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Die Erfindung betrifft einen Spiralwärmetauscher für Gleich- oder Gegenstrombetrieb mit rechteckigen, aneinanderliegenden Kanälen, die über Durchtrittsöffnungen mit den Ein- und Austrittsleitungen verbunden sind, und die von einer zentralen Wand etwa im rechten Winkel ausgehen und spiralförmig nach aussen verlaufen, an welcher sich halbrohrförmige Räume für die Zu- oder Abführung der wärmetauschenden Medien anschliessen, durch die die wärmetauschenden Medien in die durch die Wandungen begrenzten Wärmetauscherkanäle eintreten.
Es sind Spiralrohrwärmetauscher bekannt, bei welchen mindestens ein wärmetauschendes Medium in Rohren geführt ist. Derartige Wärmetauscher haben den Nachteil, dass sie relativ schwer sind und ihre Anwendung auf bestimmte Medien eingeschränkt ist.
Es sind ferner Spiralwärmetauscher bekannt, wo die wärmetauschenden Medien in Rechteckkanälen geführt sind. Die Rechteckkanäle gehen von einer zentralen Wand aus und verlaufen von dort spiralig nach aussen, wo sie dann in Sammel- oder Verteilkammern münden. Zur Aufrechterhaltung des Rechteckquerschnittes sind an bestimmten Punkten Distanzhalter vorgesehen, die punktförmigen Charakter aufweisen. Derartige Distanzhalter unterteilen nicht die einzelnen Strömungskanäle, so dass sich im Betrieb Instabilitäten im Wärmeübergang einstellen können, die den ordnungsgemässen Betrieb in Frage stellen. Darüber hinaus bewirken diese Instabilitäten örtlich Wandüberhitzungen, die zu grösseren Verformungen führen können.
Ferner ergeben sich herstellungsmässig Schwierigkeiten, wenn die wärmetauschenden Medien höhere Drücke und Temperaturunterschiede aufweisen. Insbesondere ist die Abdichtung der einzelnen Wärmetauscherkanäle schwierig. Diese Schwierigkeiten erhöhen sich bei Gegenstromwärmetauschern, da hier der unterschiedliche Temperaturunterschied zu Wärmespannungen führt.
Die Erfindung vermeidet die angeführten Schwierigkeiten bzw. reduziert dieselben auf ein Minimum. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kanalwandungen in den Rechteckkanälen die Rechteckkanäle unterteilende, an sich bekannte Distanzstücke angeordnet sind, wobei die Distanzstücke gegenüberliegende Kanalwandungen gegeneinander konvergieren bzw. divergieren. Insbesondere sind die Distanzstücke drahtförmig ausgebildet und weisen Knickstellen auf, und sind nur an diesen mit der Wandung des Rechteckkanals verschweisst. Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Kanalwandungen über Zwickel an der zentralen Wandung angeschlossen. Vorzugsweise sind die Rechteckkanäle an ihrer Schmalseite durch U-förmig gebogene bzw. gefaltete Bleche begrenzt, die mit den übrigen Wandungen der Rechteckkanäle durch eine Bördelschweissung verschweisst sind.
Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise und schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Wärmetauscher. Fig. 2 zeigt einen Schnitt vertikal zu der Schnittführung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt den Anschluss des Wärmetauschers an seiner Aussenseite. Fig. 4 zeigt eine Abwicklung.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemässen Wärmetauschers schematisch. Zwei Medien, wie z. B. Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe, stehen durch die spiralig gewundenen Kanalwandungen --2, 3--aus Blech im gegenseitigen Wärmeaustausch. Durch die Öffnung --15-- tritt das eine Medium in das Zentralrohr--l--ein, während das andere bei einer Gleichstromschaltung durch die Öffnung--16-- und bei einer Gegenstromschaltung durch die Öffnung --l9-- über den Wärmetauschkanal--2--in das Zentralrohr--l--eintritt. Das erstgenannte Medium strömt dann über den Wärmetauschkanal --3-- in den Auslass--18--.
Das Zentralrohr--l--besteht aus zwei Halbschalen--12 und 13-und wird in der Mitte durch eine Zwischenwand--14--abgeteilt. Die beiden halbzylindrischen Hohlräume-12 und 13--sind über die Leitungen--15 und 16--an die Zu- bzw. Abführungsleitungen für die beiden wärmetauschenden Medien
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und 3-schliessenKanälen--2, 3--sind Distanzstücke in Form von Distanzdrähten-6-angeordnet, die in Fig. 2 mit rundem Querschnitt dargestellt sind. Diese Distanzdrähte sind, wie in Fig. 4 in einer Abwicklung dargestellt ist, etwa zickzackförmig angeordnet und bilden die Begrenzung bzw. Unterteilung der eigentlichen Strömungskanäle, der sich somit ständig verengt bzw. erweitert.
Die äussere Begrenzung des Rechteckkanals-2 bzw. 3-wird von Randstreifen--7--gebildet, welche von U-förmigen Blechprofilen, die vorzugsweise die gleiche Blechstärke wie die Kanalwandungen-2, 3-- aufweisen. Diese Blechprofile--7--werden zusammen mit den Kanalwandungen--2, 3--sowie den Distanzstücken --6-- auf das Zentralrohr--l-aufgewickelt und laufend zusammengeschweisst. Die Verschweissung der Randstreifen --7-- mit den Kanalwandungen--2, 3- erfolgt durch eine Bördelschweissung, also ohne Zugabe von Schweissgut. Entlang dem Umfang des Zentralrohres zumindest über einen Teil desselben, entstehen an den Stirnseiten des Wärmetauschers Zwickel--4 und 5--, welche ohne Beeinträchtigung der Funktion des Wärmetauschers offen bleiben oder durch eine entsprechend geformte Einlage verschlossen werden können.
Die Distanzstücke-6--werden konvergierend bzw. divergierend verlegt und sind vorzugsweise an ihren Knickpunkten--11--durch eine leichte Punktschweissung an einem der beiden Wandungen-2, 3--angeheftet. Hiedurch ergeben sich erweiternde und verengende Strömungskanäle--8, 9, 10--, welche einen günstigen Wärmeübergang infolge Turbulenz bewirken.
Die Anschlüsse für die strömenden Medien auf der Peripherieseite werden bei dieser Wärmetauscherkonstruktion etwa wie in Fig. 3 dargestellt durchgeführt. Das an dem betreffenden Anschlussende
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jeweils aussenliegende Wandungsblech--2, 3--wird am Ende durch einen Knick etwa rechtwinkelig nach aussen hin abgebogen und von hier aus etwa halbzylinderförmig wieder nach innen hin zurückgebogen, so dass eine Öse gebildet wird. Der Randstreifen--7--wird dabei so weit weitergeführt, dass er das wieder zurückkehrende Blech an der Anschlussstelle --18-- noch berührt. Die schleifenförmige Anschlussstelle --18-- wird in einer Bördelung mit einer Falte --20-- der andern Kanalwandung --3 bzw. 2-durch Niederschmelzen des Bördels verbunden.
An die seitlich so entstehenden, etwa halbkreisförmige Stirnfläche dieses Endstückes, kann ein an der Verbindungsstelle ebenfalls zu einem halbkreisförmigen Querschnitt gebogenes Rohr direkt angeschweisst werden. Die dem Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnittes der schleifenförmigen oder ösenförmigen Anschlussstelle --18-- entsprechende Seite des Rohres wird dabei direkt mit dem Randstreifen-7verschweisst.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist dieses Konstruktionsprinzip gegen Wärmedehnungen weitestgehend unempfindlich. Bei ungleichmässiger Temperaturverteilung im Material ist nämlich eine Verlängerung sowohl in der Wickelrichtung-also etwa tangential-als auch in axialer Richtung durch die nachgiebigen Randstreifen - möglich, indem diese am offenen Ende des U-förmigen Querschnittes entweder auseinander-oder zusammengedrückt werden.
Der erfindungsgemässe Wärmetauscher lässt sich nicht nur in der Kältetechnik verwenden, sondern auch in der chemischen Industrie, wie z. B. Petrochemie.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spiralwärmetauscher für Gleich- oder Gegenstrombetrieb mit etwa rechteckigen, aneinanderliegenden Kanälen, die über Durchtrittsöffnungen mit den Ein- und Austrittsleitungen verbunden sind, und die von einer zentralen Wand etwa im rechten Winkel ausgehen und spiralförmige nach aussen verlaufen, an welcher sich halbrohrförmige Räume für die Zu- und Abführung der wärmetauschenden Medien anschliessen, durch die die wärmetauschenden Medien in die durch die Wandungen begrenzten Wärmetauscherkanäle eintreten,
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Rechteckkanäle unterteilende an sich bekannte Distanzstücke (6) angeordnet sind, wobei die Distanzstücke gegenüberliegende Kanalwandungen gegeneinander konvergieren bzw. divergieren.
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