DE2153278A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
DipUng. A. SpalthoffDipUng. A. Spalthoff
PatentanwaltPatent attorney
3 ESSEN3 FOOD
Pelmanstraße 31 · Postschließfach 1S33 Telefon 77 20 08Pelmanstrasse 31Post box 1S33 Telephone 77 20 08
25. Oktober I97IOctober 25, I97I
21 06621 066
CLAYTON DEWANDRE COMPANY LIMITEDCLAYTON DEWANDRE COMPANY LIMITED
Titanic Works, Lincoln, EnglandTitanic Works, Lincoln, England
WärmetauscherHeat exchanger
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und insbesondere einen spiralförmigen Wärmetauscher, hauptsächlich für die Verwendung bei wirtschaftlich genutzten Fahrzeugen als Ölkühler .The invention relates to a heat exchanger and, more particularly, to a spiral heat exchanger, mainly for Use in economically used vehicles as an oil cooler .
Erfindungsgemäß wird ein Wärmetauscher geschaffen, der eine spiralförmige Wärmeaustauscheinrichtung hat, die zwei getrennte, durch ihn hindurchgehende Fluidwege begrenzt. Diese Einrichtung ist von einem Gehäuse umgeben, das mit Stirnplatten versehen ist. Jede der Stirnplatten hat wiederum eine spiralförmige Sitzfläche für die Aufnahme des anliegenden Endes der Wärmeaustauschspirale.According to the invention, a heat exchanger is created that has a has helical heat exchange means defining two separate fluid paths therethrough. These The device is surrounded by a housing which is provided with end plates. Each of the face plates in turn has one spiral-shaped seat for the adjoining End of the heat exchange spiral.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.Using the accompanying drawings, for example Embodiments of the invention explained in more detail.
Fig. 1 zeigt perspektivisch teilweise geschnitten eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.Fig. 1 shows, in perspective, partially sectioned, an embodiment of the heat exchanger according to the invention.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Wärmetauscher von Fig. 1.FIG. 2 is a cross section through the heat exchanger of FIG. 1.
Fig. 3 zeigt perspektivisch im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers.Fig. 3 shows a perspective section of a further embodiment a heat exchanger.
Fig. k ist ein Querschnitt durch den Wärmetauscher von Fig. 3-Fig. K is a cross section through the heat exchanger of Fig. 3-
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Wärmetauscher hat ein Gehäuse Io mit einer zylindrischen Außenwand 11, die durch an jedem Ende verschraubte Stirnplatten 12 bzw. .13 verschlossen ist. Die zylindrische Außenwand 11 hat einen radial verlaufenden Wassereinlaß 14, der diametral gegenüber einem gleichermaßen radial verlaufenden Ölauslaß 15 angeordnet ist. Die Stirnplatte 13 hat einen axialen Wasserauslaß 16, während die andere Stirnplatte einen mittig angeordneten, entfernbaren Deckel 17 hat, der mit einem Öleinlaß 18 versehen ist. The heat exchanger shown in Figures 1 and 2 has a housing Io with a cylindrical outer wall 11 through end plates 12 or 13 screwed at each end is closed. The cylindrical outer wall 11 has a radial extending water inlet 14, which is diametrically opposite a equally radially extending oil outlet 15 is arranged. The end plate 13 has an axial water outlet 16, while the other end plate has a centrally arranged, has removable cover 17 which is provided with an oil inlet 18.
In dem Gehäuse Io ist ein rohrförmiges Ölfilter 19 axial angeordnet und gegenüber der Stirnplatte 13 mit dem Wasserauslaß durch eine axial angeordnete Schraubenfeder 2o vorgespannt, von der das eine Ende an dem angrenzenden Ende des Ölfilters 19 und das andere Ende an dem Deckel 17 anliegt. Das Ölfilter 19 kann durch Entfernen des Deckels 17 ausgewechselt werden.In the housing Io, a tubular oil filter 19 is axially arranged and biased towards the end plate 13 with the water outlet by an axially arranged helical spring 2o, one end of which rests against the adjoining end of the oil filter 19 and the other end rests against the cover 17. The oil filter 19 can be replaced by removing the cover 17 will.
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Zwischen dem Ölfilter 19 und der zylindrischen Außenwand 11 des Gehäuses Io ist eine spiralförmige Wärmeaustauscheinrichtung 21 vorgesehen. Diese Einrichtung 21 umfaßt eine . spiralförmige Gußplatte 22, die ein Stück mit der Außenwand 11 bildet und U-förmige Faltungen bzw. Wellungen (Fig. 1) hat, welche mit spiralförmigen Sitzflächen 23 an den Innenflächen einer jeden der Stirnplatten 12, 13 in Eingriff bzw. Verbindung stehen und eine Bahn W für den Wasserstrom und eine Bahn O für den Olstrom abgrenzen, die völlig voneinander getrennt sind.Between the oil filter 19 and the cylindrical outer wall 11 of the housing Io, a spiral heat exchange device 21 is provided. This device 21 includes a. spiral-shaped cast plate 22, which forms one piece with the outer wall 11 and U-shaped folds or corrugations (Fig. 1) has, which with spiral seat surfaces 23 on the inner surfaces of each of the end plates 12, 13 in engagement or Are connected and delimit a path W for the water flow and a path O for the oil flow, which are completely from each other are separated.
Für den Betrieb kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher beispielsweise an ein nicht gezeigtes, wirtschaftlich genutztes Fahrzeug angeschlossen werden, so daß das heiße Ol aus dem Motor von dem Kühlwassersystem des Motors gekühlt wird. Der Wärmetauscher ist so angeschlossen, daß das einströmende heiße Öl zuerst radial durch die Wand des Filters 19 und dann längs der Spiralbahn strömt, die von der Wärmeaustauschplatte 23 begrenzt ist. Danach strömt das Öl aus dem Wärmetauscher durch den radialen Ölauslaß I5 ab. Das von dem Kühlsystem des Fahrzeugs zuströmende Wasser tritt durch den radialen Wassereinlaß l4 ein, strömt um die Wärmeaustauschplatte 22 dem 01- ψ strom entgegengesetzt herum und verläßt den Wärmetauscher schließlich durch den axialen Wasserauslaß l6. Daraus wird ersichtlich, daß das Wasser und das Öl nur von der Wärmeaustauschplatte 22 in der Spirale getrennt sind und daß deshalb ein guter Wärmeübergang erreicht wird, der dadurch noch vergrößert wird, daß die Richtung des Ölstroms der Richtung des Wasserstroms entgegengesetzt ist.For operation, the heat exchanger according to the invention can be connected, for example, to an economically used vehicle (not shown) so that the hot oil from the engine is cooled by the engine's cooling water system. The heat exchanger is connected in such a way that the hot oil flowing in first flows radially through the wall of the filter 19 and then along the spiral path which is delimited by the heat exchange plate 23. The oil then flows out of the heat exchanger through the radial oil outlet I5. The flowing of the cooling system of the vehicle, water enters through the radial water inlet l4, flows around the heat exchange plate 22 the 01- ψ current oppositely around and finally leaves the heat exchanger through the axial water outlet l6. From this it can be seen that the water and the oil are only separated by the heat exchange plate 22 in the spiral and that therefore a good heat transfer is achieved, which is further increased by the fact that the direction of the oil flow is opposite to the direction of the water flow.
Die Wärmeaustauschfläche längs der Bahn O des Öls kann durch teilweises Füllen des Bahnweges mit Aluminiumschrot bzw.The heat exchange surface along the path O of the oil can through partial filling of the railway path with aluminum shot or
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Aruminiumreis (nicht gezeigt) oder durch ein anderes geeignetes Metall oder Material erhöht werden, das an den Wärmeaustauschwänden angeschmolzen ist. Die Metallteilchen können derart verschmolzen werden, daß die Festigkeit der Wärmeaustauschwände erhöht wird, so daß der Wärmetauscher hohen Innendrucken gewachsen ist. Statt dessen kann jedoch in dem Spiralweg W des Wassers auch ein nicht gezeigter Abstandsstreifen angeordnet werden, der die Wände der Wärmeaustauschplatte 22 stützt. Der Abstandsstreifen kann derart angeordnet werden, daß man ein verbessertes Strömungsprofil in der Bahn W des Wasserstromes erhält. Ebenso kann das für den Weg 0 des Ölstroms zur Verfügung stehende Innenvolumen durch die Größe der Körner oder der Metallteilchen für einen gegebenen Querschnitt der Ölstrombahn eingestellt werden.Aruminium rice (not shown) or another suitable one Metal or material that is fused to the heat exchange walls can be increased. The metal particles can are fused so that the strength of the heat exchange walls is increased, so that the heat exchanger high internal pressures has grown. Instead of this, however, a spacer strip (not shown) can also be used in the spiral path W of the water which supports the walls of the heat exchange plate 22. The spacer strip can be arranged in such a way that that one obtains an improved flow profile in the path W of the water flow. The same can be done for path 0 of the oil flow available internal volume by the size of the grains or the metal particles for a given cross-section the oil flow path can be adjusted.
ten Ausführungsform einesth embodiment of a
Der sich aufgrund einer bevorzug erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergebende Vorteil besteht darin, daß ein Ölkühler und ein Ölfilter in einer beträchtlich vereinfachten Baueinheit kombiniert sind, wodurch die Herstellungskosten verringert und die Installierung erleichtert ist. Weitere Vorteile, die sich aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion ergeben, bestehen darin, daß die an dem Weg W des Wasserstroms zur Verfügung stehende Oberfläche verglichen mit herkömmlichen Rohrbündelölkühlern beträchtlich erhöht ist. Weiterhin verwendet die Konstruktion hauptsächlich Gußteile für die einzelnen Bauteile, wodurch unerwünschte Prozesse, wie Löten oder Hartlöten, entfallen. Durch Verändern der Länge der spiralförmigen Wärmeaustauschkanäle, die von der Wärmeaustauschplatte 22 gebildet werden, können Einheiten von veränderlicher Wärmekapazität bzw. variablem Wärmehaushalt hergestellt werden. Weiterhin ist die Konstruktion des erfindungsgemäßen Wärmetauschers so vorgesehen, daß eine Verunreinigung zwischen den beiden Medien, d. h. dem Öl und dem Wasser, nicht möglich ist, wodurch die Betriebssicherheit außerordentlich erhöht wird.Which is based on a preferred heat exchanger according to the invention The resulting advantage is that an oil cooler and an oil filter are in a considerably simplified assembly are combined, thereby reducing the manufacturing cost and making the installation easier. Other advantages, which result due to the construction according to the invention, consist in the fact that the path W of the water flow available surface area is considerably increased compared to conventional tube bundle oil coolers. Still used The construction mainly consists of castings for the individual components, eliminating undesirable processes such as soldering or brazing are not necessary. By changing the length of the spiral heat exchange channels leading from the heat exchange plate 22 are formed, units of variable heat capacity or variable heat balance can be produced. Furthermore, the construction of the heat exchanger according to the invention provided so that contamination between the two media, i. H. the oil and the water, is not possible, whereby the operational safety is increased extraordinarily.
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Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte zweite Ausfiihrungsform der Erfindung umfaßt ein Gehäuse 24 in Form einer zylindrischen Außenwand 25, an der jeweils Stirnplatten 26, 27 an jedem Ende angeschraubt sind. Die zylindrische Außenwand 25 ist in einem Stück mit einem insgesamt rohrförmigen Teil 28 hergestellt, dessen Achse sich insgesamt parallel zur Achse der Außenwand 25 erstreckt. Das Rohr 28 stellt eine Verbindung mit einem komplementären Teil 29 bzw. 3° einer jeden Stirnplatte 26, 27 her, so daß an einem Ende ein Ö laus laß und am anderen Ende ein Wassereinlaß 32 ausgebildet ist. Die Stirnplatte 26 mit dem Ö laus laß 31 hat weiterhin einen axialen Öleinlaß 33» während die andere Stirnplatte 27 einen axialen Auslaß 34 für das Wasser hat. Der Öleinlaß 33 sitzt in einem entfernbaren Deckel 35« der das Auswechseln des Filters ermöglicht.The second embodiment shown in FIGS of the invention comprises a housing 24 in the form of a cylindrical outer wall 25, on each of which end plates 26, 27 are attached are screwed on at each end. The cylindrical outer wall 25 is made in one piece with a generally tubular part 28, the axis of which is generally parallel to the axis the outer wall 25 extends. The pipe 28 establishes a connection with a complementary part 29 or 3 ° of each End plate 26, 27 ago, so that an Ö laus let at one end and a water inlet 32 is formed at the other end. the End plate 26 with the Ö laus let 31 still has an axial Oil inlet 33 'while the other face plate 27 is a has axial outlet 34 for the water. The oil inlet 33 is seated in a removable cover 35 ″ which enables the filter to be changed.
Das rohrförmige Filter 36 ist axial in dem Gehäuse 24 angeordnet und gegen die Stirnplatte 27 mit dem Wasserauslaß durch eine Schraubenfeder 37 vorgespannt, die zwischen dem gegenüberliegenden Ende des Filters 36 und dem Deckel 35 sitzt.The tubular filter 36 is arranged axially in the housing 24 and biased against the face plate 27 with the water outlet by a coil spring 37 which is between the opposite end of the filter 36 and the cover 35 sits.
Zwischen dem Ölfilter 36 und der zylindrischen Außenwand 25 des Gehäuses 24 ist eine spiralförmige Wärmeaustauscheinrichtung 38 angeordnet. Diese Einrichtung 38 umfaßt·zwei im Abstand voneinander angeoxzfciete, insgesamt rechteckige Metallbleche 39, 4o, die längs ihrer Längsränder verklemmt oder in anderer Weise miteinander so verbunden sind, daß ein umhüllungsartiger Aufbau geschaffen wird, der an beiden Enden offen ist. Die Metallbleche sind in eine Spirale gelegt bzw. gewickelt und haben Wellungen 4l. Einige der Wellungen stehen mit dem benachbarten Metallblech in Berührung, so daß dadurch die Spirale eine erhöhte Festigkeit erhält. Die Wellungen 4lBetween the oil filter 36 and the cylindrical outer wall 25 of the housing 24 is a spiral heat exchange device 38 arranged. This device 38 comprises two im Distance from one another anoxzfciete, all in all rectangular metal sheets 39, 4o, which are clamped along their longitudinal edges or connected to one another in some other way so that an envelope-like Structure is created which is open at both ends. The metal sheets are laid in a spiral or wrapped and have corrugations 4l. Some of the corrugations are in contact with the adjacent metal sheet, so that thereby the spiral is given increased strength. The corrugations 4l
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erhöhen auch die Wärmeaustauschoberfläche und können so angeordnet werden, daß man in der Spirale den gewünschten Strömungsverlauf bzw. das gewünschte Stromlinienbild erhält. In der Innenfläche einer jeden der Stirnplatten 26, 27 ist jeweils ein wendeiförmiger Sitz 42, 43 so vorgesehen, daß die gegeneinander verklemmten bzw. gequetschten Enden der Spirale aufgenommen werden. Die Spirale ist an die 01- und Wassereinlässe bzw. -auslasse so angeschlossen, daß eine Bahn O* für den Ölstrom bzw. eine Bahn W* für den Wasserstrom begrenzt ist, die völlig voneinander getrennt sind.also increase the heat exchange surface and can be so arranged that one obtains the desired flow course or the desired streamline pattern in the spiral. In the inner surface of each of the end plates 26,27 a helical seat 42, 43 is provided so that that the ends of the spiral jammed or squeezed against one another are accommodated. The spiral is on the 01 and water inlets and outlets are connected so that a path O * for the oil flow and a path W * for the Water flow is limited, which are completely separated from each other.
Der Öleinlaß 33 ist mit einem Mittelrohr 44 verbunden, das mit i« Abstand voneinander angeordneten Öffnungen 45 versehen ist, um eine gleichmäßige Verteilung des zuströmenden Öls über das Filter 36 zu begünstigen. Das Mittelrohr 44 ist an einem Ende eingeschraubt, damit der Deckel 35 an seiner zugehörigen Stirnplatte 26 mit Hilfe eines Paares von Arretiermuttern 46, die auf das Rohr 44 geschraubt sind, angebracht werden kann.The oil inlet 33 is connected to a central pipe 44 which is provided with openings 45 arranged at a distance from one another, in order to ensure an even distribution of the inflowing To favor oil through the filter 36. The center tube 44 is screwed in at one end so that the cover 35 is attached to its associated faceplate 26 by means of a pair of locking nuts 46, which are screwed onto the tube 44, attached can be.
Im Betrieb kann der vorstehend beschriebene Wärmetauscher beispielsweise in ein nicht gezeigtes wirtschaftlich genutztes Fahrzeug so eingesetzt werden, daß das heiße Öl des Motors von dem Wasser aus dem Motorkühlsystem gekühlt wird. Der Wärmetauscher ist so angeschlossen, daß das zuströmende heiße Öl zuerst durch die Öffnungen 45 in dem Mittelrohr 44, dann radial durch die Wände des Filters 36 und schließlich längs seiner Spiralbahn 0* strömt, die von den Metallblechen 39» 4o der Wärmeaustauscheinrichtung 38 begrenzt ist, bis das Öl den Wärmetauscher durch den Ölauslaß 3I verläßt. DasIn operation, the heat exchanger described above For example, be used in a not shown economically used vehicle so that the hot oil of the Engine that cools water from the engine cooling system. The heat exchanger is connected so that the incoming hot oil first through the openings 45 in the center tube 44, then radially through the walls of filter 36 and finally along its spiral path 0 * that flows from the metal sheets 39 »4o of the heat exchange device 38 is limited until the oil leaves the heat exchanger through the oil outlet 3I. That
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von dem Kühlsystem des Fahrzeugs zuströmende Wasser tritt durch den Wassereinlaß 32 ein, strömt längs der Spiralbahn W1 in der Wärmeaustauscheinrichtung 38 entgegengesetzt zur Strömung des Öls und verläßt schließlich den Wärmetauscher durch den axialen Wasserauslaß Jk. Man sieht, daß als Metallbleche 391 ^o der Wärmeaustauscheinrichtung 38 dünnwandige Metalle verwendet werden können, wodurch die Herstellungs- ^ kosten verringert werden und man gute Wärmeübergangskennzah- r len zwischen den beiden Medien erhält, die dadurch noch verbessert werden, daß sich Öl und Wasser im Gegenstrom bewegen.Water flowing in from the vehicle's cooling system enters through the water inlet 32, flows along the spiral path W 1 in the heat exchanger 38 in the opposite direction to the flow of the oil, and finally exits the heat exchanger through the axial water outlet Jk. It is seen that as the metal plates 391 ^ o the heat exchanging device 38 thin-walled metals may be used, whereby the manufacturing can be reduced ^ cost and make good Wärmeübergangskennzah- r len between the two media obtained are further improved by that oil and water move in countercurrent.
Die Wellungen kl in den Metallblechen 39, ^o der Spirale erzeugen eine sehr massive Wärmeaustauscheinheit, die infolge der von den Wellungen kl, welche benachbarte Wände der Spirale absteifen, hervorgerufenen Steifheit hohen Flüssigkeit sdrucken widerstehen kann.The corrugations kl in the metal sheets 39, ^ o of the spiral produce a very massive heat exchange unit which, owing to the rigidity caused by the corrugations kl, which stiffen the adjacent walls of the spiral, can withstand high liquid pressure.
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Claims (1)
eine zu kühlende Flüssigkeit durch das Filter (19t 36) sowie durch die Wärmeaustauscheinrichtung (21, 38) geht.Heat exchanger according to Claim 1, characterized in that a tubular filter (19 »36) is arranged centrally to the heat exchange device (21, 38) in such a way that
a liquid to be cooled passes through the filter (19 t 36) and through the heat exchange device (21, 38).
durch die Wärmeaustauscheinrichtung (21) begrenzt ist.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchange device (21) comprises a spiral plate (22) with U-shaped corrugations which engages with seat surfaces (23) in the respective end plates (12, 13), so that one path for the water flow (W) and one path for the oil flow (0)
is limited by the heat exchange device (21).
mit einer an jedem Ende angebrachten Stirnplatte (12, I3) hat und mit einem radialen Wassereinlaß (l4) und einem radialen Ölauslaß (15) versehen ist, wobei die eine der Stirnplatten (I3) einen Wasserauslaß (15) hat, während die andere Stirnplatte (12) mit einem Öleinlaß (l8) versehen ist. 209827/0499 k. Heat exchanger according to claim 3 »characterized in that the housing (lo) has a cylindrical outer wall (11)
with an end plate (12, I3) attached to each end and provided with a radial water inlet (14) and a radial oil outlet (15), one of the end plates (I3) having a water outlet (15) while the other end plate (12) is provided with an oil inlet (l8). 209827/0499
ordnet ist.spring (37) biased between the opposite end of the filter (36) and a removable cover
is arranged.
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