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Wärmeaustauscher und Verfahren zum Herstellen desselben.
Wärmeaustauscher oder Wärmeübertragungseinrichtungen für indirekten Wärmeaustausch mit zwei oder mehreren im Betrieb voneinander abgedichteten Kanälen, deren Wände aus spiralförmig gewickelten Blechen bestehen, welche die Wärmeübertragungsflächen für den indirekten Wärmeaustausch zwischen den in den Kanälen strömenden Medien bilden, sind in bezug auf ihren Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung sehr vorteilhaft. In solchen Apparaten ist es von grosser Bedeutung, dass die Bleche überall im richtigen Abstand voneinander gehalten und dieselben derart gestützt werden, dass der Apparat hohen inneren Überdrücken widerstehen kann.
Bei Wärmeaustauschern, welche für direkten Wärmeaustausch bestimmt und deshalb ausschliess- lich für axiale Strömung gebaut sind und stets offene, miteinander direkt kommunizierende Kanäle haben, sind axial gerichtete Einlagen bekannt, die jede Strömung in der Peripherierichtung verhindern.
Wenn der Apparat für indirekten Wärmeaustausch in der Axialrichtung verhältnismässig kurz ist, kann die erforderliche Steifigkeit durch Einsetzen von Abstandsstüeken an den Enden der Spiralflächen oder durch Einschweissen von spiralförmig verlaufenden Metallbänden an diesen Enden erzielt werden.
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Kanälen auszuführen, d. h. die Bleche möglichst nahe aneinanderzulegen, jedoch nicht so nahe, dass die Kanäle den Charakter eines Kapillarrohres erhalten. Um dabei einen genügenden Durchtrittsquerschnitt für die Strömung zu erhalten, muss man die axiale Länge-des Wärmeaustauschers erhöhen.
Dabei entstehen aber grosse Schwierigkeiten, wenn die Bleche überall in der genau richtigen Entfernung voneinander gehalten werden sollen, weil ja beim Anschweissen von Abstandsstücken od. dgl. an den Enden sich das Blech in der Mitte des Apparates beim Schweissen leicht werfen und somit eine unvorteilhafte Drosselung an einer oder mehreren Stellen im Apparat verursachen kann. Auch die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Stösse, Schläge und inneren Überdruck wird selbstverständlich vermindert, wenn der Apparat mit grosser axialer Länge ausgeführt wird, weil ja bei Schlägen, Stössen oder Drücken von aussen das Blech an der Mitte des Apparates leicht eingedrückt oder gestaucht (verbeult) werden kann.
Bei grossem inneren Überdruck im Apparat kann das Blech in der Mitte des Apparates leicht nach aussen verbeult werden.-
Zu beachten ist, dass man eine grössere Widerstandsfähigkeit und Festigkeit durch Verwendung von stärkerem Blech nicht vorteilhaft erzielen kann, indem dadurch teils der Preis erheblich erhöht wird (insbesondere wenn der Wärmeaustauscher aus rostfreiem Stahl gebaut wird, um beim Wärmeaustausch im Falle eines anfressenden Mediums verwendet werden zu können), teils der indirekte Wärmeaustausch durch das Blech erschwert und erniedrigt wird. Um den Wärmeaustauscher praktisch verwenden zu können, ist es also unbedingt notwendig, die Blechstärke so dünn wie möglich zu halten.
Die Erfindung bezweckt, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und einen Apparat zu schaffen, der eine hohe Widerstandsfähigkeit besitzt, trotzdem er aus dünnem Blech hergestellt ist. Der erfindungsgemässe Apparat kann mit grosser axialer Länge ausgeführt werden und ist dabei in wärmetechniseher Hinsicht sämtlichen bekannten Apparaten überlegen.
Der Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen seinen benachbarten Spiralblechwänden entlang deren Erzeugenden in Abständen voneinander
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steife Stützglieder im wesentlichen Abstand von den Stirnseiten der Spiralbleche vorgesehen sind, um die Spiralblechwände zu stützen und so die Kanalbreite in radialer Richtung konstant zu halten, aber doch in wenigstens einem der Kanäle eine möglichst reibungslose, in der Peripherierichtung erfolgende Strömung zu gestatten, wobei diese Stützglieder, die die Gestalt von in der Peripherierichtung kurzen, in der Achsrichtung schmalen Abstandsstücken haben, in ihrer Lage festgelegt sind, z. B. dadurch, dass sie an einem oder beiden Blechen angelötet, angeschweisst oder in sonstiger Weise befestigt sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmeaustauschers.
Es ist selbstverständlich schwer, die Abstandsstücke in die engen Kanäle einzusetzen.
Die Abstandsstücke sollen vorzugsweise derart angeordnet werden, dass sie die Reinigung des Apparates möglichst wenig behindern.
Einige Ausführungsbeispiele von Wärmeaustauschern gemäss der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung und veranschaulicht verschiedene Arten des Einsetzens von Abstandsstücken zwischen die Bleche. Die Fig. 3 und 4 sind ein Längsschnitt bzw. ein Querschnitt durch eine andere Ausführungsform und veranschaulichen andere Formen der Abstandsstücke.
In den Fig. 1 und 2 wird angenommen, dass der Wärmeaustauscher aus zwei spiralförmig gewickelten Blechen 1, 2 hergestellt ist, obwohl die Einrichtung ähnlich wird, auch wenn drei oder mehrere Bleche für die Spiralen verwendet werden. Die Kanäle 3 und 4 für die Medien, zwischen welchen der indirekte Wärmeaustausch erfolgen soll, sind mittels ebener Deckel 5 unter Verwendung dazwischengelegter ebener Packungen 6 abgeschlossen. An den Stirnflächen oder Kurzseiten der Spirale sind die Bleche j ! und S teils mittels eingeschweisster Abstandsstücke 1, teils mittels zwischen die Bleche eingelegte und an diese geschweisste, spiralförmig gelegte Drähte 8 abgestützt.
Die Abstandsstücke 7 und Drähte 8 werden von aussen, d. h. von den Stirnseiten der Spirale, an die Bleche 1 und 2 geschweisst.
In den Kanälen 3, 4 ist eine Anzahl Abstandsstücke 9, 10 derart angebracht, dass sie in gerader Linie und entlang von Erzeugenden der Spiralflächen liegen. Diese Abstandsstücke können entweder nur an einem Ende angeschweisst oder angelötet sein, wie bei den Abstandsstücken 9 angedeutet ist, oder aber, wie z. B. die Abstandsstücke 10, an beiden Enden.
Beim Einsetzen und Anschweissen dieser Abstandsstücke verfährt man vorzugsweise wie folgt :
Der Apparat wird von der Mitte nach aussen gebaut und zuerst wird die erste Windung der inneren Spirale aufgelegt. An der Aussenseite dieser Windung des Bleches werden dann eine Anzahl Abstandsstücke angeschweisst und die erste Windung des zweiten Spiralbleches, wird darauf gelegt. Wenn die Abstandsstücke, wie bei 9 gezeigt ist, nur an einem Ende angeschweisst sein sollen, fährt man dann in dieser Weise fort, bis die ganze Spirale fertig gebaut ist.
Wenn aber zur Erzielung einer grösseren Festigkeit und Widerstandsfähigkeit jedes Abstandsstück oder ein Teil der Abstandsstücke auch am andern Ende angeschweisst werden soll, bohrt man nach Auflegen der ersten Windung des zweiten Spiralbleches in dasselbe ein oder mehrere Löcher gerade gegenüber jedem am ersten Spiralblech befestigten Abstandsstück. Diese Löcher werden dann durch Zuschweissen gefüllt, so dass (wie bei 10 in Fig. 1 und 2 gezeigt ist) das Abstandsstück auch am äusseren Ende angeschweisst wird. Dann wird die nächste Reihe von Abstandsstücken eingesetzt und angeschweisst usw., bis die ganze Spirale fertig gebaut ist.
Wenn die Kanäle 3,4 sehr eng sind, kann die Versteifung oder Abstützung der Spiralbleche sehr einfach dadurch bewirkt werden, dass die Abstandsstücke durch das Schweissmaterial selbst ersetzt werden. Um dies zu erreichen, wird ganz einfach beim Aufwickeln durch das darüberliegende Blech ein Loch gebohrt und durch dieses Loch wird dann der Zwischenraum zwischen diesem Blech und dem darunterliegenden mit Schweissmaterial gefüllt, bis das Loch gefüllt ist, wie bei 11 in den Fig. 3 und 4 angedeutet ist. Während des Schweissens müssen dann selbstverständlich die Bleche mittels geeigneter Einrichtungen in richtigem Abstand voneinander gehalten werden, z. B. mittels lose eingelegter Zwischenlagen, welche nach dem Schweissen entfernt werden.
Die Löcher in den Blechen brauchen aber nicht gebohrt zu werden, sondern können beim Schweissen durch das Blech gebrannt werden.
Der Apparat kann selbstverständlich auch aus vorher gebogenen Blechen, welche nicht ganz eine Windung der Spirale umfassen, zusammengebaut werden. Diese Bleche werden dann eines nach dem ändern zu einer Spirale zusammengefügt und die Abstandsstücke werden angeschweisst, je nachdem die Bleche in die Spirale eingesetzt werden. Es ist aber wesentlich einfacher, billiger und weniger zeitraubend, die Blechspiralen aus Blechen in grossen Längen herzustellen, welche in oben angegebener Weise zu Spiralen gewickelt werden, wonach die Abstandsstücke nacheinander eingeschweisst oder in anderer Weise angebracht werden.
Wenn die Spirale durch Wickeln hergestellt wird, kann man während des Aufwickelns Zwischenlagen aus Flacheisen od. dgl. zwischen die Bleche einlegen, um letztere in genauem Abstand voneinander zu halten, bis die Abstandsstücke angebracht worden sind. Die Flacheisen werden dicht aneinandergelegt und Zwischenräume werden nur an den Stellen gelassen, wo eine Reihe Abstandsstücke einzulegen ist. Die Abstandsstücke werden angeschweisst, je nachdem die Spirale aufgerollt wird, wie oben beschrieben. Unmittelbar nach dem Anschweissen einer Reihe Abstandsstücke können die Flacheisen aus der Spirale herausgezogen werden, weshalb nur eine kleine Anzahl solcher Flacheisen notwendig ist.
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Wenn die Spirale an ihren beiden Enden ganz offen ausgeführt werden soll, also ohne angeschweisste Drähte 8 (Fig. 1 und 3), kann es jedoch zweckmässig sein, beim Aufwickeln der Spirale solche Drähte zu verwenden, um die Bleche während des Anschweissens der Abstandsstücke in richtigem Abstand voneinander zu halten und dann diese Drähte herauszuziehen. Solche Drähte können auch in der Spirale verwendet und nach dem Anschweissen der Abstandsstücke herausgezogen werden, so dass Zwischenlagen entbehrlich sind. Diese Drähte werden nach dem Fertigstellen des Apparates abgehauen und aus dem Apparate gestossen.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Wärmeaustauscher für indirekten Wärmeaustausch mit zwei oder mehreren spiralförmigen, gegeneinander abgedichteten Kanälen, deren Wände aus spiralförmig gewickelten Blechen bestehen, welche die Wärmeübertragungsflächen für den indirekten Wärmeaustausch zwischen den in den Kanälen strömenden Medien bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen seinen benachbarten Spiralblechwänden entlang deren Erzeugenden in Abständen voneinander steife Stützglieder (9, 10, 11) im wesentlichen Abstand von den Stirnseiten der Spiralbleche vorgesehen sind, um die Spiralblechwände zu stützen und so die Kanalbreite in radialer Richtung konstant zu halten, aber doch in wenigstens einem der Kanäle
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Stützglieder, die die Gestalt von in der Peripherieriebtung kurzen,
in der Achsrichtung schmalen Abstandsstücken haben, in ihrer Lage festgelegt sind, z. B. dadurch, dass sie an einem oder beiden Blechen angelötet, angeschweisst oder in sonstiger Weise befestigt sind.