Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, welcher mindestens zwei miteinander koaxiale, einander mit Spiel umschliessende, zylindrische Mäntel und einen zwischen ihnen liegenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungskanal für ein Wärmemedium aufweist, welcher von in einem äusseren Mantel eingepressten, schraubenlinienförmig verlaufenden Wulst gebildet wird, der gegen den entsprechenden inneren Mantel anliegt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man den äusseren Mantel, in welchem eine schraubenlinienförmig verlaufende Rille eingepresst ist, über den inneren Mantel schiebt und zwischen ringförmige Presswerkzeuge anordnet, welche anschliessend gegeneinander bewegt werden, wodurch der äussere Mantel, unter Ausbildung des Wulstes entlang der Rille, in axiale Richtung zusammengepresst wird, welcher Wulst sich gegen den inneren Mantel legt und sich dadurch einer weiteren Zusammenpressung entgegensetzt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit besonderem Vorteil verwendet werden bei der Herstellung eines Wärmeaustauschers, in welchem der innere Mantel aus der Mantelwand eines zylindrischen Gefässes besteht, welches an jedem Ende durch einen gewölbten Boden abgeschlossen ist, wobei, nachdem der Wulst in dem das Gefäss umschliessenden äusseren zylindrischen Mantel fertiggestellt worden ist, die Kraft an den Presswerkzeugen vergrössert wird, so dass jedes Mantelende zum Anliegen gegen den entsprechenden Boden des Innengefässes eingerollt und anschliessend mit dem Innengefäss mit Hilfe einer Rundschweissung an jedem Ende zusammengefügt wird.
Die Erfindung soll jetzt beispielsweise beschrieben werden anhand der beigelegten Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, und die Fig. 2 und 3 zeigen Endansichten eines Wärmeaustauschers mit geschlossenem Innengefäss, welcher gemäss dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt worden ist.
Fig. 4 zeigt einen vertikalen Axialschnitt durch den Wärmeaustauscher gemäss den Fig. 1 bis 3.
Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen das erfindungsgemässe Verfahren zur Ausformung des schraubenlinienförmig verlaufenden Wulstes in dem äusseren Mantel.
Der in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Wärmeaustauscher ist desjenigen Types, der nur zwei miteinander koaxiale, einander mit Spiel umschliessende zylindrische Mäntel 9 und 11 aufweist. Der innere zylindrische Mantel 9 ist an jedem Ende mit einem gewölbten Boden abgeschlossen und bildet ein geschlossenes Innengefäss 10, während der äussere zylindrische Mantel 11 an jedem Ende eingebogen ist und dort mittels einer Rundschweissung 12 mit dem inneren Mantel 9 verbunden ist. Der äussere Mantel 11 ist ausgeformt mit einem eingepressten, schraubenlinienförmig verlaufenden Wulst 13, mit welchem der Mantel 11 gegen den inneren Mantel 9 anliegt, so dass der Wulst 13 einen schraubenlinienförmig verlaufenden Kanal 14 abgrenzt. In diesen mündet an einem Ende ein Rohr 15 und an dem anderen Ende ein Rohr 16. Das wärmeabgebende Medium, z. B.
Heisswasser von einem Heizkessel, wird durch das Rohr 15 eingeleitet, strömt mit grosser Geschwindigkeit durch den Kanal 14 in direkter Berührung mit der Mantelwand 9 des Innengefässes 10 und geht durch das Rohr 16 ab. Das wärmeabnehmende Medium, z. B. Kaltwasser von einer Wasserleitung, wird in das Innengefäss 10 durch den Stutzen 17 über ein sich erweiterndes Mundstück 18 am Boden des Gefässes 10 eingeleitet und wird von dem oberen Teil des Gefässes 10 in erhitztem Zustand abgeleitet über das Mundstück 19 und den Rohrstutzen 20. Zum Fördern des Heisswassers oder eines anderen wärmeabgebenden Mediums mit der gewünschten grossen Geschwindigkeit durch den Kanal 14 wird zweckmässig eine nicht dargestellte Pumpe verwendet, die von einem Thermostaten gesteuert ist, welcher dic Temperatur des vom Innengefäss 10 abgeleiteten Verbrauchswarmwassers abtastet.
In dem einen gewölbten Boden des Innengefässes 10 ist ein Inspektionsloch aufgenommen, das gewöhnlich mit einem Deckel 21 abgeschlossen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des Wärmeaustauschers des in Fig. 1 bis 4 gezeigten Typs geht aus den schematischen Fig. 5 bis 7 hervor.
Nachdem das Innengefäss 10 fertiggestellt ist, wird über das Gefäss ein zylindrischer Mantel 11' geschoben, in welchem eine schraubenlinienförmig verlaufende Rille 13' ausgeformt ist (Fig. 5). Das Innengefäss 10 wird danach zusammen mit dem Mantel 11' zwischen zwei ringförmige Presswerkzeuge 22 placiert, welche mit einer im Querschnitt konkav gekrümmten Fläche 23 zum Anliegen gegen die Enden des Mantels 11' ausgebildet sind. Danach werden die Werkzeuge 22 in Richtung gegeneinander gepresst, zum Beispiel mit Hilfe einer hydraulischen Presse, wobei zunächst der schraubenlinienförmige Wulst 13 entlang der Rille 13' ausgebildet wird, siehe Fig. 6.
Wenn der Wulst 13 überall zum Anliegen gegen das Innengefäss 10 gepresst worden ist, setzt sich der Mantel 11 einer weiteren Zusammenpressung in die Längsrichtung entgegen, und der Druck gegen die Mantelenden wird dann so gross, dass jedes Mantelende eingerollt wird unter Gleiten gegen die konkaven Anliegeflächen des entsprechenden Presswerkzeuges 22, bis die Kanten zum Anliegen gegen die Böden des Innengefässes 10 kommen, siehe Fig. 7. Danach wird der Mantel 11 mittels einer Rundschweissung an jedem Ende mit dem Innengefäss 10 verbunden.
Der schraubenlinienförmige Wulst 13 versteift den Mantel 11 und macht ihn widerstandskräftiger gegen äusseren Überdruck. Das direkte Anliegen gegen das Innengefäss hat zur Folge, dass der Mantel 11 als eine Verstärkung des Innengefässes 10 wirkt in bezug auf dessen Vermögen, die Expansionskräfte aufzunehmen, welche von dem im Innengefäss 10 herrschenden relativ hohen Überdruck herrühren, der in der Regel dem Wasserleitungsdruck entspricht, so dass das Innengefäss 10 mit einer kleineren Manteldicke ausgeführt werden kann, als was sonst möglich wäre. Dies ist von grosser wirtschaftlicher Bedeutung, insbesondere dann, wenn das Innengefäss 10, wie es häufig der Fall ist, aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen verhältnismässig teuren Metall ausgeführt ist.
Durch eine zweckmässige Abwägung des Ausgangsspiels zwischen dem Innengefäss 10 und dem äusseren Mantel 11 bzw. des Spieles an den Mantelenden erhält der äussere Mantel 11 eine korrekte Ausformung. In Vergleich mit früher bekannten Verfahren zum Zustandebringen eines schraubenlinienförmigen Strömungsweges für das eine Medium um ein Gefäss herum, das vom anderen Medium durchströmt wird, bietet das oben beschriebene Herstellungsverfahren beträchtliche Aufwandersparnisse.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist in bezug auf die Herstellung eines Wärmeaustauschers mit nur zwei, ineinandergeschobenen, zylindrischen Mänteln beschrieben worden, von denen der innere Mantel an beiden Enden abgeschlossen ist. Es ist offenbar, dass die Erfindung auch in solchen Fällen zur Verwendung kommen kann, wo ein innerer Mantel an beiden Enden offen ist. Wesentlich für die Erfindung ist nur, dass ein zylindrischer innerer Mantel vorgesehen ist, gegen welchen sich der Wulst im am nächsten umschliessenden, zylindrischen Mantelende legen kann, unter Bildung eines allseitig geschlossenen, schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungskanals. Die Erfindung kann natürlich auch in solchen Fällen verwendet werden, wo der Wärmeaustauscher mehr als zwei ineinandergeschobene zylindrische Mäntel aufweist.
In diesem Falle ist vorgesehen, dass die schraubenlinienförmigen Rillen bzw. Wulste benachbarter Mäntel in deren Längsrichtung bezüglich einander verschoben sind, damit Strömungswege bzw. Kanäle entstehen.
The present invention relates to a method for producing a heat exchanger, which has at least two coaxial, cylindrical jackets surrounding each other with clearance and a helical flow channel for a heat medium lying between them, which is formed by helical bead pressed into an outer jacket which rests against the corresponding inner jacket.
The method according to the invention is characterized in that the outer jacket, in which a helical groove is pressed, is pushed over the inner jacket and placed between ring-shaped pressing tools, which are then moved against each other, whereby the outer jacket, forming the bead along the groove, is compressed in the axial direction, which bead lies against the inner jacket and thereby opposes further compression.
The method according to the invention can be used with particular advantage in the production of a heat exchanger in which the inner jacket consists of the jacket wall of a cylindrical vessel which is closed at each end by a curved base, after which the bead in the outer one surrounding the vessel cylindrical jacket has been completed, the force on the pressing tools is increased so that each end of the jacket is rolled up to rest against the corresponding bottom of the inner vessel and then joined to the inner vessel with the help of a circular weld at each end.
The invention will now be described, for example, with reference to the accompanying drawing.
1 shows a side view, and FIGS. 2 and 3 show end views of a heat exchanger with a closed inner vessel, which has been produced according to the method according to the invention.
FIG. 4 shows a vertical axial section through the heat exchanger according to FIGS. 1 to 3.
FIGS. 5 to 7 illustrate the method according to the invention for forming the helically extending bead in the outer casing.
The heat exchanger shown in FIGS. 1 to 4 is of the type which has only two cylindrical jackets 9 and 11 which are coaxial with one another and surround one another with clearance. The inner cylindrical jacket 9 is closed at each end with a curved base and forms a closed inner vessel 10, while the outer cylindrical jacket 11 is bent at each end and is connected there to the inner jacket 9 by means of a circular weld 12. The outer casing 11 is formed with a pressed-in, helically extending bead 13, with which the casing 11 rests against the inner casing 9, so that the bead 13 delimits a helically extending channel 14. A pipe 15 opens into this at one end and a pipe 16 at the other end. The heat-emitting medium, e.g. B.
Hot water from a boiler is introduced through the pipe 15, flows at high speed through the channel 14 in direct contact with the jacket wall 9 of the inner vessel 10 and exits through the pipe 16. The heat dissipating medium, e.g. B. cold water from a water pipe is introduced into the inner vessel 10 through the nozzle 17 via a widening mouthpiece 18 at the bottom of the vessel 10 and is diverted from the upper part of the vessel 10 in a heated state via the mouthpiece 19 and the pipe socket 20. To convey the hot water or another heat-emitting medium at the desired high speed through the channel 14, a pump, not shown, is expediently used, which is controlled by a thermostat, which scans the temperature of the hot water derived from the inner vessel 10.
An inspection hole, which is usually closed with a cover 21, is received in the one curved bottom of the inner vessel 10.
The method according to the invention for producing the heat exchanger of the type shown in FIGS. 1 to 4 can be seen from the schematic FIGS. 5 to 7.
After the inner vessel 10 has been completed, a cylindrical jacket 11 'is pushed over the vessel, in which a helical groove 13' is formed (FIG. 5). The inner vessel 10 is then placed together with the jacket 11 'between two ring-shaped pressing tools 22 which are designed with a surface 23 curved concavely in cross-section for resting against the ends of the jacket 11'. The tools 22 are then pressed towards one another, for example with the aid of a hydraulic press, the helical bead 13 first being formed along the groove 13 ', see FIG. 6.
When the bead 13 has been pressed everywhere to rest against the inner vessel 10, the jacket 11 opposes further compression in the longitudinal direction, and the pressure against the jacket ends then becomes so great that each jacket end is rolled up while sliding against the concave contact surfaces of the corresponding pressing tool 22 until the edges come to rest against the bottoms of the inner vessel 10, see FIG. 7. The jacket 11 is then connected to the inner vessel 10 by means of a circular weld at each end.
The helical bead 13 stiffens the jacket 11 and makes it more resistant to external overpressure. The direct contact with the inner vessel has the consequence that the jacket 11 acts as a reinforcement of the inner vessel 10 with regard to its ability to absorb the expansion forces that result from the relatively high overpressure prevailing in the inner vessel 10, which generally corresponds to the water line pressure so that the inner vessel 10 can be designed with a smaller jacket thickness than what would otherwise be possible. This is of great economic importance, especially when the inner vessel 10, as is often the case, is made from stainless steel or from another relatively expensive metal.
By appropriately weighing up the initial play between the inner vessel 10 and the outer casing 11 or the play at the casing ends, the outer casing 11 is correctly shaped. In comparison with previously known methods for creating a helical flow path for one medium around a vessel through which the other medium flows, the above-described manufacturing method offers considerable savings in terms of expenditure.
The method according to the invention has been described with reference to the production of a heat exchanger with only two cylindrical jackets pushed into one another, of which the inner jacket is closed at both ends. It is evident that the invention can also be used in cases where an inner jacket is open at both ends. It is only essential for the invention that a cylindrical inner jacket is provided, against which the bead can lie in the closest surrounding, cylindrical jacket end, forming a helically extending flow channel that is closed on all sides. The invention can of course also be used in those cases where the heat exchanger has more than two nested cylindrical jackets.
In this case it is provided that the helical grooves or beads of adjacent shells are displaced with respect to one another in their longitudinal direction so that flow paths or channels are created.