DE2455338A1

DE2455338A1 - Vorrichtung zur waermeuebertragung

Info

Publication number: DE2455338A1
Application number: DE19742455338
Authority: DE
Inventors: Theodor Emil Prof Dr Schmidt
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1974-11-22
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1976-05-26

Description

GEA LuftkuhlergeseIlschaft Happel GmbH & Co. KG₅ 4630 Bochum, Königsallee 43 - 47 Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen Fluiden unterschiedlicher Temperatur, die in weitgehend parallelem Abstand nebeneinander angeordnete, gegebenenfalls räumlich gekrümmte Begrenzungswände von mindestens zwei kanalartigen Strömungswegen für jedes der an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide aufweist.

Vorrichtungen der vorstehenden Gattung sind in Form von Platten-Wärmeübertragern bekannt. Hierbei sind dünne quadratische oder auch rechteckige Platten in geringem Abstand parallel nebeneinander angeordnet und zu einem Wärmeübertrager zusammengefaßt. Durch die Nebeneinanderanordnung sind schmale Kanäle ausgebildet, in denen die an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide, vorzugsweise auch Gase, im Kreuz-, Gleich- oder Gegenstrom getrennt aneinander vorbeigeführt werden. Die jeweils zwei dieser kanalartigen Strömungswege trennenden Begrenzungswände sind in der Regel aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit, beispielsweise Aluminium, gebildet. Sie können aber auch aus anderen Materialien bestehen.

Nachteilig ist bei einem solchen Wärmeübertrager das im Vergleich zu der Leistung relativ hohe Gewicht, welches durch die große Anzahl der in nur geringem Abstand nebeneinander angeordneten Platten bedingt ist. Die vielen engen Strömungskanäle sind jedoch notwendig, um den an sich relativ geringen

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Wärmeübergang in längsdurchströmten Kanälen zumindest in etwa auszugleichen. Auch sind die mangelnde Körperschalldämmung und die starke Schallreflexion bei Begrenzungswänden aus Metallen erheblich negative Kriterien.

Plattenwärmeübertrager der genannten Art werden auch aus Korrosionsgründen zumeist aus hochwertigen und teuren Werkstoffen gefertigt, vorzugsweise aus Metallen, wie Kupfer, Messing oder Aluminium, und haben ein hohes Gewicht. Bei geringen Wärmestromdichten an der Begrenzungswand, wie sie bei der Wärmeübertragung zwischen Gasen bei geringen Temperaturunterschieden vorliegen, ist der Effekt, der durch Verwendung gut wärmeleitender Metalle für die Begrenzungswände entsteht, sehr gering.

Auch sind Wärmeübertrager bekannt, bei denen wärmeübertragende Flächen mit aufgesetzten Rippen, Bolzen oder Stiften versehen sind. Aber auch diese Bauarten haben Begrenzungswände aus Metall, weil die Rippen, Bolzen oder .Stifte nur dann wirksam sein können, wenn sie auf einer gut wärmeleitenden Fläche angeordnet sind, welche die von ihnen aufgenommene Wärme und die hohe Wärmestromdichte am Fuße der Rippen, Stifte oder Bolzen auch bewältigen können. Trotz der mit derartigen Vorrichtungen erreichbaren größeren, auf die Fläche bezogenen Wärmeübertragung und der erzielbaren hohen volumetrisehen Wärmeleistungen haben sie sich nicht durchgesetzt, da das Fertigungsverfahren aufwendig ist. Die Verbindung der Rippen, Stifte oder Bolzen mit den wärmeübertragenden Flächen kann nur durch Gießen, Schweißen, Löten oder Nieten erfolgen, so daß der Flächenpreis im Vergleich zu ebenen Flächen wesentlich höher liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen Fluiden unterschiedlicher Temperatur zu schaffen, die sich einerseits der Vorteile eines Platten-Wärmeübertragers und der eines solchen Übertragers bedient, bei dem wärmeübertragende Flächen mit Bolzen oder Stiften besetzt sind und andererseits ein hohes Gewicht sowie teure

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Materialien vermeidet und dennoch eine erheblich verbesserte spezifische Wärmeleistung je cbm Raumvolumen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Begrenzungswand, welche zwei mit unterschiedlich temperierten Fluiden beaufschlagte Strömungskanäle voneinander trennt, von glatten, schlanken, nadelartigen Wärmeleitkörpern mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf ganzer Dicke quer durchsetzt ist, deren über beide Oberflächen der Begrenzungswand etwa rechtwinkelig vorstehenden freien Längenabschnitte sich mindestens über einen Teil der lichten Weite der einander benachbarten Strömungskanäle erstrecken.

Durch die Verwendung nadeiförmiger Wärmeleitkörper wird am Fuße der WärmeIeitkörper eine hohe örtliche Wärmestromdichte erreicht, die durch die im Vergleich zum Querschnitt des. Wärmeleitkörpers am Fuß sehr große Wärmeleitkörperoberfläche und den sehr guten Wärmeübergangskoeffizienten dünner, querangeströmter, nadelartiger Wärmeleitkörper erzielt wird.

Diese Voraussetzungen macht sich die Erfindung zu eigen und schafft, darauf aufbauend, nunmehr glatte, schlanke, nadelartige Wärmeleitkörper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die nicht auf die zwei Strömungskanäle trennende Begrenzungswand aufgesetzt sind und den Wärmestrom in das Material der Begrenzungswand übertragen, sondern diese Begrenzungswand vielmehr auf ganzer Dicke durchsetzen und sich auf beiden Seiten der Begrenzungswand mit frei vorstehenden Längenabschnitten über einen Teil der lichten Weite dieser Strömungskanäle erstrecken. Die Wärmeleitkörper stellen demzufolge eine unmittelbare wärmetransportierende Verbindung zwischen zwei benachbarten Strömungskanälen her, in denen Fluide mit unterschiedlichen Temperaturen strömen.

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Wärmeübertrager nach der Erfindung sind um so vorteilhafter gegenüber glatten Platten-Wärmeübertragern, je kleiner die Wärmestromdichte des Fluides an der Begrenzungswand ist, d.h. je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen dem Fluid und der Begrenzungswand und der Warmeübergangskoeffizient des Pluides sind. Polglich eignet sich der erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeübertrager insbesondere für einen Einsatz in der Klimatechnik.

Eer Wärmeübertrager nach der Erfindung (Kreuz-, Gegenoder Gleichstromübertrager) weist ein erheblich geringeres Gewicht bei gleicher Wärmeübertragungsleistung gegenüber einem konventionellen Platten-Wärmeübertrager auf. Die Begrenzungswände zwischen zwei Kanälen können in einem größeren Abstand voneinander vorgesehen werden, da die Effektivität der Wärmeübertragung nicht mehr von der Art der Begrenzungswände, sondern von den in die Strömungskanäle hineinragenden Längenabschnitten der die Begrenzungswände auf ganzer Dicke durchsetzenden schlanken, dünnen, nadelartigen Wärmeleitkörper abhängig ist. Da es im Hinblick auf die Wärmeübertragungsleistung weitgehend auf die Zahl und Form der Wärmeleitkörper ankommt, können die Außenabmessungen der Begrenzungswände in weiten Grenzen frei gewählt werden, so daß man den ganzen Wärmeübertrager in einfacher Weise den gegebenen räumlichen Bedingungen anpassen kann. Trotz der zusätzlichen WärmeIeitkörper ist dennoch das Gewicht durch Verminderung der Anzahl an Begrenzungswänden wesentlich geringer. In diesem Zusammenhang ist auch zu berücksichtigen, daß die Begrenzungswände relativ dünn ausgebildet werden können, da die Wärmeleitkörper nicht auf die Begrenzungswände aufgesetzt werden, sondern diese quer durchsetzen. Bezogen auf die erreichbare Wärmeleistung bedeutet dies einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.

Die Begrenzungswände können eben oder gekrümmt sein. Räumlich gekrümmte Begrenzungswände ergeben sich z.B. bei in- !

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- 5 einandergesteckten Rohren.

Ein vorteilhaftes weiterbildendes Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Begrenzungswand aus schlecht wärmeleitendem Material besteht. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, wonach der Wärmeübergang an längsangeströmten Flächen erheblich schlechter ist als an querangeströmten Stäben. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmeübertragung kann also jede Begrenzungswand zwischen zwei Strömungskanälen aus einem schlecht wärmeleitenden Material gefertigt werden. Hierdurch ergeben sich besondere Vorteile im Hinblick auf das Gewicht und die Werkstoffauswahl. Es ist nicht mehr notwendig, Material von hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Metall, wie z.B. Stahl, Aluminium oder Kupfer, zu verwenden. Es zeigen sich demzufolge große Vorteile für eine wirtschaftliche Fertigung und einen wirtschaftlichen Betrieb von Wärmeübertragern nach der Erfindung.

Es ist zu empfehlen, daß die Begrenzungswand mit Bezug auf die beiden benachbarten, an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide aus korrosionsfestem Material besteht. Die erfindungsgemäße Ausführungsform erlaubt die Verwendung von geeigneten Kunststoffen als Material der Begrenzungswand.oder=auch van Glas, Ton, Porzellan, ohne daß die Abmessungen der Begrenzungswand geändert werden müssen wegen Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit bei diesen Materialien gegenüber Begrenzungswänden aus Metall. Besonders wichtig ist, daß auch die Dicke der Begrenzungswand sich kaum auf die Wärmetransporteigenschaften der Begrehzungswände auswirkt und gegebenenfalls durch eine geringe Vergrößerung der Anzahl der Wärmeleitkörper in der Begrenzungswand ausgeglichen werden kann. Auch Schutzüberzüge können auf die Begrenzungswände ohne merkliche Beeinträchtigung der Wärmetransportleistung aufgebracht werden.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Begrenzungswand körperschalldämmend und/oder schallreflexionsarm ausgebildet. Erfindungsgemäß kann im Rahmen einer solchen Maßnahme Fasermaterial, Hartpappe oder Kunststoff verwendet werden. Solche Materialien sind einfach und billig. Sie gewährleisten ein geringes Gewicht bei hoher Materialersparnis und minimaler Geräuschbildung. Ein derartiger Wärmeübertrager weist demzufolge besondere Vorteile in Sachen Umweltschutz auf. Er ist vorteilhaft geeignet, um in Schulen, Kaufhäusern, Schwimmbädern oder Verwaltungsbauten verwendet zu werden.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Verhältnis der Länge H jedes der frei vorstehenden Wärmeleitkörperabschnitte zum mittleren wirksamen Durchmesser d

M · TI r\

des Wärmeleitkörpers durch die Beziehung - = C₁ . -~-

bestimmt ist, in der ^ ^ den Wärmeübergangskoeffizienten des am Wärmeleitkörper anstehenden Pluides, -^ ^ die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitkörpers und C^ eine Konstante bezeichnet, deren Wert ein Sechstel bis ein Drittel, bevorzugt ein Viertel, beträgt.

Ein anderes vorteilhaftes Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß das Verhältnis der Länge H eines vorstehenden Wärmeleitkörperabschnittes zur halben Dicke s der Be-

, , ,_ j· r, · i_ H ο · C? bestimmt ist, grenzungswand durch dxe Beziehung —— = ^d '

S ^l Tt

9-

in der ~^ die Anfangstemperaturdifferenz zwischen dem Wärmeleitkörper und dem an diesem anstehenden Fluid, <f^ den Temperaturabfall der Wärmeleitkörpertemperatur auf der halben Dicke s der Begrenzungswand und C2 eine Konstante bezeichnet, deren unterster Wert vier Siebtel und deren oberster Wert vier Fünftel beträgt .

In der erstgenannten Beziehung wird unter Durchmesser d nicht nur die diametrale Erstreckung feei einem runden Wärmeleit-

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körper verstanden, sondern auch die diametrale Erstreckung bei einem WärmeIeitkörper mit von dem runden Querschnitt abweichendem Querschnitt. Die Länge H der frei vorstehenden Wärmeleitkörperabschnitte bemißt sich exakt aus der mittleren vertikalen Ebene der Begrenzungswand bis zum Ende der Wärmeleitkörperabschnitte. Für die Praxis hinreichend genau kann jedoch auch angenommen werden, daß die Länge H der Abstand der WärmeIeitkörperend
/abschnitte von der jeweiligen Oberfläche der Begrenzungswand ist.

Die vorerwähnten Beziehungen ermöglichen es, in Abhängigkeit von den jeweiligen Pluiden die Länge des frei vorstehenden Abschnittes und den mittleren wirksamen Durchmesser der Wärmeleitkörper genau aufeinander abzustimmen. Dabei ist es möglich, daß in Abhängigkeit von dem anstehenden Fluid die Wärmeleitkörper auf jeder Seite der Begrenzungswand unterschiedlich lang und dick sein können. Es ist jedoch wesentlich, daß die Relativbeziehungen zwischen dem wirksamen Querschnitt und der Länge eines Wärmeleitkörpers stets erhalten bleiben. Diese elastische Anpassung an verschiedene Aufgaben wird dadurch noch wirkungsvoller, daß die Anzahl der Wärmeleitkörper beliebig variiert werden kann. Selbst bei einer nur geringen Anzahl und weit im Abstand voneinander angeordneten Wärmeleitkörpern sowie unter Verwendung einer Begrenzungswand aus schlecht wärmeleitendem Material können bei Gasen mit schlechten Wärmeübergangseigenschaften noch Wär.meströme übertragen werden, die gleich oder größer sind als die bei einer aus einem gut leitenden Werkstoff gefertigten und damit teuren, glatten Begrenzungswand. Das be- ^! deutet aber wiederum, daß bei einer kleinen Teilung des Wärmeleitkorperabstsancleo. in Strömungsrichtung bzw. quer zur Strömungsrichtung des Fluides und einem kleinen mittleren wirksamen DUPChj messer der Wärmeleitkörper ein Vielfaches der Leistung übertragen , werden kann, die mit nur glatten Flächen auch bei sehr guter , Wärmeleitfähigkeit der Begrenzungswand übertragen werden Γ können.

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Die Ausbildung der frei vorstehenden Längenabschnitte der Wärmeleitkörper ist nach der Erfindung bevorzugt zylindrisch gleichbleibend oder konisch zulaufend. Pur die meisten Anwendungsfälle wird ein runder Querschnitt der Wärmeleitkörper der geeigneteste sein. Im einfachsten Fall besteht der Wärmeleitkörper aus einem Drahtstück gleichmäßigen Durchmessers.

Die Festlegung der Wärmeleitkörper in einer Begrenzungswand ist an sich beliebig. Es kann jedoch empfehlenswert sein, daß die Wärmeleitkörper mittels Klemmsitz₉ gegebenenfalls unter Eingliederung einer Buchse, in der Begrenzungswand festgelegt sind. Wesentlich ist, daß jeder Wärmeleitkörper einen festen Sitz in der Begrenzungswand hat, der in der Regel der Fälle auch Dichtungsfunktionen zwischen beiden Seiten der Begrenzungswand übernimmt. In diesem Zusammenhang ist es in einigen Anwendungsfällen zweckmäßig, daß die Wärmeleitkörper mittels einer Rändelung oder eines Gewindes in der Begrenzungswand festgelegt sind. Bei Isolierstoffen gewährleistet ein Einkleben sowohl eine gute Dichtung wie auch eine gute Befestigung der Wärmeleitkörper. Auch Überzüge der Begrenzungswände können Dichtaufgaben übernehmen.

Nach der Erfindung sind die Wärmeleitkörper aus gegenüber den sie anströmenden Fluiden korrosionsfestem Material gebildet. Auch diese Maßnahme trägt in Verbindung mit der besonderen Gestaltung und dem Aufbau der die Wärmeleitkörper tragenden Begrenzungswände dazu bei, daß die Vorrichtung nach der Erfindung, eine hohe Lebensdauer aufweist.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens besteht ein vorteilhaftes Merkmal darin, daß der lichte Abstand zwischen zwei benachbarten Begrenzungswänden mittels schienenartiger Distanzhalter, gegebenenfalls unter Eingliederung von in der Dicke veränderbaren Beilagen, bestimmbar ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, daß in Anpassung an die Eigen-

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schäften der jeweils an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide und die Geschwindigkeit der die Strömungskanäle passierenden Fluide der Druckabfall klein gehalten werden kann.

In diesem Zusammenhang kennzeichnet sich eine besondere Ausführungsform dadurch, daß die Distanzhalter einen etwa Z-förmigen Querschnitt besitzen, wobei einer der beiden annähernd parallel zueinander verlaufenden Schenkel gabelartig ausgebildet ist und den Randbereich einer Begrenzungswand ü-förmig dichtend umfaßt, während der andere flächige Schenkel der Verbindung mit dem die benachbarte Begrenzungswand positionierenden Distanzhalter dient. Diese Distanzhalter übernehmen mithin sowohl die Distanz- als auch eine Dichtungsfunktion. Außerdem tragen sie dazu bei, die notwendige Steifigkeit und Festigkeit des Wärmeübertragers zu gewährleisten.

Sind größere Druckunterschiede in den beiden einer Begrenzungswand benachbarten Strömungskanälen zu erwarten, so besteht ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung darin, daß die Wärmeleitkörper unmittelbar oder mittelbar durch Aufsteckelemente eine distanzierende Abstützung von zwei einander benachbarten Begrenzungswänden bewirken.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Begrenzungswände und der diese quer durchsetzenden Wärmeleitkörper ermöglicht ein baukastenartiges Zusammensetzen auch größerer und damit leistungsfähigerer Wärmeübertrager. In diesem Zusammenhang ist ein zweckmäßiges Merkmal der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände mittels H-förmig profilierter schienenartiger Verbxndungsleisten in Verlängerung ihrer Ebenen axial aufeinanderfolgend zusammensetzbar sind. Die somit mögliche Elementenbauweise gewährleistet große Flächenabmessungen und führt zu wesentlichen Vereinfachungen bei Fertigungsüberlegungen. Die H-förmig profilierten Verbxndungsleisten dichten nicht nur

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die Stoßfugen zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Begrenzungswänden, sondern versteifen die Wände auch.

Es ist erfindungsgemäß ferner zweckmäßig, daß die Distanzhalter und die Verbindungsleisten aus einem gegenüber den an der Wärmeübertragung beteiligten Pluiden korrosionsfestem Material gebildet sind. Auch diese Maßnahme trägt zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers bei, da hierdurch die Lebensdauer zusätzlich erhöht wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Schema einen Wärmeübertrager in Kreuzstromausführung in der Perspektive,

Fig. 2 eine Frontalansicht auf einen Teil einer zwei benachbarte Strömungskanäle trennenden Begrenzungswand,

Fig. 3a bis 3f verschiedene Möglichkeiten der Befestigung eines Wärmeleitkörpers in einer Begrenzungswand,

Fig. 4 in vertikalem Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Wärmeübertragers,

Fig. 5 in horizontalem Querschnitt die Zuordnung

von zwei einander benachbarten Begrenzungswänden,

Fig. 6 die Ausführungsform der Fig. 5 in Explosivdarstellung
und

Fig. 7 in horizontalem Längsschnitt den Stoßbereich von zwei axial aufeinanderfolgenden Begrenzungswänden.

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- li -

In der Pig. 1 ist ein Wärmeübertrager im Schema dargestellt, der aus mehreren in der Ansicht quadratischen, im Abstand a nebeneinander angeordneten Begrenzungswänden 1 besteht und im Kreuzstrom geschaltet ist.

Die Begrenzungswände 1 bilden zwischen sich kanalartige Strömungskanäle 2 aus. Diese Strömungskanäle 2 sind derart angeordnet, daß die Strömungskanäle für das vertikal einströmende Fluid I jeweils benachbart zu den Strömungskanälen für das horizontal einströmende Fluid II liegen. Zu diesem Zweck sind die Querseiten 3 der vertikalen Kanäle 2 zum Einströmen für das horizontale Fluid II und die Oberseiten H der horizontalen Kanäle für das vertikal einströmende Fluid I gesperrt.

Jede Begrenzungswand 1 des Wärmeübertragers der Fig. 1 besteht aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kunststoff. Die Begrenzungswand ist in Abhängigkeit von den die Kanäle 2 durchströmenden Fluiden I bzw. II mit einer Anzahl von schlanken, glatten, nadeiförmigen Wärmeleitkörpern 5 auf ganzer Dicke durchsetzt, wie dies die Fig. 2-6 näher erkennen lassen.

In Fig. 2 ist dabei veranschaulicht, daß die Wärmeleitkörper in einem Abstand gleicher Teilung in Längs- und Querrichtung angeordnet sind. Dies ist besonders zweckmäßig unter Berücksichtigung der Kreuzstromführung der Fluide gemäß Fig. 1. Jedoch ist auch eine andere Anordnung und Teilung der Wärmeleitkp*rper 5 denkbar.

Die Befestigung der Wärmeleitkörper 5 in den Begrenzungswänden 1 ist in einfachster Weise durchzuführen. Dabei kann das Material der Wärmeleitkörper 5 und der Begrenzungswände 1 so gewählt sein, daß es gegebenenfalls möglich ist, die Wärme- -leitkörper ohne vorheriges Lochen in die Begrenzungswände ein zusetzen. Auch sollen sie einen festen Sitz haben, ohne daß die _:

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- 12 Dicke der Begrenzungswände deswegen groß gemacht werden muß.

Das Einsetzen der Wärmeleitkörper 5 in die Begrenzungswände 1 kann voll maschinell erfolgen, wobei in einem Arbeitsgang gleichzeitig mehrere Wärmeleitkörper eingesetzt werden können.

Die Befestigung der Wärmeleitkörper 5 in den Begrenzungswänden 1 ist anhand der Fig. 3 veranschaulicht. Hierbei zeigen die Fig. 3a und 3b-lediglich einen Klemmsitz. Die geometrische Form der Wärmeleitkörper ist im Falle der Fig. 3a zylindrisch und im Falle der Fig. 3b konisch. Die Festlegung des Wärmeleitkörpers 5 in der Fig. 3c erfolgt mit Hilfe eines Bundes 6, gegebenenfalls zusätzlich durch Klemmung in der Begrenzungswand 1. Im Falle der Fig. 3d besitzt der Wärmeleitkörper im mittleren Längenbereich eine Rändelung 7» welche zusätzlich dazu beiträgt, die Wärmeleitkörper festzulegen. Der Wärmeleitkörper der Fig. 3e ist mit Hilfe eines im mittleren Längenbereich angeordneten Gewindes 8 in der Begrenzungswand 1 festgelegt. Die Anordnung der Fig.. 3f zeigt einen zylindrischen Wärmeleitkörper, der unter Eingliederung einer Buchse 9 in der Begrenzungswand 1 festgelegt ist. Auch ist es denkbar, daß die Wärmeleitkörper zweiteilig ausgebildet sind und nach Art von Druckknöpfen unter Festlegung an der Begrenzungswand zusammengesteckt werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig» H läßt einen Wärmeübertrager erkennen, welcher aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren 10 und 11 besteht. Dabei· wird ein Strömungskanal 2 von dem lichten Querschnitt des Innenrohres 10 und der andere Strömungskanal 2 von dem lichten Querschnitt des äußeren Rohres 11 sowie dem Außenumfang des Innenrohres 10 begrenzt. Die Wärmeübertragung erfolgt über in die Wandung des Innenrohres eingesetzte Wärmeleitkörper 5, welche in Längsrichtung des Rohres 10 schraubenlinienförmig angeordnet sind. Die Ausgestal-

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tung der Wärmeleitkörper kann auch bei dieser Ausfuhrungsform eines Wärmeübertragers entsprechend den Möglichkeiten gewählt werden, wie sie anhand der Fig. 3a - 3f beschrieben worden sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Möglichkeit der genauen seitlichen Distanzierung von zwei benachbarten Begrenzungswanden 1. Diesem Zweck dienen etwa Z-förmig ausgebildete Distanzhalter 12. Einer der beiden Schenkel 13 jedes Distanzhalters ist U-förmig ausgebildet und umgreift die Längskantenseite 14 einer Begrenzungswand 1 formschlüssig und dichtend. Der andere Schenkel 15 ist flächig geradlinig ausgebildet und dient zur Befestigung mit dem flächigen Schenkel 15 des Distanzhalters 12 der benachbarten Begrenzungswand. Um optimale Verhältnisse in Abhängigkeit von den Eigenschaften der an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide zu schaffen, kann der Abstand bzw. die lichte Weite a zwischen zwei benachbarten Begrenzungswänden zusätzlich durch in der Dicke veränderbare Beilagen 16 bestimmt werden.

Falls bei größeren Druckunterschieden zwischen einander benachbarten Strömungskanälen 2 eine Abstützung der Begrenzungswände 1 notwendig ist, kann dies beispielsweise dadurch erfolgen (s. Fig. 5s linke Hälfte), daß über die Wärmeleitkörper 5 hülsenartige Aufsteckelemente 17 geschoben werden. Wie die rechte Hälfte der Fig. 5 erkennen läßt, kann dies aber auch dadurch bewirkt werden, daß die Wärmeleitkörper 5 unter gegenseitiger Abstützung unmittelbar die distanzierende Abstützung übernehmen.

In der Fig. 7 ist dargestellt, wie zwei axial in Verlängerung ihrer Ebenen aufeinanderfolgende Begrenzungswände 1 dichtend und fluchtend miteinander verbunden werden können. Zu diesem Zweck wird eine im Querschnitt H-förmige Verbindungsschiene 18 benutzt. Eine solche Verbindung ist z.B. dann zweck-.mäßig, wenn zwei oder mehrere der Wärmeübertrager gemäß Fig. 1 zu einem größeren Aggregat zusammengesetzt werden sollen.

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Claims

PATE KTAM WALTE

DR.-ING. W. STUHLMANN - DiPL.-ING. R. WILLERT

DR.-ING. P. H. OiDTMANN

AKT.N.NR. 394/25476 ' _4e3BOCHUM. 21,11.1974 ^XR/H

Postschließfach 24 BO Ihr Zeichen ' Fernruf O 23 21/14O 61

Bergstraße 169 GEA LUftkÜhlergeSellSChaft Telegr.: Stuhlmannpatent

Happel GmbH & Co. KG₃ Bochum

Mi-

Patentansprüche:

(1.J Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen Pluiden unterschiedlicher Temperatur, die in weitgehend parallelem Abstand nebeneinander angeordnete, gegebenenfalls räumlich gekrümmte Begrenzungswände von mindestens zwei kanalartigen Strömungswegen für jedes der an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Begrenzungswand (1), welche zwei mit unterschiedlich temperierten Pluiden (I, II) beaufschlagte Strömungskanäle (2) voneinander trennt, von glatten, schlanken, nadelartigen Wärmeleitkörpern (5) mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf ganzer Dicke quer durchsetzt ist, deren über beide Oberflächen der Begrenzungswand (1) etwa rechtwinkelig vorstehenden freien Längenabschnitte sich mindestens über einen Teil der lichten Weite (a) der einander benachbarten Strömungskanäle (2) erstrecken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzungswand (1) aus schlecht wärmeleitendem Material besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzungswand (1) mit Bezug auf die beiden benachbarten, an der Wärmeübertragung beteiligten Fluide (I, II) aus korrosionsfestem Material besteht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzungswand (1) körperschalldämmend und/oder schallflexionsarm ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswand (1) aus Pasermaterial, Hartpappe oder Kunststoff gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Verhältnis der Länge (H) jedes der frei vorstehenden Wärmeleitkörperabschnitte zum mittleren wirksamen -Durchmesser (d) des Wärmeleitkörpeis (5) durch

die Beziehung F~N— ⁼ ^l ' ~H~ b^estinimt ist, in der &\N den

Wärmeübergangskoeffizienten des am Wärmeleitkörper (5) anstehen- ' den Pluides (I bzw. II), ^ ^ die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitkörpers (5) und C^ eine Konstante bezeichnet, deren Wert ein Sechstel bis ein Drittel, bevorzugt ein Viertel, beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Länge (H) eines vorstehenden Wärmeleitkörperabschnittes zur halben Dicke

(s) der Begrenzungswand (1) durch die Beziehung H = ^^"o . _n

o. ~ ^t" ^C2

bestimmt ist, in der ^₃ die Anfangstemperaturdifferenz zwischen dem Wärmeleitkörper (5) und dem an diesem anstehenden Fluid (I bzw. II), <ij; den Temperaturabfall der Wärmeleitkörpertemperatur auf der halben Dicke (s) der Begrenzungswand (1) und C2 eine Konstante bezeichnet, deren unterster Wert vier Siebtel und deren oberster Wert vier Fünftel beträgt.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1, .6 oder 7» dadurch gekennzeichnet , daß die frei vorstehenden Längenabschnitte der Wärmeleitkörper (5) zylindrisch gleichbleibend oder konisch zulaufend ausgebildet sind.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der. folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (5) mittels Klemmsitz, gegebenenfalls unter Eingliederung einer Buchse (9)_} in der Begrenzungswand (1) festgelegt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (5) mittels einer Rändelung (7) oder eines Gewindes (8) in der Begrenzungswand (1) festgelegt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (5) aus gegenüber den sie anströmenden Pluiden (I bzw. II) korrosionsfestem Material gebildet sind.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-5 oder 9 bzw. 10, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Abstand (a) zwischen zwei benachbarten Begrenzungswänden (1) mittels schienenartiger Distanzhalter (12), gegebenenfalls unter Eingliederung von in der Dicke veränderbaren Beilagen (16), bestimmbar ist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g ekennzei.chnet, daß die Distanzhalter (12) einen etwa Z-förmigen Querschnitt besitzen, wobei einer der beiden annähernd parallel zueinander verlaufenden Schenkel (13) gabelartig ausgebildet ist und den Randbereich (14) einer Begrenzungswand (1) U-förmig dichtend umfaßt, während der-andere flächige Schenkel (15) der Verbindung mit dem die benachbarte Begrenzungswand (1) positionierenden Distanzhalter (12) dient.
l4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (5) unmittelbar oder mittelbar durch

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Aufsteckelemente (17) eine distanzierende Abstützung von zwei einander benachbarten Begrenzungswänden (1) bewirken.
15. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-5, dadurch g e k e η η ζ e i c h. n'e t , daß die Begrenzungswände (1) mittels H-förmig profilierter schienenartiger Verbindungsieisten (18) in Verlängerung ihrer Ebenen axial aufeinanderfolgend zusammensetzbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzhalter (12) und die Verbindungsleisten (18) aus einem gegenüber den an der Wärmeübertragung beteiligten Pluiden (I bzw. II) korrosionsfestem Material gebildet sind.

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