, das die Luft nach unten in eine Brenner- und Wärmetauscheranordnung strömen läßt, die drei vertikal angeordnete Brennerelemente 66 aufweist, die Seite an Seite in einer dreieckigen ebenen Form auf einer geschlossenen Basis angeordnet sind. Zwei Wärmetauscherelemente 67 sind jedem Brennerelement 66 benachbart angeordnet, um die heißen Verbrennungsgase aufzunehmen, was durch Pfeile gezeigt ist.

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Die Brenner-und die Wärmetauscherelemente entsprechen der anhand der Figuren 7 und 8 beschriebenen Ausführungsform. Die Elemente eines jeden Paars von Wärmetauscherelementen 67 sind, in Reihe angeordnet und werden mit Wasser durch Einlaßrohre 68 versorgt, das durch die Auslässe 69 abströmt.

Die oben beschriebenen Beispiele beziehen sich auf-Wärmetauscherelemente , jedoch können die erfindungsgemäßen, mit Löchern versehenen Strukturen auch für Gasverteilungssysteme oder Verdampfer verwendet werden, bei welchen das zu verteilende Gas bzw. die zu verteilende Flüssigkeit zu Tunnel bzw. Kanälen geführt wird und beispielsweise durch Nuten
oder andere, die rohrförmigen Vorsprünge nicht dichtend verbindende Einrichtungen ,entweichen kann. Das Gas oder die
Flüssigkeit kann dann von dem mit Löchern versehenen Aufbau durch Zwangskonvektion des Luftstrom durch die Löcher abgeführt werden.

Ein kombinierter Verdampfer und Verteiler dieser Art kann für die Dispersion von flüssigem Stickstoff verwendet werden, um einen Strom von kaltem Gas für die Verwendung zum Schnelleinfrieren von Nahrung zu schaffen. Weitere Beispiele für die Verwendung einer derartigen Vorrichtung sind die Verdampfung von Wasser, wobei die Vorrichtung als Temperaturerniedrigungs- und Befeuchtungselement in einer.Klimaanlage wirkt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

l.JMit Löchern versehener Aufbau insbesondere für die · ^- Verwendung als Wärmetauscher mit einem ersten Blechteil und einem zweiten Blechteil, die im Abstand übereinander angeordnet sind und längs ihrer Ränder unter Bildung eines Tunnels zwischen den Blechteilen dichtend verbunden sind» wobei die Anordnung der Blechteile eine Vielzahl von paarweise angeordneten Öffnungen hat, jedes Paar eine Öff- (Λ

nung in jedem Blech umfaßt und die Öffnungen eines jeden Paares übereinanderliegen, dadurch gekenn-· zeichnet, daß das jede Öffnung (lo) eines jeden Paares von Öffnungen umgebende Blech sich als rohrförmiger Vorsprung (l8) zu dem gegenüberliegenden Blechteil in eine Paßsitzverbindung mit dem rohrförmigen Vorsprung (19) erstreckt, der aus dem die andere Öffnung des Paares umgebenden Blech geformt ist.

2. Wärmetauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Paaren von ineinandergepaßten rohrförmigen Vorsprüngen (l8, 19) gebilde- ^j ten Rohre (lo) so angeordnet sind, daß die Fluidströmung durch den Tunnel von einer Einlaßzone (8) zu einer Auslaßzone (9) turbulent ist.

3· Wärmetauscherelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in Reihen (11 bis 17) angeordnet sind, die sich quer zu der Normalrichtung des Fluidstromes durch den Tunnel von einer Einlaßzone zu einer Auslaßzone erstrecken, wobei die Rohre einer jeden Reihe relativ zu den Rohren der nächsten benachbarten Reihe oder Reihen versetzt angeordnet sind.

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- Io -

4. Wärmetauscherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Einlaß- und Auslaßzonen als muldenförmige Einpressung (6, 7) in einem Blechteil ausgebildet ist.

5· Wärmetauscherelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Blechteil (2) mit einer Schulterfläche (2o, 21) für den Eingriff mit dem anderen Blechteil versehen ist, um einen vorher festgelegten Abstand zwischen den Wänden des Tunnels zu schaffen.

6. Wärmetauscherelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Blechteile aneinander in den Schulterflächen (2o, 21) befestigt sind»

7· Wärmetauscherelementanordnung mit einem Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6_a dadmrcli gekennzeichnet, daß Rohre (32) durch die Öffnungen (lo) gehen.

8. Wärmetauscherelementanordnung nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rohre (3.2) Rippen (33) haben.

9. Wärmetauscherelement nach einem der Ansprüche i bis 6, das in einem Boiler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle von heißen Gasen (kk_t 46) heiße Gase durch die Öffnungen, (lo) strömen läßt, so daß durch den Tunnel (5) strömende Flüssigkeit erhitzt wird.

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Ιο. Wärmetauscherelement in einer Boileranordnung nach Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle von heißen Gasen von einem gleichartig gebauten Brennerelement (44, 66) gebildet wird.

11.. Wärmetauscherelement ±n einer Boileranordnung nach Anspruch 9 oder Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle von heißem Gas (44) in einem Gehäuse (4o) enthalten ist und auf jeder Seite von Wärmetauscherelementen (45) flankiert ist, die zueinander über der Quelle des heißen Gases (44) in umgekehrter V-Form geneigt sind.

12. Wärmetauseherelement in einer Boileranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Wärmetauscherelemente (4, 5) auf jeder Seite der Quelle (44) des heißen Gases vorgesehen sind.

13. Wärmetauseherelement in einer Boileranordnung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß ein vertikal angeordnetes Brennerelement (66), das im Aufbau den Wärmetauscherelementen entspricht, und wenigstens ein Wärmetauscherelement (67) Seite an Seite angeordnet sind,und ein Luftgebläse (65) Verbrennungsluft nach unten durch das Brennerelement

(66) Und das Wärmetauscherelement (67) strömen läßt.

14. Wärmetatischerelement in einer Boxleranordnung· nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß drei vertikal angeordnete Brennerelemente (-66) Seite an Seite in einer ebenen Dreiecksform zusammen mit wenigstens drei zugeordneten Wärmetauscherelementen

(67) angeordnet sind.

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