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Wärmeaustauscher Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zum Austausch
von Wärme zwischen zwei strömenden Mitteln (Gasen, Flüssigkeiten oder auch einem
Gas und einer Flüssigkeit), und zwar insbesondere für den Gebrauch in Verbindung
mit Brennkraftmaschinen.
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Erfindungsgemäß besteht ein derartiger Wärmeaustauscher aus einer
Mehrzahl parallel zueinander angeordneter, im wesentlichen prismatisch gestalteter
flacher Zellen mit in zwei einander gegenüberliegenden Schmalseiten jeder einzelnen
Zelle vorgesehenen Öffnungen, je einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung, die
von Zelle zu Zelle um jeweils 9o° gegeneinander versetzt sind, sowie aus Leitflächen
zwischen den Seitenwänden der einzelnen Zellen, welche im Inneren derselben parallel
zueinanderliegende enge Leitkanäle bilden, die ihrerseits wieder parallel zu den
entsprechenden Leitkanälen der benachbarten Zellen sich erstrecken.
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Durch die Gestaltung und die gegenseitige Anordnung der Zellen eines
Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung wird bewirkt, daß die darin zur Wechselwirkung
kommenden Mittel denselben in zwei einander kreuzenden Strömen durchsetzen.
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In den Zeichnungen ist ein eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar veranschaulicht die
Fig. i die schematische
Darstellung eines senkrechten Schnittes durch eine Zelle eines Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung, die Fig. 2 eine Aufsicht auf. eine Zelle gemäß der Fig. i,
die Fig. 3 einen der Darstellung der Fig. i entsprechenden senkrechten Schnitt durch
eine Nachbarzelle, die Fig. ,¢ einen Querschnitt durch drei einander benachbarte
Zellen eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, von denen die mittlere, aufs
Doppelte verbreiterte Zelle mit zwei durch eine Zwischenwand voneinander getrennten
gleichartigen Leitflächensystemen versehen ist, die Fig. 5 eine Seitenansicht der
doppelt breiten Mittelzelle, die Fig. 6 bis 9 Zellen für einen Wärmeaustauscher
gemäß der Erfindung aus dünnem Blech in verschiedenen Stadien der Fertigung: Die
in den Fig. i und 2 dargestellte Zelle besteht aus einem mehrfach gefalteten dünnen
Metallblech. Zwei parallel zueinander liegende Seitenwände a sind mit abgewinkelten
Längskanten versehen, die, auf irgendeine zweckdienliche Weise miteinander verbunden,
die Längsschmalseiten b der Zelle bilden. Ihre Querschmalseiten c und d sind offen.
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Zwischen den Seitenwänden a der Zelle ist erfindungsgemäß ein dünner,
schräg geschnittener Zickzack- oder Wellblechstreifen e diagonal angeordnet,
und zwar so, wie es in der Fig. i dargestellt ist. Dieser Zickzack- oder Wellblechstreifen
e ist längs seiner Kammlinien auf den Innenflächen der Seitenwände a aufgelötet,
aufgeschweißt oder anderweit befestigt.
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Bei einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung mittels dessen, wie
beispielsweise angenommen sein möge, eine Wechselwirkung zwischen einem Luftstrom
und einem von einer Brennkraftmaschine herkommenden Strom heißer Abgase herbeigeführt
werden soll, mögen die Zellen gemäß den Darstellungen der Fig. i und 2 zur Durchleitung
des Luftstromes dienen. Die Luft tritt dabei in den offenen Teil der Querschmalseite
c (zwischen der oberen Kante der linken Längsschmalseite b und der linken oberen
Kante des Zickzack-oder Wellblechstreifens e) ein, durchströmt dann die engen, von
dem Zickzack- oder Wellblechstreifen e gebildeten Leitkanäle und verläßt danach
die Zelle wieder durch den offenen Teil der Querschmalseite d (zwischen der rechten
unteren Kante des Zickzack-oder Wellblechstreifens e und der unteren Kante der rechten
Längsschmalseite b).
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Die nächste Zelle, durch welche dann die heißen Abgase fließen, wird
von zwei der im vorstehenden beschriebenen, parallel zueinander angeordneten und
in gehörigen Abstand zueinander gebrachten Zellen gebildet, zwischen deren Seitenwände
a dann ein anderer Zickzack- oder Wellblechstreifen f so eingebracht ist, wie es
die Fig. 3 zeigt. Der Zickzack-oder Wellblechstreifen f entspricht dabei völlig
dem Streifen e der in den Fig. i und 2 dargestellten Zelle und ist auf genau die
gleiche Weise angeordnet. Andererseits aber sind in einer Zelle gemäß der F.ig.
3 die Querschmalseiten g und.h geschlossen, während die Längsschmalseiten
i und j offen sind.
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Mit besonderem Vorteil wird dabei, wie es in der Fig. 3 auch dargestellt
ist, diese zweite Zelle doppelt so breit gemacht wie die erste. In eine solche doppelt
breite Zelle werden dann zwei einander gleiche Zickzack- oder Wellblechstreifen
f auf die gleiche Weise, jedoch durch eine dünne Metallblechwand k voneinander getrennt,
eingebracht, wobei sie dann auch auf der Trennwand k aufgelötet, aufgeschweißt oder
anderweit befestigt werden müssen.
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In der Fig.4 sind drei nebeneinanderliegende Zellen eines Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung dargestellt, von denen die beiden äußeren, durch welche die
Luft strömt, solche gemäß den Fig. i und 2 sind, während es sich bei der mittleren,
durch welche die heißen Abgase strömen, um eine solche gemäß der Fig. 3 handelt.
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Die Strömungsrichtung der heißen Abgase durch die Zellen gemäß der
Fig. 3 ist aus dieser selbst ersichtlich. Sie treten durch die rechte offene Längsschmalseite
i der Zelle in diese ein und verlassen sie, nachdem sie die durch den Zickzack-
oder Wellblechstreifen f gebildeten engen Leitkanäle passiert haben, auf der entgegengesetzten
Seite durch die offene Längsschmalseite j. Dabei werden die von dem Zickzack- oder
Wellblechstreifen f gebildeten engen Leitkanäle im Gegenstrom zu den in den Nachbarzellen
von den Zickzack- oder Wellblechstreifen e gebildeten Leitkanälen durchflossen.
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Zur Versteifung der Heißgaszellen können diese, was insbesondere dann
von Vorteil sein kann, wenn diese als doppelt breite Zellen (Zwillingszellen) ausgeführt
sind, an ihren offenen Längsschmalseiten mit ebenfalls aus dünnem Zickzack- oder
Wellblech geschnittenen Verstärkungsstreifen m mit verhältnigmäßig weitgreifenden
Zacken oder Wellen versehen werden, welche dem durchströmenden Mittel einen nur
verhältnismäßig geringen Widerstand entgegensetzen.
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Ein vollständiger Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung setzt sich
aus einer beliebigen Anzahl von Zellen zusammen, wobei beispielsweise Luft-und Heißgaszellen
miteinander abwechseln. Ein solches Gerät kann dann mit einem .zweckdienlich gestalteten
Gehäuse versehen sein, mittels dessen es auf einfache Weise in einen Frischluft-
und einen Heißgasstrom eingeschaltet werden kann.
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Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Zickzack- oder
Wellblechstreifen e und f in den verschiedenen Zellen Leitkanäle von
so geringem Querschnitt und von einer so zweckdienlichen Länge bilden, daß darin
eine möglichst laminare, d. h. also wirbelfreie Strömung entsteht. Dies wird insbesondere
dadurch erreicht, daß der Querschnitt der Leitkanäle so klein wie praktisch möglich
gehalten wird. Man wird beispielsweise den Zickzack- oder Wellblechstreifen von
etwa o,i mm Stärke einen Scheitelabstand bzw. eine Wellenlänge von i mm sowie eine
Scheitelhöhe bzw. eine Amplitude von 2 mm geben. Die Länge der Streifen e und f
kann dabei jede geeignete sein, beispielsweise etwa 25 mm.
Eine
besonders zweckdienliche Herstellungsweise für die Zellen von Wärmeaustauschern
gemäß der Erfindung ist in den Fig.6 bis 9 dargestellt. Danach wird zuerst einmal
ein dünnes Metallblech auf die in vier Fig. 6 dargestellte Weise zugeschnitten.
Das so zugeschnittene Blech wird dann über die gestrichelten Linien p und q hinweg
so gefaltet, daß die in der Fig. 7 im Schnitt gezeigten Seitenwände a entstehen
und gleichzeitig der zwischen den Linien p und q liegende Teil des Bleches die linke
Längsschmalseite b der Zelle bildet. Danach werden die Endstücke r und s
längs der gestrichelten Linien u
und t rechtwinklig abgekantet und dann, wie
auf der rechten Seite des in der Fig. 7 dargestellten Schnittes gezeigt ist, so
zusammengefälzt, daß sich auf diese Weise die andere, rechte Längsschmalseite der
Zelle ergibt. Sodann werden die Teile v, w, x und y rechtwinklig nach außen hin
abgekantet, und zwar, wie in der Fig.8 veranschaulicht, längs der gestrichelten
Linien i, 2, 3 und 4. Daraufhin werden zwei auf solche Weise gefertigte Zellen dann
parallel zueinander liegend durch Verfalzen der abgewinkelten Teile v und zc, einerseits
sowie z und y andererseits auf die in der Fig. 9 dargestellte Weise miteinander
verbunden, wobei dann eine weitere, und zwar eine gegebenenfalls doppelt breite
Zwischenzelle entsteht. Ein Verfahren, das dann beliebig lange fortgesetzt werden
kann.
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Die Zickzack- oder Wellblechstreifen e und f sowie gegebenenfalls
die Zwischenwände k und die Verstärkungsstreifen m können in jedem geeigneten Fertigungsstadium
in die Zellen eingebracht werden.
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Die miteinander verfalzten Teile der Zellen können zusätzlich noch
durch Löten, Schweißen oder auf andere geeignete Weise gegeneinander gesichert werden.
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Obwohl Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung insbesondere zum Vorwärmen
der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft mittels der von ihr
abströmenden Auspuffgase gedacht sind, können sie auch zum Kühlen des Kühlwassers
einer Brennkraftmaschine, zum Kühlen komprimierter Luft oder komprimierter Gase,
zum Kühlen oder Vorwärmen von Schmieröl sowie auch für andere ähnliche Zwecke verwendet
werden.
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Die im vorstehenden beschriebene Erfindung gestattet vor allem den
Bau von Wärmeaustauschern hohen Wirkungsgrades in besonders gedrängter und auch
sonst zweckdienlicher Form.