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Wärmeaustauscher.
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher für mittelbare Wärmeübertragung, bei denen die Austauschflächen aus spiralig ineinander gewundenen Blechen bestehen, zwischen denen spiralförmige Kanäle für die wärmeaustauschenden Mittel ausgebildet sind.
Solche Vorrichtungen sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Keine derselben erfüllt jedoch vollkommen die aus sowohl wärmetechnischen als auch materialwirtschaftlichen Gründen gegebene Forderung nach Erreichung bestmöglicher Haltbarkeit bei möglichst geringer Blechstärke. Darin liegt jedoch die Hauptbedingung für eine konkurrenzfähige, praktische Ausnutzung des in Rede stehenden Spiralprinzips bei Wärmeaustauschern.
So sind bereits derartige Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen der Abstand zwischen
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Querschnittsform aufrechterhalten wird.
Weiter ist auch bekannt, die Spiralbleche derartig zu falten oder zu wellen, dass sich die Falten oder Wellen in der Umfangsrichtung der Vorrichtung erstrecken, wobei aber die ganzen Flächen je zweier benachbarter Spiralwindungen entfernt voneinander liegen.
Bei diesen bekannten Ausführungsformen werden jedoch die Spiralbleche unter äusserem Überdruck so starken Knickungsbeanspruchungen ausgesetzt, dass nur eine übermässige Blechstärke gegen betriebsstörende Formänderungen Sicherheit gibt. Infolgedessen können diese Vorrichtungen für stark belastete Betriebsverhältnisse nur in ganz kleinen Einheiten von ziemlich geringer Breite zu einem wirtschaftlichen Preis hergestellt werden.
Die erste und bisher einzige Bauform, durch die es gelungen ist, derartige Vorrichtungen mit ausreichender Leistung, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit für grossindustrielle Zwecke und Verhältnisse zu bauen, gründet sich darauf, dass die Spiralbleche zwischen den Stirnenden durch eine Anzahl eingesetzter und wenigstens an einem Blech festgeschweisster Stützorgane, beispielsweise sogenannte Distanzstücke, versteift werden. Hiebei kann nämlich für den gleichen Überdruck eine so wesentlich heringere Blechstärke als sonst zugelassen werden, dass es praktisch möglich wird, eine derartige Vorrichtung mit weit grösseren Abmessungen als früher herzustellen. Diese Anordnung stellt einen entscheidenden Fortschritt dar und erfüllt ihre Aufgabe gut, wenn nur gewöhnliches Eisenblech angewendet wird.
Es ist indessen häufig notwendig, teueres Spezialmaterial zu verwenden, beispielsweise wenn die in Frage kommenden Austauschmittel stark fressend sind, wie in gewissen chemischen Industrien, wo diese Vorrichtungen meistens angewendet werden. In derartigen Fällen ist deshalb der Blechpreis ein so wesentlicher Faktor, dass nach wie vor das Bestreben herrscht, die Blechstärke weiter zu verringern, um alle Anwendungsmöglichkeiten auszunutzen. Zum Beispiel werden für eine Vorrichtung mittlerer Grösse aus säurebeständigem Material durch Verringerung der Stärke der Spiralbleche auf die Hälfte die Herstellungskosten um etwa 30% gesenkt.
Die letztgenannte Ausführungsform hat im übrigen Nachteile. Teils müssen bisweilen aus schweissungstechnischen Gründen Spiralbleche gewählt werden, die in bezug auf ihre Haltbarkeit eigentlich zu stark sind, teils wird der wirkliche Nettogewinn wesentlich eingeschränkt durch die bedeutenden Mehrkosten für Einsetzung von Stützorganen, die sich in grösseren Vorrichtungen auf mehrere tausend belaufen können.
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Auf Grund der angeführten Umstände ist das Problem aufgetaucht, die Blechstärke noch weiter zu verringern, u. zw. ohne Zuhilfenahme besonderer zwischen den Blechen angeordneter Stützorgane.
Eine Lösung dieses Problems wird durch die vorliegende Erfindung gegeben, die im wesentlichen darin besteht, dass bei einem Wärmeaustauscher, dessen Spiralbleche so gefaltet oder gewellt sind, dass sich die Falten oder Wellen in Richtungen erstrecken, die wenigstens annähernd in zur Achse der
Spiralwindungen winkelrechten Ebenen liegen, die aufeinandergelegten Spiralwindungen mittels ihrer
Faltkanten oder Wellenkämme sich gegenseitig abstützen.
Diese Erfindung bringt auch andere Vorteile mit sich. So wird niemals die Haltbarkeit der
Austauschflächen durch Zerfressen herabgesetzt, wie dies infolge von Anschweissungen an säure- beständigem Material vorkommt. Weiters ist insbesondere bezüglich jener Ausführungsformen, bei denen die betreffenden Faltrichtungen in beiden Wandblechen desselben Kanals einen Winkel mit- einander bilden, zu bemerken, dass ohne übermässige Erhöhung des Strömungswiderstandes eine für die Wärmeübertragungswirkung in hohem Masse günstige turbulente Strömung der Austauschmittel eintritt.
Es kann somit ein Wärmeaustauscher vom Spiraltyp gemäss der vorliegenden Erfindung infolge verringerten Materialbedarfes, vereinfachten Herstellungsverfahrens sowie erhöhter Wärmeüber- tragungswirkung nicht nur billiger, sondern auch leichter und kleiner gemacht werden als bisher.
Die Zeichnung zeigt einige beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Querschnitt bzw. einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform, bei der von den beiden angewendeten Spiralblechen 1 und 2 nur das eine, u. zw. das Blech 2, gewellt ist, wogegen das andere
Blech 1 ganz glatt und zwischen den Wellenkämmen des Bleches 2 eingeklemmt ist. Hiebei wird das
Kühlmittel zweckmässig durch den Stutzen 3 aufgenommen und geht erwärmt durch den Stutzen 4 in Gegenstrom zu dem wärmeabgebenden Mittel ab, welche letzteres durch den Stutzen 5 eintritt und abgekühlt durch den Stutzen 6 abgeht.
Die Austauschmittel strömen also durch die zwischen die
Bleche 1 und 2 gebildeten Kanalsysteme, von denen jedes als ein Ganzes abgeschlossen ist und aus mehreren parallelen und im wesentlichen getrennten Kanälen besteht. Fig. 3 zeigt einen Teil einer andern Ausführungsform, bei welcher beide Spiralbleche gewellt sind und sich mit ihren einander zugewandten Wellenkämmen abstützen. Fig. 4 zeigt eine der letztgenannten entsprechende Aus- führungsform, bei welcher die Wellen der aufeinanderliegenden Spiralwindungen dieselbe Grundlänge, aber verschiedene Höhe haben und sich mit ihren nach derselben Richtung gewandten Wellenkämmen abstützen.
Fig. 5 zeigt perspektivisch und stark übertrieben, wie sich die Wellemichtungen in benach- barten Blechwindungen kreuzen können, u. zw. derart, dass die Richtungen beider Wellen von der zur
Achse des Apparates rechtwinkeligen Richtung nach verschiedenen Richtungen abweichen. Es ist jedoch klar, dass die gewünschte Wellenkreuzung auch auf andere Weise erreicht werden kann, wobei es genügt, dass die Wellenrichtung in einem der Bleche eine derartige Abweichung aufweist.
Ein Wärmeaustauscner von den Ausführungsformen nacn den Fig. 3-5 wird zweckmässig ähnlich wie die erstgenannte Ausführungsform nach Fig. 1-2 aufgebaut, aber selbstverständlich können sämtliche übrigen Einzelheiten des Apparates beliebig ausgestaltet sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher für mittelbare Wärmeübertragung, bei dem die Wärmeübergangsflächen aus Blechen bestehen, die einzeln spiralig ineinander gewunden sind und zwischen denen spiralförmige
Kanäle für die wärmeaustauschenden Mittel gebildet werden, wobei eines oder mehrere der Spiralbleche derartig gefaltet oder gewellt sind, dass sich die Falten oder Wellen in der Umfangsrichtung der Spiral- windungen oder schräg zu dieser Richtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander- gelegten Spiralwindungen sich gegenseitig mittels ihrer Faltkanten oder Wellenkämme sowohl gegen
Einbiegung als auch gegen Ausbiegung abstützen.