DE4407080A1 - Wärmetauscher - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserun
gen in einem Wärmetauscher des hartgelöteten, feinen Plat
tentyps und insbesondere auf einen Wärmetauscher des Gegen
stromtyps.
Bislang wurde ein Wärmetauscher der in Fig. 16 der
Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung gezeigten Art vorge
schlagen und zum Beispiel in der vorläufigen japanischen Ge
brauchsmusterveröffentlichung Nr. 63-49 189 veröffentlicht.
Dieser herkömmliche Wärmetauscher ist mit einer Mehrzahl von
Röhrenelementen 52, die einen ersten Durchlaß 61 für ein
Fluid A mit niedriger Temperatur bilden, und einem Gehäuse
56 versehen, das einen zweiten Durchlaß 62 für ein Fluid B
mit hoher Temperatur durch Umgeben der Röhrenelemente 52
bildet. Das Fluid A mit niedriger Temperatur A fließt durch
die Röhrenelemente 52 von Einlaßöffnungen 54 zu Auslaßöff
nungen 55 in der durch die Pfeile in Fig. 16 gezeigten Rich
tung. Das Fluid B mit hoher Temperatur fließt so durch den
zweiten Durchlaß 62, daß die Fließrichtung des Fluids B
senkrecht zu der des Fluids A ist, um dazwischen eine Wärme
übertragung zu bewirken. Das bedeutet, daß der Wärmetauscher
vom sogenannten Kreuzflußtyp ist. Folglich besitzt ein sol
cher Wärmetauscher vom hartgelöteten, feinen Plattentyp und
Kreuzflußtyp eine Einschränkung hinsichtlich der Verbesse
rung des wärmeübertragungskoeffizienten. Weiterhin fließt
aufgrund eines Zwischenraumes 51 zwischen den Röhrenelemen
ten 52 und einer Seitenplatte 58 in diesem herkömmlichen
Wärmetauscher eine nicht unerhebliche Menge des Fluids B mit
hoher Temperatur durch den Zwischenraum 51, und daher wird
die Wärmeübertragung zwischen dem Fluid B mit hoher Tempera
tur und dem Fluid A mit niedriger Temperatur nicht wirkungs
voll durchgeführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Wärmetauscher des Gegenflußtyps zur Verfügung zu stellen,
der eine hohe Wärmeübertragungseffizienz erreicht.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Wärme
tauscher gelöst.
Ein Wärmetauscher für erste und zweite Fluids nach der
vorliegenden Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Röhrenele
menten, die jeweils erste Fluid-Durchflußräume bilden. Eine
Mehrzahl von inneren Rippen ist jeweils in dem ersten Fluid-
Durchflußraum des Röhrenelements gebildet. Eine erste Fluid-
Einlaßöffnung ist mit den Röhrenelementen verbunden, um das
erste Fluid in den ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten. Die
erste Fluid-Einlaßöffnung ist so angeordnet, daß sie von ei
ner lateralen Seite der inneren Rippen nach außen vorsteht.
Eine erste Fluid-Auslaßöffnung ist mit den Röhrenelementen
verbunden, um das erste Fluid aus dem ersten Fluid-Durch
flußraum zu befördern. Die erste Fluid-Einlaßöffnung ist so
angeordnet, daß sie von dem lateralen Seitenende der inneren
Rippe nach außen vorsteht. Eine Mehrzahl von äußeren Rippen
ist abwechselnd mit den Röhrenelementen laminiert. Ein Ge
häuse umgibt die Röhrenelemente und bildet dazwischen einen
zweiten Fluid-Durchflußraum. Das Gehäuse besitzt eine zweite
Fluid-Einlaßöffnung und eine zweite Fluid-Auslaßöffnung. Das
Gehäuse ist so geformt, daß es entlang einer peripheren Wand
des Röhrenelements, das die ersten Fluid-Einlaß- und -Auslaß
öffnungen bildet, gekrümmt ist.
Somit verbessert diese Anordnung die Wärmeübertragungs
effizienz zwischen den ersten und zweiten Fluids und verrin
gert die Größe des Wärmetauschers.
Fig. 1 ist ein horizontaler Querschnitt des ersten Aus
führungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 2 ist ein weiterer horizontaler Querschnitt des
Wärmetauschers der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht,
die den Wärmetauscher der Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 ist ein Querschnitt des Wärmetauschers in der
Richtung der Pfeile im wesentlichen entlang der Linie IV-IV
der Fig. 1.
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt zum Erklären
der Festigkeit des Wärmetauschers der Fig. 4.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die Einlaß- und
Auslaßöffnungen laminierter Röhrenelemente des Wärmetau
schers der Fig. 1 zeigt.
Fig. 7 ist ein horizontaler Querschnitt eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht ei
nes dritten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht ei
nes vierten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist ein teilweiser Querschnitt eines fünften
Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 11 ist ein Querschnitt der Fig. 10 entlang der
Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XI-XI.
Fig. 12 ist ein teilweiser Querschnitt eines sechsten
Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 13 ist ein Querschnitt der Fig. 12 entlang der
Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XIII-XIII.
Fig. 14 ist ein teilweiser Querschnitt eines siebten
Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 15 ist ein Querschnitt der Fig. 14 entlang der
Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XV-XV.
Fig. 16 ist ein horizontaler Querschnitt eines herkömm
lichen Wärmetauschers.
In den Fig. 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbei
spiel eines Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfindung
gezeigt.
Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, umfaßt der Wärmetau
scher H eine Mehrzahl von Röhrenelementen 2, die jeweils er
ste Fluid-Durchlaßöffnungen 21 bilden, so daß ein Fluid A
mit niedriger Temperatur durch die ersten Fluid-Durchlaßöff
nungen 21 fließt. Eine Mehrzahl von inneren Rippen 3 ist je
weils in den Röhrenelementen 2 angeordnet. Jedes der Röhren
elemente 2 besitzt zwei Einlaßöffnungen 4, durch die das
Fluid A mit niedriger Temperatur in die Röhrenelemente 2
fließt, und zwei Auslaßöffnungen 5, durch die das Fluid A
mit niedriger Temperatur aus den Röhrenelementen heraus
fließt. Alle Einlaßöffnungen 4 und Auslaßöffnungen 5 sind so
angeordnet, daß sie von beiden lateralen Seitenbereichen 1a
jeder äußeren Rippe 1 nach außen vorstehen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt der Wärmetauscher H ein
Gehäuse 6, durch das eine zweite Fluid-Durchlaßöffnung 22
für ein Fluid B mit hoher Temperatur gebildet wird. Die Röh
renelemente 2 sind abwechselnd mit einer Mehrzahl von äuße
ren Rippen 1 laminiert und in dem Gehäuse 6 angeordnet. Eine
Einlaßzuführung 24 für das Fluid B mit hoher Temperatur ist
an einem Ende des Gehäuses 6 geformt, und eine Auslaßabfüh
rung 24 ist am anderen Ende des Gehäuses 6 geformt.
Der Wärmetauscher H ist so angeordnet, daß das Fluid A
mit niedriger Temperatur von einem oberen Abschnitt der Ein
laßöffnungen 4 in die Röhrenelemente 2 fließt und durch Ein
laßöffnungen 4 auf die Durchlässe 21 verteilt wird, wie in
Fig. 3 durch die Pfeile gezeigt. Dann fließt das Fluid A mit
niedriger Temperatur durch die Auslaßöffnungen 5 heraus zu
einer oberen Seite des Wärmetauschers H. Wenn das Fluid A
mit niedriger Temperatur und das Fluid B mit hoher Tempera
tur durch die ersten Fluid-Durchlaßöffnungen 21 beziehungs
weise durch die zweiten Fluid-Durchlaßöffnungen fließen,
wird ein Wärmeaustausch zwischen beiden durch den Wärmetau
scher H durchgeführt.
Ein Paar von Einlaßzuführungen 4a ist mit dem Gehäuse 6
verbunden, um das Fluid A mit niedriger Temperatur den Ein
laßöffnungen 4 zuzuführen. Auf ähnliche Weise ist ein Paar
von Auslaßabführungen 5a mit dem Gehäuse 6 verbunden, um das
Fluid mit niedriger Temperatur aus den Auslaßöffnungen 5
herauszuführen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht jedes Röhrenelement 2 aus
einer oberen Platte 26 und einer unteren Platte 27, die mit
einander verbunden sind, wobei sie zwischen sich eine innere
Rippe 3 einschließen. Ein peripherer Bereich 27b der unteren
Platte 27 ist so gebogen, daß er einen peripheren Bereich
26b der oberen Platte 26 umgibt, und die peripheren Bereiche
26b und 27b sind dann auf selbst verriegelnde Weise mitein
ander verbunden. Vier geflanschte Durchgangslöcher 26a sind
in Bereichen geformt, die den Einlaß- und Auslaßöffnungen
jeder oberen Platte 26 entsprechen. Auf ähnliche Weise sind
vier geflanschte Durchgangslöcher 27a in Bereichen geformt,
die den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 jeder unteren
Platte entsprechen. Die geflanschten Durchgangslöcher 26a
der oberen Platte sind jeweils mit den geflanschten Durch
gangslöchern 27a der unteren Platte 27 verbunden, und daher
sind die Röhrenelemente 2 fein befestigt und positioniert.
Vier U-förmige Abstandselemente 14 sind in jedem Röhrenele
ment 2 eingesetzt, um jeweils die Einlaß- und Auslaßöffnun
gen 4 und 5 zu umgeben, wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt.
Vier ringförmige Abstandselemente 15 sind so angeordnet, daß
sie jeweils die verbundenen Durchgangslöcher 26a und 27b um
geben, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt.
Jedes der Abstandselemente 15 ist durch Hartlöten mit
den oberen und unteren Platten 26 und 27 verbunden. Dieses
Hartlöten stellt die Dichtigkeit der Einlaß- und Auslaßöff
nungen 4 und 5 sicher. Zusätzlich sind die oberen und unte
ren Platten 26 und 27, die inneren und äußeren Rippen 3 und
1 und die Abstandselemente 14 und 15 durch Hartlöten mit
Kontaktoberflächen verbunden. Weiterhin verhindern die Ab
standselemente 14 und 15 das Erzeugen von Dimensionsschwan
kungen zwischen den unteren und oberen Platten 26 und 27 und
stellen die Belastungs- und Stoßfestigkeit sicher. Folglich
ist, selbst wenn ein Gewicht 28 auf den Wärmetauscher gelegt
wird, wie Fig. 5 gezeigt, der Wärmetauscher H einem solchen
Gewicht gegenüber beständig, ohne daß sich die Leistung des
Wärmetauschers H verschlechtert. Da die Abstandselemente 14
und 15 die Festigkeit des Wärmetauschers H verbessern, ist
es möglich, die Anforderungen an die Stabilität der inneren
und äußeren Rippen 3 und 1 zu verringern. Dies ermöglicht
eine Verringerung der Dicke der inneren und äußeren Rippen 3
und 1, und daher wird der Druckabfall in dem Wärmetauscher H
verringert.
Ein Paar von Seitenplatten 8, die Seitenbereiche des Ge
häuses 6 bilden, sind entlang peripherer Wände 2a und 2b des
Röhrenelements 2 geformt, um Ausstülpungen 8a, 8b und Ver
tiefungen 8c zu bilden, während sie einen vorgegebenen Zwi
schenraum 11 zwischen den Röhrenelementen 2 und dem Gehäuse
halten.
Die inneren Rippen 3 und die äußeren Rippen 1 sind ge
rippt geformt und so angeordnet, daß die Rippenrichtungen
der Rippen 3 und 1 untereinander dieselben sind. Die Einlaß
öffnungen 4 sind in der Nähe der Auslaßausführung 25 des
zweiten Durchlasses 22 angeordnet, und die Auslaßöffnungen 5
sind in der Nähe der Einlaßzuführung 24 des zweiten Durch
lasses 22 angeordnet. Das bedeutet, daß die Strömungsrichtung
des Fluids A mit niedriger Temperatur, die von den inneren
Rippen 3 geleitet wird, der Strömungsrichtung des Fluids B
mit hoher Temperatur, die von den äußeren Rippen 1 geleitet
wird, entgegengesetzt ist. Folglich arbeitet der Wärmetau
scher H als Wärmetauscher des Gegenstromtyps.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Beziehung zwischen der
Querschnittsfläche S₄ der Einlaßöffnungen 4, der Quer
schnittsfläche t4 eines Einlasses 30 für die Röhrenelemente
2 und die Anzahl N der Röhrenelemente 2, die in dem Wärme
tauscher H laminiert sind, so bestimmt, daß sie die folgende
Gleichung (1) erfüllt:
S4 = t4 × N (1)
Auf ähnliche Weise ist die Beziehung zwischen der Quer
schnittsfläche S5 der Auslaßöffnungen 5, der Querschnitts
fläche t5 eines Auslasses 31 für die Röhrenelemente 2 und
die Anzahl N der Röhrenelemente 2, die in dem Wärmetauscher
H laminiert sind, so bestimmt, daß sie die folgende Glei
chung (2) erfüllt:
S5 = t5 × N (2)
Wenn weiterhin die Einlaßtemperatur des Fluids A mit
niedriger Temperatur T4 ist, die Einlaßfließgeschwindigkeit
des Fluids A mit niedriger Temperatur V4 ist, die Auslaßtem
peratur des Fluids A mit niedriger Temperatur T5 ist und die
Auslaßgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur
V5 ist, sind diese Werte so festgelegt, daß sie die folgende
Gleichung (3) erfüllen:
Die Arbeitsweise des Wärmetauschers H nach der vorlie
genden Erfindung wird hiernach diskutiert.
Wie in Fig. 1 durch die Pfeile gezeigt, fließt das Fluid
A mit niedriger Temperatur durch die Einlaßöffnungen 4 in
die Röhrenelemente 2, fließt dann entlang der inneren Rippen
3 und fließt dann aus den Auslaßöffnungen 5 heraus. Auf der
anderen Seite fließt, wie in Fig. 2 gezeigt, das Fluid B mit
hoher Temperatur durch die Einlaßzuführung 24 in das Gehäuse
6, fließt dann entlang der äußeren Rippen 1 und fließt dann
aus der Auslaßabführung 25 heraus.
Da die Strömungsrichtung des Fluids A mit niedriger Tem
peratur der Strömungsrichtung des Fluids B mit hoher Tempe
ratur entgegengesetzt ist, wird die thermische Verteilung in
den Röhrenelementen 2 ausgeglichen, und daher wird die Wär
meübertragungseffizienz verbessert verglichen mit einem her
kömmlichen Wärmetauscher des Kreuzflußtyps. Dies erlaubt,
daß der Wärmetauscher kleiner wird.
Da die Außenwände 2a und 2b der Röhrenelemente 2 und die
Ausstülpungen 8a und 8b der Seitenplatten gekrümmt geformt
sind, wird der Rücktrieb des von dem Gehäuse 6 und den Röh
renelementen 2 geformten Durchlasses aufgrund der stark ge
krümmten Bereiche 13 erhöht. Demzufolge fließt das Fluid B
mit hoher Temperatur hauptsächlich durch die äußeren Rippen
1, während die Menge des durch den Zwischenraum 11 zwischen
dem Gehäuse 6 und den Röhrenelementen 2 fließenden Flusses
verringert wird. Daher wird der Wärmeübertragungskoeffizient
dieses Wärmetauschers H verbessert.
Insbesondere wenn das Fluid B mit hoher Temperatur durch
den gekrümmten Bereich 13 des Zwischenraums 11 fließt, be
trägt sein Druckabfall 0,2- bis 0,6mal den dynamischen
Druck. Wenn zum Beispiel der Druck des Fluids B mit hoher
Temperatur der atmosphärische Druck ist, die Temperatur
500°C, die Flußrate 100 g/s und die Querschnittsfläche des
Zwischenraums 11 ein Zehntel der gesamten Querschnittsfläche
des Durchlasses für das Fluid B beträgt, ist festzustellen,
daß die durch den Zwischenraum 11 gehende Flußrate größer
als 10 g/s ist. Wenn außerdem die Breite eines peripheren
Befestigungsbereichs 10 des Röhrenelements 2 3 mm, der Ab
stand zwischen dem Spitzenbereich des peripheren Befesti
gungsbereichs 20 und der Seitenplatte 8 1 mm und der Abstand
zwischen den oberen und unteren Wänden des Gehäuses 6 100 mm
beträgt, ist die Querschnittsfläche des Zwischenraums 11
kleiner als 400 × 2 mm2. Demzufolge wird die Geschwindigkeit
des Fluids B mit hoher Temperatur größer als der durch fol
gende Gleichung ausgedrückte Wert V:
V = (100 × 0,1) / }(400 × 2 × 10-6) × ρ} = 27,2 m/s
Daher ist der Druckabfall an den vier stark gekrümmten
Bereichen 13 des Zwischenraums 11 größer als 408 Pa = 4 ×
0,46 × (1/2) × 27,22 × 0,6. Da der atmosphärische Druck
1,01325 x 105 Pa beträgt, ist der Druckabfall an den Berei
chen 11 etwa 4% des atmosphärischen Drucks (Druck des Fluids
B). Daher wird die Durchflußrate, die in den Zwischenraum 11
fließt, um etwa 4% (1/1,04 = 0,96) reduziert.
Da auf der anderen Seite die Querschnittsfläche 54 der
Einlaßöffnungen 4 so festgelegt ist, daß sie die Gleichung
(1) erfüllt, und die Querschnittsfläche S5 der Auslaßöffnun
gen 5 so festgelegt ist, daß sie die Gleichung (2) erfüllt,
wird die Änderung der Geschwindigkeit des Fluids A mit nied
riger Temperatur unterdrückt, und daher nimmt der Druckab
fall an den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 ab.
Da die Querschnittsfläche S4 und die Querschnittsfläche
S5 so bestimmt sind, daß sie die durch die Gleichung (3) ge
gebene Beziehung erfüllen, wird die Änderung des Impulses
des Fluids B an den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 un
terdrückt, um den Druckabfall zu reduzieren.
In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärme
tauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. In die
sem Ausführungsbeispiel sind Teile, die dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel entsprechen, durch entsprechende Bezugszeichen
des ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher
H mit einer Einlaßöffnung 34 und einer Auslaßöffnung 35 für
das Fluid A mit niedriger Temperatur versehen. Wenn die
Querschnittsfläche der Einlaßöffnung 34 S₃₄, die Quer
schnittsfläche jedes Einlasses jedes Röhrenelements 2 t34
und die Anzahl der Röhrenelemente 2 N sind, sind die Quer
schnittsflächen S34 und t34 und die Anzahl N so bestimmt,
daß sie die folgende Gleichung (4) erfüllen:
S34 = t34 × N (4)
Auf ähnliche Weise sind, wenn die Querschnittsfläche der
Auslaßöffnung 35 S35, die Querschnittsfläche jedes Auslasses
jedes Röhrenelements 2 t35 und die Anzahl der Röhrenele
mente 2 N sind, sind die Querschnittsflächen S35 und t35 und
die Anzahl N so bestimmt, daß sie die folgende Gleichung (5)
erfüllen:
S35 = t35 × N (5)
Wenn weiterhin die Einlaßtemperatur des Fluids A mit
niedriger Temperatur T4 ist, die Einlaßfließgeschwindigkeit
des Fluids A mit niedriger Temperatur V4 ist, die Auslaßtem
peratur des Fluids A mit niedriger Temperatur T5 ist und die
Auslaßgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur
V5 ist, sind diese Werte so festgelegt, daß sie die folgende
Gleichung (6) erfüllen:
In Fig. 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wärme
tauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels ist im all
gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels, außer
daß das Fluid A mit niedriger Temperatur durch vier Einlaß
öffnungen 44, die an zwei oberen Bereichen und zwei unteren
Bereichen geformt sind, wie in Fig. 8 gezeigt, in die Röh
renelemente 2 fließt.
Mit dieser Anordnung beträgt, wenn die Querschnittsflä
che S44 jeder Einlaßöffnung 44 gleich der Querschnittsfläche
54 jeder Einlaßöffnung 4 des ersten Ausführungsbeispiels
ist, die Geschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Tempera
tur in den Einlaßöffnungen 44 die Hälfte derjenigen in dem
ersten Ausführungsbeispiel. Folglich beträgt der Druckabfall
an den Einlaßöffnungen 44 ein Viertel desjenigen an den Ein
laßöffnungen 4 des ersten Ausführungsbeispiels. Es ist mit
anderen Worten möglich, indem man die Geschwindigkeit an den
Einlaßöffnungen 44 auf dieselbe Weise festlegt wie an den
Einlaßöffnungen 4 des ersten Ausführungsbeispiels, die Quer
schnittsfläche S44 auf die Hälfte derjenigen des ersten Aus
führungsbeispiels zu reduzieren. Dies erlaubt es, den Wärme
tauscher H klein zu bilden.
In Fig. 9 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Wärme
tauschers nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Der Aufbau des vierten Ausführungsbeispiels ist im all
gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels, außer
daß das Fluid A mit niedriger Temperatur durch vier Einlaß
öffnungen 44, die in zwei oberen Bereichen und zwei unteren
Bereichen geformt sind, in die Röhrenelemente 2 fließt und
aus vier Auslaßöffnungen 45, die in zwei oberen Bereichen
und zwei unteren Bereichen geformt sind, herausfließt.
Mit dieser Anordnung wird zusätzlich zur Verringerung
des Druckabfalls an den Einlaßöffnungen 44 der Druckabfall
an den Auslaßöffnungen 45 ähnlich zur Reduktion an den Ein
laßöffnungen 44, wie er im dritten Ausführungsbeispiel er
wähnt ist, verringert wird. Daher ist es möglich, den Wärme
tauscher noch kleiner zu bauen. Wenn weiterhin die Einlaß
temperatur des Fluids A mit niedriger Temperatur T4 ist, die
Einlaßfließgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Tempe
ratur V4 ist, die Auslaßtemperatur des Fluids A mit niedri
ger Temperatur T5 ist und die Auslaßgeschwindigkeit des
Fluids A mit niedriger Temperatur V5 ist, sind diese Werte
so festgelegt, daß sie die folgende Gleichung (7) erfüllen:
Der Aufbau des fünften Ausführungsbeispiels ist im all
gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels. Im
fünften Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Säulen 18
in einem Zwischenraum 16 angeordnet, der die Einlaßöffnung 4
und die innere Rippe 3 in dem Röhrenelement 2 verbindet. Die
Säulen 18 sind entlang einer Strömungslinie des Fluids A mit
niedriger Temperatur, wie in Fig. 10 gezeigt, angeordnet, um
das Fluid A mit niedriger Temperatur gleichmäßig zur inneren
Rippe 3 zu leiten, ohne eine Stagnation in dem Zwischenraum
16 zu verursachen. Die oberen und unteren Platten 26 und 27
sind mit Ausstülpungen 26c und 27c, die durch Preßbearbei
tung hergestellt werden, versehen. Die Ausstülpungen 26c und
27c sind integral durch Hartlöten verbunden und bilden die
Säule 18. Folglich dienen die Säulen 18 zum Verbessern der
Steifigkeit der Röhrenelemente 2 und insbesondere der Stei
figkeit der oberen und unteren Platten 26 und 27, die dem
Zwischenraum 16 entsprechen. Weiterhin dienen die Säulen zum
Unterdrücken einer Verformung der Röhrenelemente 2 während
des Hartlötens.
Da die Säulen 18 entlang der Strömungslinie des Fluids A
mit niedriger Temperatur angeordnet sind, wird der Druck in
dem Zwischenraum 16 verringert. Wenn die Dichte des Fluids A
mit niedriger Temperatur p ist und die mittlere Geschwindig
keit in der Nähe der Einlaßöffnung 4 im Einlaßraum 16 v ist,
der kinetische Druck 1/2 ρv2 beträgt und der Druckabfallko
effizient ∫ ist, beträgt der Druckabfall im Einlaßraum 16
∫ρv2/2. Da die Säulen 18 als Führungselemente für das Fluid
A mit niedriger Temperatur dienen, nimmt der Druckabfallko
effizient in diesem Ausführungsbeispiel höchsten um 1 ab.
In den Fig. 12 und 13 ist ein sechstes Ausführungs
beispiel des Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfin
dung gezeigt.
Der Aufbau des sechsten Ausführungsbeispiels ist im all
gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels. In dem
sechsten Ausführungsbeispiel ist ein flügelförmiges Füh
rungselement 19 in dem Zwischenraum 16 angeordnet, der die
Einlaßöffnung 4 mit der inneren Rippe 3 des Röhrenelements 2
verbindet. Das Führungselement 19 ist so angeordnet, daß das
Fluid A mit niedriger Temperatur gleichmäßig durch den Zwi
schenraum 16 zur inneren Rippe 3 fließt, ohne eine Stagna
tion in dem Zwischenraum 16 zu verursachen. Weiterhin dient
das Führungselement 19 zum Verbessern der Steifigkeit der
Röhrenelemente 2. Weiterhin dient das Führungselement 19 zum
Unterdrücken einer Verformung der Röhrenelemente 2 während
des Hartlötens.
In den Fig. 14 und 15 ist ein siebtes Ausführungsbei
spiel des Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfindung
gezeigt.
Der Aufbau des siebten Ausführungsbeispiels ist im all
gemeinen ähnlich dem des sechsten Ausführungsbeispiels. In
dem siebten Ausführungsbeispiel ist ein Zusatzführungsele
ment 20 zusätzlich zu einem flügelförmigen Führungselement
19 in dem Zwischenraum 16 angeordnet, der die Einlaßöffnung
4 mit der inneren Rippe 3 des Röhrenelements 2 verbindet.
Das Zusatzführungselement 20 ist mit dem flügelförmigen Füh
rungselement 19 so angeordnet, daß das Fluid A mit niedriger
Temperatur noch gleichmäßiger durch den Zwischenraum 16 zur
inneren Rippe 3 fließt, ohne eine Stagnation in dem Zwi
schenraum 16 zu verursachen. Weiterhin dient das flügelför
mige Führungselement 19 und das Zusatzführungselement 20 zum
Verbessern der Steifigkeit der Röhrenelemente 2.
Auch wenn in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ge
zeigt wurde, daß Führungselemente in dem Zwischenraum 16
zwischen der Einlaßöffnung und der inneren Rippe 3 angeord
net sind, ist klar, daß solche Führungselement auch in einem
Zwischenraum zwischen der inneren Rippe 3 und der Auslaßöff
nung 5 des Röhrenelements 2 angeordnet werden können.
Während in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde,
daß die Abstandselemente 14 und 15 in den Röhrenelementen
und an Umgebungsbereichen der Flanschbereiche angeordnet
sind, ist klar, daß der Wärmetauscher ohne die Verwendung
der Abstandselemente 14 und 15 geformt werden kann.
Es es für den Fachmann weiterhin klar, daß die vorste
hende Beschreibung die Beschreibung der bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiele des Wärmetauschers ist und daß verschiedene
Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können,
ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen.
Claims (12)
1. Wärmetauscher für erste und zweite Fluids, dadurch
gekennzeichnet, daß er umfaßt:
eine Mehrzahl von Röhrenelementen (2), die jeweils erste Fluid-Durchflußräume (21) bilden;
eine Mehrzahl von inneren Rippen (3), die jeweils in den ersten Fluid-Durchflußräumen der Röhrenelemente geformt sind;
eine erste Fluid-Einlaßöffnung (4), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid in den ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Einlaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine erste Fluid-Auslaßöffnung (5), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid aus dem ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Auslaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine Mehrzahl von äußeren Rippen (1), die abwechselnd mit den Röhrenelementen laminiert sind;
ein Gehäuse (6), das die Röhrenelemente umgibt und einen zweiten Fluid-Durchflußraum (22) dazwischen bildet, wobei das Gehäuse eine zweite Fluideinlaßöffnung (24) und eine zweite Fluidauslaßöffnung (25) besitzt, wobei das Gehäuse so geformt ist, daß es entlang einer peripheren Wand des Röh renelements, das die ersten Fluid-Einlaß- und Auslaßöffnun gen bildet, gekrümmt ist.
eine Mehrzahl von Röhrenelementen (2), die jeweils erste Fluid-Durchflußräume (21) bilden;
eine Mehrzahl von inneren Rippen (3), die jeweils in den ersten Fluid-Durchflußräumen der Röhrenelemente geformt sind;
eine erste Fluid-Einlaßöffnung (4), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid in den ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Einlaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine erste Fluid-Auslaßöffnung (5), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid aus dem ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Auslaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine Mehrzahl von äußeren Rippen (1), die abwechselnd mit den Röhrenelementen laminiert sind;
ein Gehäuse (6), das die Röhrenelemente umgibt und einen zweiten Fluid-Durchflußraum (22) dazwischen bildet, wobei das Gehäuse eine zweite Fluideinlaßöffnung (24) und eine zweite Fluidauslaßöffnung (25) besitzt, wobei das Gehäuse so geformt ist, daß es entlang einer peripheren Wand des Röh renelements, das die ersten Fluid-Einlaß- und Auslaßöffnun gen bildet, gekrümmt ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die erste Fluid-Einlaßöffnung zwei Einlaßöffnungen
umfaßt, die bezüglich der äußeren Rippe einander gegenüber
angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die erste Fluid-Auslaßöffnung zwei Auslaßöffnungen
umfaßt, die bezüglich der äußeren Rippe einander gegenüber
angeordnet sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Röhrenelement mit einem Einlaßzwischenraum zwi
schen der Einlaßöffnung und der inneren Rippe und mit einer
Auslaßzwischenraum zwischen der inneren Rippe und der Aus
laßöffnung versehen ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß ein Fluidführungselement (18, 19, 20) in wenigsten
einem von dem Einlaßzwischenraum und dem Auslaßzwischenraum
angeordnet ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Fluidführungselement (18) eine Mehrzahl von
Säulen für den Fall umfaßt, daß der Wärmetauscher zwei Ein
laß- oder zwei Auslaßöffnungen aufweist, wobei die Säulen in
dem Zwischenraum der beiden Öffnungen angeordnet sind und im
allgemeinen in der Mitte der Breite relativ zur ersten
Fluidströmungsrichtung angeordnet sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Fluidführungselement eine Mehrzahl von Säulen
(18) für den Fall umfaßt, daß der Wärmetauscher zwei Einlaß-
oder zwei Auslaßöffnungen aufweist, wobei die Säulen in dem
Zwischenraum der beiden Öffnungen angeordnet sind und im
allgemeinen in der Mitte der Breite relativ zur ersten
Fluidströmungsrichtung angeordnet sind.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche S4
der ersten Fluid-Einlaßöffnung, der Querschnittsfläche t4
eines Einlasses für jedes Röhrenelement und der Anzahl N der
Röhrenelemente so bestimmt ist, daß sie folgender Gleichung
genügt:
S4 = t4 × N.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche S5
der ersten Fluid-Auslaßöffnung, der Querschnittsfläche t5
eines Auslasses für jedes Röhrenelement und der Anzahl N der
Röhrenelemente so bestimmt ist, daß sie folgender Gleichung
genügt:
S5 = t5 × N.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Querschnittsflächen S4, S5 der ersten Fluid-
Einlaß- und Auslaßöffnung, die Einlaß- und Auslaßgeschwin
digkeiten V41 V5 des Fluids in dem Röhrenelement und die
Einlaß- und Auslaßtemperaturen T4, T5 in dem Röhrenelement
so bestimmt sind, daß sie folgender Beziehung genügen:
11. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Fluid-Durchflußraum im allgemeinen von
rechtwinkliger Form ist.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die inneren und äußeren Rippen in einem Rechteck
geformt sind.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: IHI AEROSPACE CO., LTD., TOKIO/TOKYO, JP TOKYO RAD |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |