CH645973A5

CH645973A5 - Waermetauscher aus schlaeuchen.

Info

Publication number: CH645973A5
Application number: CH1092379A
Authority: CH
Inventors: Hans-Joachim Hoppe; Klaus Dr Dipl-Ing Schneider; Karl Dr Dipl-Ing Ostertag
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1979-12-10
Publication date: 1984-10-31
Also published as: FR2445213A2; DE2856642A1; CA1128928A; IT7951146A0; LU82047A1; GB2039357A; BE880753A; FR2445213B2; AU528764B2; ES267914Y; ES267914U; IT1164801B; DE2856642C2; GB2039357B; NL7909338A; IT7951238A0; JPS55128009A; ES487355A1; AU5398479A; BR7908566A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher mit durch den Mantel von Schläuchen gebildeten Wärmeübertragungsflächen.

10 Es sind Wärmetauscher aus Schläuchen bekannt, bei denen die Schläuche geradlinig, parallel zueinander und in Abständen voneinander angeordnet sind.

Auch dünnwandige Schläuche und ihre Herstellung wurden bereits vorgeschlagen.

15 Dünnwandige Schläuche sind hohlzylindrische Gebilde beliebiger Länge mit beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt, die eine in Längs- und Umfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke von weniger als 15 % der grössten Aussenabmessung des Schlauchquerschnitts aufweisen. Bei 20 kreisförmigem Querschnitt entspricht die grösste Aussenabmessung dem Aussendurchmesser, bei elliptischem Querschnitt entspricht sie der grossen äusseren Achse.

Die dünnwandigen Schläuche weisen gegenüber herkömmlichen Schläuchen eine erhöhte Festigkeit auf, besitzen aber 25 trotzdem einen grossen Durchströmungsquerschnitt und einen geschlossenen, d.h. unversehrten Mantel. Sie sind durch einen Durchströmungsquerschnitt gekennzeichnet, der im B ereich von 30 bis 95 % des Gesamtquerschnittes liegt und durch eine Bruchdehnung von weniger als 100 %. Bevorzugt werden solche 30 Schläuche, die einen Durchströmungsquerschnitt von 60 bis 95 % des Gesamtquerschnitts haben.

Die dünnwandigen Schläuche lassen sich aus allen gängigen schmelzspinnbaren Polymeren herstellen. Besonders geeignet sind wegen ihrer besonderen Gebrauchseigenschaften beispiels-35 weise die Polyamide, insbesondere Polycaprolactam und Poly-hexamethylenadipinsäureamid; Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat; Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen; Polyvinylchlorid.

Wegen ihrer chemischen Beständigkeit beispielsweise gegen-40 über Lebensmitteln, kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten od. dgl. werden Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat bevorzugt. Wenn chemische Beständigkeit neben einer guten Temperaturbeständigkeit gewünscht wird, bevorzugt man Schläuche aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen.

45 Wenn höhere Festigkeitswerte erwünscht sind, werden die Schläuche aus Polyamiden, insbesondere aus Polyhexamethylen-adipinsäureamid hergestellt.

Den Polymeren können Stabilisatoren, Russ Porenbildner oder andere Zusätze zugegeben werden.

50 Die Schläuche besitzen üblicherweise einen Mantel, der keine Flüssigkeiten durchlässt. Für die Verwendung von dünnwandigen Schläuchen für Filtereinheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die dünnwandigen Schläuche einen mikroporösen Mantel besitzen.

55 Derartige dünnwandige Schläuche wie oben beschrieben, können beispielsweise durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren hergestellt worden sein, wobei die Abzugsgeschwindigkeit grösser als 3500m/min ist. Bevorzugt werden dabei Abzugsgeschwindigkeiten, die im Bereich von 5000 bis 7000m/ 50 min liegen. Bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten nämlich weisen die dünnwandigen Schläuche Festigkeiten auf, wie sie sonst nur durch eine zusätzliche (aber schwierige) Nachverstreckung erzielbar wären.

Zur Vermeidung grösser Spinnhöhen (Abstand Spinndüse 65 zum Abzugsorgan) ist es dabei vorteilhaft, das Phänomen der «natürlichen Fadenabbiegung» auszunutzen. Dieses tritt allgemein beim Schmelzspinnen von Fäden aus synthetischen Polymeren in einem mehr oder weniger grossen Abstand von der

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Spinndüse auf, wenn man das Abzugsorgan aus seiner normalen im wesentlichen senkrecht unterhalb der Spinndüse befindlichen Lage seitlich herausbewegt. Es lässt sich deutlich sichtbar machen, wenn man beispielsweise einen monofilen Polyesterfaden mit einem Endtiter von 100 dtex mit 3700m/min abzieht und das zunächst senkrecht unterhalb der Spinndüse angeordnete Abzugsorgan (Schnellspulvorrichtung oder Fadeninjektor) allmählich in horizontaler Richtung entfernt und gegebenenfalls dabei gleichzeitig in vertikaler Richtung anhebt.

Trotz der dadurch veränderten Lage des Abzugsorgans bewegt sich der Faden unterhalb der Spinndüse über eine gewisse Strecke weiterhin vertikal nach unten, um dann in Richtung auf das Abzugsorgan abzubiegen. Der Bereich dieser «natürlichen», d. h. ohne zusätzliche mechanische Fadenleitorgane sich einstellenden Fadenabbiegung erstreckt sich nur auf eine Länge von wenigen cm und ändert seine Lage nicht wesentlich, auch wenn die Lage des Abzugsorgans deutlich verändert wird. Hingegen lässt sich die Lage des Bereiches der «natürlichen Fadenabbiegung» durch Veränderung der Spinnbedingungen variieren; beispielsweise entfernt er sich bei Erhöhung des Schmelzedurchsatzes von der Spinndüse. Das Phänomen tritt auch beim Schnellspinnen dünnwandiger Schläuche auf.

Mit Hilfe dieses Phänomens lässt sich die Spinnhöhe durch seitliches Anordnen des Abzugsorgans niedrig halten bei gleichzeitiger Beibehaltung der für die Abkühlung der frisch gesponnenen Fäden erforderlichen Abkühlstrecke.

Wird darüber hinaus dabei der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der «natürlichen Fadenabbiegung» hinreichend gross gewählt, so wird der Schlauch noch einem Nach Verzug unterworfen, wobei er auf das zwei- bis dreifache seiner ursprünglichen Länge verstreckt wird.

Obwohl es nicht möglich ist, die schnellgesponnenen dünnwandigen Schläuche im Bereich der «natürlichen Fadenabbiegung» mechanisch, d. h. mittels eines Umlenkorgans umzulenken, gelingt eine Umlenkung durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse, wobei hierdurch der Bereich der «natürlichen Fadenabbiegung» näher an die Spinndüse verlegt wird. Auch kann der Bereich der «natürlichen Fadenabbiegung» in eine Kühlflüssigkeit verlegt werden, indem beispielsweise eine kleine Wasserwanne anstelle des erwähnten Prallblechs angeordnet wird.

Zur Erzeugung von stabilen Schlauchgebilden mit grossen Aussenabmessungen und sehr geringen Wandstärken wird, wie bereits vorgeschlagen, während des Ausspinnens des dünnwandigen Schlauches aus der Düse ein Hohlraum bildendes Fluid, insbesondere ein Gas in den Schlauch eingeblasen.

Derartige durch Schnellspinnen ersponnene dünnwandige Schläuche eignen sich hervorragend zur Herstellung von Wärmetauschern, wobei sie dann in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt besitzen und einen Aussendurchmesser von etwa 40 bis 1000 [im oder mehr, bei Wandstärken von etwa 5 bis 50 um oder mehr haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Wärmeaustauscher aus Schläuchen hinsichtlich ihrer Wärmeübertragungsleistung sowie ihrer Gebrauchseigenschaften zu verbessern und einen Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, der auf einfache und schnelle Weise hergestellt werden kann und nicht die Nachteile der bekannten Wärmeaustauscher aus Schläuchen besitzt.

Der erfindungsgemässe Wärmetauscher ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche eine in Längs- und Umfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke von weniger als 15 % der grössten Aussenabmessung des Schlauchquerschnitts aufweisen, dass die Schläuche aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren bestehen und dass die Schläuche einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95 % ihres Gesamtquerschnitts und eine Bruchdehnung von weniger als 100% aufweisen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Vorrichtung ist jeder einzelne dünnwandige Schlauch auf dem grössten Teil seiner Länge, vorzugsweise auf seiner gesamten Länge und/oder der grösste Teil aller dünnwan-5 digen Schläuche, vorzugsweise die Gesamtheit aller dünnwandigen Schläuche in Form von Schlaufen angeordnet. Die Schlaufen können regelmässig oder unregelmässig ausgebildet sein.

Beim erfindungsgemässen Wärmetauscher wird einerseits durch Ausnutzung der Flexibilität der dünnwandigen Schläuche io und durch seine konstruktive Gestaltung seine Herstellung wesentlich vereinfacht sowie andererseits durch geeignete Auswahl besonders geeigneter Ausgestaltungsformen der bereits vorgeschlagenen dünnwandigen Schläuche eine Vergrösserung der Wärmeleitung und/oder des Wärmedurchgangs erreicht. 15 Eine solche aus dünnwandigen Schläuchen hergestellte Wärmeübertragungsvorrichtung besitzt eine grössere Widerstandsfähigkeit gegenüber äusseren mechanischen Beanspruchungen, so dass sie auch nach längerem betrieblichen Einsatz eine unverminderte Wärmeübertragungsleistung gewährleistet. Diese Ausfüh-20 rungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besitzt also nicht die Nachteile der bekannten Wärmeaustauscher aus Hohlfäden, bei denen die Hohlfäden geradlinig, parallel zueinander und in Abständen voneinander angeordnet sind. Diese bekannte Anordnung nämlich, wie sie auch bei Metallrohrbündel-Wärme-25 austauschern üblich ist, gestaltet die Herstellung derartiger Wärmeaustauscher aus Hohlfäden schwierig und aufwendig. Zudem können bei dieser bekannten Anordnung der Hohlfäden die Hohlfadenbündel schon durch geringfügige äussere mechanische Einwirkungen beschädigt, beispielsweise geknickt, werden. 30 Die schlaufenförmige bzw. teilweise schlaufenförmige Anordnung der dünnwandigen Schläuche in einer erfindungsgemässen Vorrichtung, die zur Vereinfachung in der Beschreibung auch als Wärmeaustauscher bezeichnet wird, wird auf einfache Weise beispielsweise dadurch erreicht, dass ein oder mehrere endlose 35 dünnwandige Schläuche mittels einer Aufspul- oder Umspuleinrichtung mit einem oder mehreren parallel zur Drehachse der Spuleinrichtung hin- und herbewegten Fadenführer(n) beispielsweise auf einen perforierten rohrförmigen Spulenträger (auch Hülse oder Spule genannt) aufgewickelt werden und auf diese 40 Weise einen ein- oder mehrlagigen Spul- oder Wickelkörper bilden (Fig. 10; Fig.ll; Fig. 22; Fig.23 und Fig. 24).

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die dünnwandigen Schläuche hierbei beim erfindungsgemässen Wärmetauscher in Form einer sich räumlich ausdehnenden Wendel angeordnet 45 sind. Zur Erzielung eines leicht durchströmbaren und dabei formstabilen Spulpaketes sind die dünnwandigen Schläuche in vorteilhafter Weise in mehreren Lagen angeordnet, wobei die dünnwandigen Schläuche in jeder Lage die dünnwandigen Schläuche jeder der benachbarten Lage gegebenenfalls mehr-50 fach, kreuzen. Diese Anordnung der dünnwandigen Schläuche gewährleistet eine grosse Wärmeübertragungsfläche auf kleinem Raum, da die dünnwandigen Schläuche sich zwar an den Kreuzungspunkten berühren, jedoch nur ein unbedeutender Anteil der Wärmeübertragungsfläche durch die gegenseitige Berührung 55 der dünnwandigen Schläuche dabei verloren geht (Fig. 12).

Der den Spul- oder Wickelkörper aufnehmende Spulenträger braucht dabei nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern der Querschnitt desselben kann beispielsweise auch elliptisch oder als Vieleck, insbesondere als Rechteck mit 60 abgerundeten Ecken, ausgebildet sein. Ebenso kann der zur Herstellung des Spul- oder Wickelkörpers verwendete Spulenträger auch einen entlang seiner Längsachse grösser oder kleinerwerdenden Querschnitt haben. So kann seine Mantelfläche beispielsweise konisch, diaboloförmig, pyramidenstumpfförmig 65 mit abgerundeten Seitenkanten, tonnenförmig usw. ausgebildet sein, so dass die auf einem derartig geformten Spulenträger aufgewickelten dünnwandigen Schläuche im allgemeinen einen in seiner Form der Form des jeweiligen Spulenträgers entspre-

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chenden Spul- bzw. Wickelkörper bilden (Fig. 13 ; Fig. 14; gen Bereichen, in denen die Teilung erfolgen soll, zweckmässi-

Fig. 15; Fig. 26; Fig. 27; Fig. 28 und Fig. 29). gerweise zuvorin geeigneterWeise, beispielsweise wie bereits

Bei einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen beschrieben, durch Eingiessen in Giessharz od. dgl., in ihrer

Vorrichtung haben die dünnwandigen Schläuche die Form einer Form und Lage fixiert werden und somit ihre Öffnungen mühelos in einer Ebene liegenden Spirale. 5 durch das Zerteilen freigelegt werden können.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher kann aber auch Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich,

aus einem oder mehreren Flächengebilden hergestellt werden, die dünnen Schläuche in einem die Wärme gut leitenden Werk-

die nach einem Web-, Wirk-, Streck- oder einem Ablegeverfah- stoff einzugiessen, um auf diese Weise Wärme von einem Fluid ren hergestellt worden sein. Derartige Flächengebilde lassen sich auf den genannten, die Wärme gut leitenden Werkstoff, zu wie die Spul- oder Wickelkörper ebenfalls auf schnelle und 10 übertragen oder umgekehrt. Ein auf solche Weise ausgestalteter einfache Weise herstellen. erfindungsgemässer Wärmeaustauscher, der zudem noch bei-

Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Wärmeaustau- spielsweise zwei getrennte Kreisläufe für zwei voneinander schers aus einem Spul- oder Wickelkörper können die beiden getrennt zu haltende Fluide besitzt, gestattet es, Wärme bei-stirnseitigen Enden auf einem - in Längsrichtung des Wickelkör- spielsweise von dem ersten Fluid zunächst auf den die Wärme gut pers gemessen -kurzen Abschnitt beispielsweise in einer härtba- 15 leitenden Giesskörper zu übertragen und von dort auf das zweite ren Vergussmasse wie Giessharz, Polyurethan u.dgl. eingegossen Fluid abzugeben. Ebenso ist es möglich, mit einem derartigen werden, wobei die Vergussmasse in dem genannten Bereich den Wärmeaustauscher beispielsweise die von dem die Wärme gut Wickelkörper vollständig durchdringt und gegebenenfalls aus- leitenden Giesskörper beispielsweise durch Strahlung aufgenom-serhalb des Wickelkörpers je einen flanschartigen Ansatz bildet, mene Wärme gleichzeitig an zwei Fluide abzugeben. (Fig. 25) die einen grösseren Umfang haben als der Wickelkörper selbst. 20 Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich zur Ein solcher (flanschartiger) Ansatz kann jedoch auch nur an Lösung selbst der anspruchsvollsten Wärmeübertragunspro-einer der beiden Stirnseiten des Wickelkörpers vorgesehen wer- bleme, wie sie beispielsweise beim Verdampfen oder Kondensie-den. Durch stirnseitiges Abtragen eines Teiles jedes dieser ren auftreten können. Insbesondere eignet sich der erfindungsge-(flanschförmigen) Ansätze bis in den Bereich der dünnwandigen mässe Wärmeaustauscher überall dort, wo zur Energiegewin-Schläuche werden die an den Stirnseiten des Wickelkörpers 25 nung nur verhältnismässig kleine Temperaturdifferenzen zur liegenden bogenförmigen Umkehrteilstücke der einzelnen Wik- Verfügung stehen, die zwangsläufig grosse Wärmeübertragungs-kelkörperlagen entfernt und wird auf diese Weise aus dem flächen erforderlich machen, welche begreiflicherweise auf mögursprünglichen Wickelkörper ein Gebilde hergestellt, das aus liehst kleinem Raum unterzubringen sind. Aufgrund der günsti-einer Vielzahl von in mehreren Lagen angeordneten wendelför- gen Korrosionseigenschaften der für die Herstellung des erfin-mig ausgebildeten sich mehrfach kreuzenden Schlauchstücken 30 dungsgemässen Wärmeaustauschers verwendbaren dünnen besteht, deren Öffnungen an der äusseren, im allgemeinen Schläuche eignet sich der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher senkrecht zur Längsachse des Wickelkörpers verlaufenden Stirn- insbesondere für aggresive Medien, wie Säuren, Laugen u. dgl. fläche des verbleibenden Teils jedes der oben beschriebenen Bei geeigneter Auswahl der verwendbaren dünnen Schläuche ist (flanschartigen) Ansätze aus der Vergussmasse münden (Fig. 13 ; es aufgrund der bekannten unterschiedlichen Oberflächeneigen-14; 15; 16; 17 und 26). 35 schaffen derselben möglich, den erfindungsgemässen Wärme-Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Wärmeaustau- austauscher auch für solche Fluide zu verwenden, die bei her-schers aus Flächengebilden, können jeweils ein oder mehrere kömmlichen Metallrohrwärmeaustauschern zur Bildung von Ränder der gegebenenfalls auch übereinander gelegten Flächen- Ablagerungen an den Rohrwänden neigen.

gebilde in geeigneter Weise, beispielsweise in Giessharz, einge- Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich daher gössen werden und die Öffnungen der dünnen Schläuche in 40 gleichermassen für chemische Verfahren, bei der Energieerzeu-

analoger Weise, wie oben bereits für die Spul- bzw. Wickelkör- gung bzw. -Umwandlung, in der Kältetechnik, in der Klimatech-

per beschrieben, anschliessend freigelegt werden. nik, in der Lebensmittelindustrie, zur Wohn- und Arbeitsraum-

Durch entsprechendes Aufwickeln, Verlegen oder anderwerti- beheizung, bei Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen, insbeson-ges Anordnen der dünnen Schläuche und entsprechendes Auf- dere als Ölkühler, als Wasserkühler zum Abführen der Motorschneiden des Schlauchpaketes ist es möglich, einen erfindungs- 45 wärme oder zum Aufwärmen der in das Fahrzeuginnere zuge-gemässen Wärmeaustauscher herzustellen, bei dem die Eintritts- führten Frischluft, als Kondensator und als Verdampfer, insbe-öffnungen und die Austrittsöffnungen der dünnen Schläuche in sondere auch als Entspannungsverdampfer. Ganz besonders ein und derselben Ebene liegen, jedoch beispielsweise um jeweils eignet sich der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher für Wär-180° versetzt und/oder in jeweils gleich grossen oder unterschied- mepumpen-Einrichtungen, bei denen beispielsweise Wärme aus lieh grossen Abständen voneinander und dabei so angeordnet 50 der Umgebungsluft oder aus dem Erdreich zur Beheizung von sind, dass alle Eintrittsöffnungen in der einen Hälfte dieser Wohnräumen benutzt wird, oder als die Sonnenwärme aufneh-Ebene und alle Austrittsöffnungen in der anderen Hälfte dieser mender Kollektor, wobei sich hierfür insbesondere solche Aus-Ebene liegen. führungsformen des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers

Ebenso ist es möglich, einen erfindungsgemässen Wärmeaus- bewährt haben, bei denen die dünnen Schläuche in nur einer tauscher herzustellen, der es gestattet, beliebig viele Fluide an 55 Lage angeordnet und zudem schwarz sind,

der Wärmeübertragung teilnehmen zu lassen, ohne dass ein Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich somit

Vermischen der einzelnen Fluide miteinander stattfindet. zurLösungdermeisten Wärmeübertragungsprobleme, d.h. zur

Ein aus einem Spul- oder Wickelkörper hergestellter erfin- Wärmeübertragung von gasförmigen Fluiden auf gasförmige,

dungsgemässer Wärmeaustauscher kann beispielsweise so ausge- von flüssigen Fluiden auf flüssige, von flüssigen Fluiden auf stattet sein, dass die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnun- 60 gasförmige und umgekehrt, von festen Stoffen auf gasförmige gen für ein erstes Fluid auf der einen Stirnseite des Wärmeaustau- und/oder flüssige Fluide und umgekehrt, wobei allerdings zu schers und diejenigen für ein zweites Fluid auf der anderen beachten ist, dass die Temperaturen der am Wärmeaustausch

Stirnseite des Wärmeaustauschers liegen. beteiligten Stoffe durch die physikalischen und chemischen

Zur Herstellung einer Vielzahl kleinerer Wärmeaustauscher Eigenschaften der verwendeten dünnen Schläuche entsprechend ist es erfindungsgemäss möglich, die zur Herstellung der Wärme- 65 limitiert sind.

austauscher bestimmten Spul- oder Wickelkörper bzw. Flächen- Bei der Bemessung des erfindungsgemässen Wärmeaustaugebilde in Einheiten, d. h. Streifen, Scheiben od. dgl., gewünsch- schers ist zu beachten, dass die pro zur Verfügung stehenden {«Grösse aufzuteilen, wobei die dünnen Schläuche in denjeni- Volumeneinheit erreichbare Wärmeübertragungsfläche umso

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grösser wird, j e kleiner der Durchmesser der zu verwendenden rungsformen derselben in der erfindungsgemässen Vorrichtung dünnen Schläuche gewählt wird. Die zu übertragende Wärme- erzielt werden können.

menge bei gleichbleibendem Gesamtströmungsquerschnitt aller Besonders hervorragende Ergebnisse werden dabei erzielt,

dünnen Schläuche und gleichbleibender Fluidmenge steigt im wenn die Schläuche der Vorrichtung zum Übertragen von allgemeinen ebenfalls mit kleiner werdenden Schlauchdurchmes- 5 Wärme erfindungsgemäss dünnwandige Schläuche sind, wobei sern. Dabei ist allerdings zu beachten, dass für diesen Fall der erfindungsgemäss:

Druckverlust in den dünnen Schläuchen ebenfalls zunimmt. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Wandung der dünn-

Ebenfalls zu beachten ist, dass die Knickfestigkeit der dünnen wandigen Schläuche mindestens 1.500 bis mindestens 4.500

Schläuche im allgemeinen mit grösserwerdendem Durchmesser W/m2K beträgt und/oder bei gleicher Wandstärke abnimmt. Bei geeigneter Auswahl und io der Aussendurchmesser der dünnwandigen Schläuche im Dimensionierung der für den erfindungsgemässen Wärmeaus- Bereich von 0,04 bis 4mm liegt und/oder tauscher verwendbaren dünnen Schläuche ist es möglich, spezifi- die Wandstärke der dünnwandigen Schläuche im Bereich von 5 sehe Wärmeübertragungsleistungen zu erreichen, die besser, bis 100 um, insbesondere von 5 bis 20 [im liegt und/oder zum Teil sogar erheblich besser sein können als die mit her- die dünnwandigen Schläuche innen und/oder aussen profiliert kömmlichen Metallrohrwärmeaustauschern erreichbaren. 15 sind (Fig. 1 bis 4) und/oder die dünnwandigen Schläuche einen in Die Auswahl geeigneter dünner Schläuche sollte möglichst so ihrer Längsrichtung stetig oder unstetig in seiner Form und/oder erfolgen, dass der Wärmedurchgangswiderstand durch die Wan- Grösse sich gegebenenfalls auch periodisch ändernden Querdung der dünnen Schläuche im wesentlichen vernachlässigbar schnitt haben (Fig. 8 und 9) und/oder gegenüber den innerhalb und ausserhalb der dünnen Schläuche die dünnwandigen Schläuche aus zwei oder mehr Werkstoffen auftretenden Wärmeübergangswiderständen ist. Das bedeutet, 20 hergestellt sind, wobei gegebenenfalls auch ein oder mehrere dass dünne Schläuche aus einem Werkstoffmit relativ guten Werkstoffe porös sein kann bzw. können.

Wärmeleiteigenschaften eine grössere Wandstärke haben dürfen Da sich dünnwandige Schläuche mit den zuvor genannten als solche mit sehr niedrigen Wärmeleitwerten. Eigenschaften nicht nur in einer Vorrichtung zum Übertragen

Unter Querschnitt der dünnen Schläuche, des Spul- oder von Wärme mit den erfindungsgemässen Merkmalen bestens

Wickelkörpers bzw. des Spulenträgers wird im Sinne der Erfin- 25 bewährt haben, sondern auch zu Verbesserungen in herkömmli-

dung die Schnittfläche verstanden, die man erhält, wenn man chen Wärmeaustauschern aus Hohlfäden führen können,

einen dünnen Schlauch, einen Spul- oder Wickelkörper bzw. erstreckt sich der Patentanspruch auch auf solche dünnwandigen einen Spulenträger an einer beliebigen oder näher bezeichneten Schläuche, die die zuvor genannten erfindungsgemässen Eigen-

Steile senkrecht zu seiner Längs- bzw. Drehachse schneidet. Im Schäften aufweisen. Die hier beanspruchten dünnwandigen

Falle eines runden dünnnen Schlauches erhält man auf diese 30 Schläuche können die erfindungsgemässen Eigenschaften dabei

Weise einen kreisförmigen Querschnitt. Im Falle eines beispiels- einzeln oder in beliebiger Kombination aufweisen.

weise auf einen Spulenträger mit rechteckigem Querschnitt mit Es wurde weiterhin gefunden, dass eine Steigerung der Wärabgerundeten Ecken aufgewickelten Spul- oder Wickelkörpers meübertragungsleistung sowie eine Verbesserung der erhält man definitionsgemäss einen rechteckigen Ringquer- Gebrauchseigenschaften der erfindungsgemässen Vorrichtung schnitt mit abgerundeten Ecken. 35 zum Übertragen von Wärme auch durch eine geeignete Auswahl

Unter Schlaufenform wird im Sinne der vorliegenden Erfin- ganz bestimmter Ausführungsformen der bereits vorgeschlage-

dung jede von einer geradlinigen Form abweichende Form nen dünnwandigen Schläuche erreicht werden kann. Besonders verstanden, dabei insbesondere jede Art einer ebenen oder gute Ergebnisse werden dabei dann erzielt, wenn:

räumlichen Krümmung, wobei der Krümmungsradius gross Die dünnwandigen Schläuche Füllmittel, Stabilisatoren, Addi-

genug ist, um ein Einknicken der dünnen Schläuche zu vermei- 40 tive, Russ, Farbpigmente od. dgl. enthalten und/oder den. Im allgemeinen ist der Krümmungsradius kleiner als 1 m, er die dünnwandigen Schläuche einen im wesentlichen kreisför-

kann jedoch auch grösser sein. Zur Lösung der der vorliegenden migen Querschnitt haben und/oder

Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist es nicht erforderlich, der Aussendurchmesser der Schläuche im Bereich von 0,04 bis dass alle dünnen Schläuche auf ihrer gesamten Länge Schlaufen- 1mm liegt und/oder form haben, sondern es genügt bereits, wenn der grössere Teil 45 die Wandstärke der dünnwandigen Schläuche im Bereich von 5

der dünnen Schläuche in Schlaufenform vorliegt, d. h. wenn bis 50 (im liegt und/oder jeder einzelne dünne Schlauch der erfindungsgemässen Vorrich- die dünnwandigen Schläuche porös sind.

tung auf dem grösseren Teil seiner Länge Schlaufenform hat und/ Auch hierbei können erfindungsgemäss solche dünnwandigen oder wenn geradlinige und schlaufenförmige dünne Schläuche Schläuche verwendet werden, welche die bereits vorgeschlage-

vorliegen, solange die Gesamtlänge aller in Schlaufenform vor- so nen Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweisen.

liegenden dünnen Schläuche und/oder Schlauchstücke grösser ist Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung der erfin-

als die Gesamtlänge aller geradlinig vorliegenden dünnen dungsgemässen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft, solche

Schläuche und/oder Schlauchstücke. dünnwandigen Schläuche zu verwenden, die gut wärmeleitende

Durch diese Schlaufenform der dünnen Schläuche wird Stoffe, wie Metall, Graphit, u. dgl. in Staub- oder Pulverform erreicht, dass sich die dünnen Schläuche in im wesentlichen 55 enthalten. Die dünnwandigen Schläuche können aber auch bzw. kurzen Abständen gegebenenfalls mehrfach kreuzen und sich auf zusätzlich Füllmittel, Stabilisatioren, Additive, Russ, Farbpig-

diese Weise gegenseitig abstützen, so dass jeder dünne Schlauch mente od. dgl. enthalten.

im allgemeinen nur auf verhältnismässig kurzen Längenabschnit- Die Verwendung von mikroporösen dünnwandigen Schläu-

ten ungestützt ist, wodurch die Knickgefahr für die dünnen chen gestattet es, bei Anwendung entsprechend hoher Drücke,

Schläuche erheblich herabgesetzt ist. 60 zusätzlich zu der durch die Wandung der dünnwandigen Schläu-

Bei der Suche nach weiteren Verbesserunsmöglichkeiten der che erfolgenden Wärmeübertragung eine Flüssigkeit zusätzlich bekannten Wärmeaustauscher sowie der erfindungsgemässen noch dadurch zu kühlen, dass ein Teil der zu kühlenden Flüssig-

Vorrichtung wurde nun überraschenderweise gefunden, dass keit an der Oberfläche der porösen dünnwandigen Schläuche eine weitere Steigerung der Wärmeübertragungsleistung sowie verdampft oder verdunstet.

eine zusätzliche Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von 65 Die geringe Wandstärke der dünnwandigen Schläuche führt zu

Wärmeaustauschern aus Hohlfäden durch besondere Ausgestal- einem Wärmeaustauscher mit grosser Wärmeaustauschleistung,

tung der bereits vorgeschlagenen dünnwandigen Schläuche bzw. die noch dadurch gesteigert werden kann, dass bedingt durch die durch Verwendung einiger der bereits vorgeschlagenen Ausfüh- hohe Festigkeit dieser Schläuche der innerhalb derselben zuläs-

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sige Betriebsdruck und damit die erreichbare Fluiddurchfluss-menge gross sind.

Zur Herstellung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers sind dünnwandige Schläuche mit einem beispielsweise elliptischen oder drei-, vier-, fünf-, sechs- und mehreckigen Querschnitt geeignet, insbesondere aber solche mit einem runden Querschnitt, da sich bei einem aus dünnwandigen Schläuchen mit einem runden Querschnitt hergestellten erfindungsgemässen Wärmeaustauscher mit sich kreuzenden dünnwandigen Schläuchen diese sich im wesentlichen nur punktförmig berühren und somit nur ein geringfügiger Anteil der gesamten Wärmeaustauschfläche durch diese Berührungsstellen verlorengeht (Fig. 5).

Die dünnwandigen Schläuche können darüber hinaus innen und/oder aussen profiliert sein. Auch können zwei, drei oder mehr dünnwandige Schläuche in Parallellage zueinander liegend an ihren jeweiligen Berührungsflächen beispielsweise durch Verschmelzen, Verschweissen, Verkleben od. dgl. fest miteinander verbunden sein. Ebenso eignen sich dünnwandige Schläuche mit einem in ihrer Längsrichtung stetig oder unstetig in seiner Form und/oder Grösse gegebenenfalls periodisch sich ändernden Querschnitt. Derartige dünnwandige Schläuche können auf verschiedene Art und Weise die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers vorteilhaft beeinflussen. So kann durch entsprechend innen und/oder aussen profilierte dünnwandige Schläuche beispielsweise die innere und/oder äussere Wärmeübergangsfläche vergrössert, die Knickfestigkeit der dünnwandigen Schläuche verbessert und/oder die Kontaktfläche der sich kreuzenden dünnwandigen Schläuche verringert werden. Weiterhin wird die Wärmeübertragungsleistung noch dadurch gesteigert, dass an den profilierten Flächen der dünnwandigen Schläuche der Wärmeübergang durch Wirbelbildung im jeweiligen Fluid verbessert wird. Auch lassen sich aus dünnwandigen Schläuchen mit einer nicht kreiszylindrischen Form zum Teil kompaktere und/oder formstabilere Vorrichtungen herstellen (Fig. 1 bis 4 und 6 bis 9).

Zur Gewährleistung einer guten Wärmeleitung durch die dünnwandigen Schläuche sollte die Wand derselben so dünn wie möglich bemessen sein, jedoch immer noch genügend dick, um den mechanischen Anforderungen zu genügen. Als für die meisten Verwendungszwecke vorteilhaft haben sich dabei dünnwandige Schläuche erwiesen, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 100 [Am liegt, wobei gute Wärmedurchgangszahlen mit dünnwandigen Schläuchen erreicht werden, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 50 [im liegt, und besonders gute mit solchen, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 20 [im liegt.

Zur Erzielung eines guten Wärmedurchgangs (k-Zahl) sollten auch die Querschnitte der verwendeten dünnwandigen Schläuche entsprechend bemessen sein. So haben sich von den dünnwandigen Schläuchen mit rundem Querschnitt besonders solche mit einem im Bereich von 0,04 bis 4mm, insbesondere von 0,04 bis 1mm liegenden Aussendurchmesser als vorteilhaft erwiesen.

Bei den zur Herstellung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers verwendbaren dünnwandigen Schläuchen sollte der Wärmedurchgangskoeffizient der Wandung der dünnwandigen Schläuche bei mindestens 1.500 W/m2K, insbesondere aber bei mindestens 4.500 W/m2K liegen. Unter dem Wärmedurchgangskoeffizienten der Wandung der dünnwandigen Schläuche wird hierbei der Quotient aus der Wärmeleitfähigkeit des für die dünnwandigen Schläuche verwendeten Werkstoffes gemessen in W/m K und der Wandstärke der dünnwandigen Schläuche gemessen in m verstanden.

Die Erfindung wird nun beispielshalber anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 Querschnitte verschieden geformter dünnwandiger Schläuche,

Fig. 8 und 9 Längsschnitte durch nicht kreiszylinderförmig ausgebildete dünnwandige Schläuche,

Fig. 10 und 11 in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung eines mehrlagigen Spulkörpers aus einem dünnwandigen Schlauch,

Fig. 12 in vereinfachter schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit an seinen Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergussmasse,

Fig. 13 bis 15 in vereinfachter schematischer Darstellung Längsschnitte durch verschieden geformte Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit an ihren Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergussmasse,

Fig. 16 in vereinfachter Darstellung einen Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit nur einem stirnseitig angeordneten flanschartigen Ansatz aus einer Vergussmasse,

Fig. 17 in vereinfachter schematischer Darstellung einen Spulkörper mit an seinen beiden Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergussmasse,

Fig. 18 bis 21 in vereinfachter schematischer Darstellung Ausführungsformen des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers unter Verwendung eines Spulkörpers aus dünnwandigen Schläuchen,

Fig. 22 bis 24 in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung eines Spulenkörpers aus zwei dünnwandigen Schläuchen,

Fig. 25 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers unter Verwendung eines nach Fig. 22 bis 24 hergestellten Spul-köipers,

Fig. 26 bis 31 in vereinfachter schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsformen von Schlauchbündeln, hergestellt aus Spulkörpern mit jeweils unterschiedlicher Querschnittform,

Fig. 32 bis 37 in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers aus einem im wesentlichen scheibenförmigen Wickelkörper aus dünnwandigen Schläuchen.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen beispielsweise Querschnitte von profilierten dünnwandigen Schläuchen, wie sie sich für den erfindungsgemässen Wärmeaustauscher eignen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Form hat der dünnwandige Schlauch einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Hohlraum 27, während er an seiner Aussenseite eine in seiner Längsrichtung verlaufende rippenförmige Erhebung 26 hat, die gegebenenfalls aus einem anderen Material bestehen kann als der Schlauchmantel.

Der in Fig. 2 dargestellte dünnwandige Schlauch hat ebenfalls einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Hohlraum 27 und vier in seiner Längsrichtung verlaufende rippenförmige Erhebungen 26 gegebenenfalls aus unterschiedlichem Material.

Der in Fig. 3 dargestellte dünnwandige Schlauch hat einen im wesentlichen dreilappigen Querschnitt, wobei der Hohlraum 27 eine ähnliche Form wie der Schlauchmantel 28 hat, so dass dieser dünnwandige Schlauch eine auf seinem Umfang im wesentlichen konstante Wandstärke hat.

Der in Fig. 4 dargestellte dünnwandige Schlauch hat einen aussen im wesentlichen kreisförmigen Mantel 29 und an seiner Innenseite vier in Längsrichtung verlaufende, in seinen Hohlraum 27 hineinragende rippenförmige Erhebungen 26, die gegebenenfalls aus einem anderen Material bestehen können als der Mantel 29.

Fig. 5 zeigt einen dünnwandigen Schlauch, bei dem der Mantel 28 einen sechseckigen Ringquerschnitt und der Hohlraum 27 einen sechseckigen Querschnitt hat.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Schlauchgebilde, das beispielsweise dadurch hergestellt werden kann, dass drei dünnwandige Schläuche mit rundem Querschnitt an ihren gemeinsamen Berührungslinien miteinander verschmolzen werden.

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Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem im Innern des dünnwandigen Schlauches mittig angeordneten und in seiner Längsrichtung verlaufenden Steg 29. Dieser dünnwandige Schlauch besitzt also zwei durch den Steg 29 voneinander getrennte gleichgrosse parallel zueinander verlaufende Hohlräume 27 mit halbkreisförmigem Querschnitt.

Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmässigen Abständen sich vergrössernden und anschliessend wieder verkleinernden Aussendurchmesser bzw. Umfang und einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmässigen Abständen sich verkleinernden und anschliessend wieder vergrössernden Innendurchmesser bzw. Hohlraumumfang. Hierdurch hat der dünnwandige Schlauch einen Mantel 28 mit in Längsrichtung des dünnwandigen Schlauches sich ändernder Wandstärke.

Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmässigen Abständen sich vergrössernden Querschnitt, wobei die Wandstärke des dünnwandigen Schlauches in seiner Längsrichtung konstant bleibt.

In den Fig. 10 und 11 ist in vereinfachter schematischer Darstellung eine bekannte Einrichtung zur Herstellung von für den erfindungsgemässen Wärmeaustauscher geeigneten Spulkörpern dargestellt. Der zugelieferte endlose dünnwandige Schlauch 1 wird über einen sich hin- und herbewegenden Fadenführer 2 auf einen rotierenden perforierten Spulen träger 3 aufgewickelt, wodurch ein Spulkörper 4 entsteht, der aus mehreren Lagen sich unter einem vorher festlegbaren Winkel kreuzender wendeiförmig ausgebideter Abschnitte des endlos zugelieferten und aufgewickelten dünnwandigen Schlauches 1 aufgebaut ist.

Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt eines beispielsweise mit einer gemäss Fig. 10 und 11 beschriebenen Einrichtung hergestellten Spulkörpers 4. Der Spulkörper 4 ist an seinen beiden Stirnseiten 5 mit flanschartigen Ansätzen 7 aus einer härtbaren Vergussmasse versehen, die im Schleudergussverfahren in die gewünschte Form gebracht worden ist. Durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 entlang der Linie A bzw. B können die Öffnungen der dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 freigelegt werden. Der perforierte Spulenträger 3 gestattet eine radiale Durchströmung des Spulkörpers 4.

Der in Fig. 13 im Längsschnitt dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmässiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen konisch ausgebildeten Spulenträger 3 entstanden und hat dadurch selbst Konusform. Bei diesem Spulkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Figur 12 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 14 im Längsschnitt dargestellte Spulenkörper 4 ist durch gleichmässiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen diaboloförmig ausgebildeten Spulenträger 3 entstanden und hat dadurch selbst Diaboloform. Bei diesem Spulenkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Fig. 12 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 15 im Längsschnitt dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmässiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen tonnenförmig ausgebildeten Spulenträger 3 entstanden und hat dadurch selbst Tonnenform. Bei diesem Spulkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Fig. 12 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 16 dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmässiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen kreiszylinderförmigen Spulenträger entstanden und hat dadurch selbst Kreiszylinderform. Dieser Spulenkörper 4 ist nur aneinemEndemit einem flanschartigen Ansatz 7 versehen,

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wobei hierbei die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte des Spulkörpers 4 durch das bereits beschriebene Abtrennen eines Teils des flanschartigen Ansatzes 7 nur auf eben dieser einen Seite freigelegt sind.

Der Strömungsweg eines Fluids durch die dünnwandigen Schläuche eines solchen Spulkörpers verläuft ähnlich wie derjenige eines U-förmig ausgebildeten Rohres. Das heisst die Ein-und Austrittsöffnungen für das Fluid liegen bei diesem Spulkörper in ein und derselben Ebene.

Fig. 17 zeigt einen Spulkörper, wie er sich ergibt, wenn die flanschartigen Ansätze 7 teilweise, beispielsweise wie in Fig. 12 dargestellt entlang den Linien A-A bzw. B-B abgetrennt werden.

Fig. 18 zeigt die Verwendung eines gemäss den Fig. 10 bis 12 hergestellten Spulkörpers 4 in einem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher. Der Spulkörper 4 mit den flanschartigen Ansätzen 7 ist dabei in dem entsprechend bemessenen Gehäuse 10 angeordnet. Ein erstes Fluid 8 tritt durch den Eintrittsstutzen 11 in den Verteilerraum 16 des Wärmeaustauschers und gelangt von dort in die Eintrittsöffnungen der in dem Spulenkörper 4 angeordneten dünnwandigen Schläuche, durchströmt diese und ver-lässt sie auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Spulkörpers 4, gelangt in den Sammlerraum 17 des Wärmeaustauschers und verlässt diesen durch den Austrittsstutzen 12. Die Durchströmung der dünnwandigen Schläuche ist auch in umgekehrter Richtung möglich. Ein zweites Fluid 9 tritt durch den Eintrittsstutzen 13 in den Kernraum 18 des Spulkörpers 4, der an seinem Ende 15 abgedichtet ist, durchströmt den Spulkörper 4 in radialer Richtung von innen nach aussen und gelangt in den ringzylinder-förmigen Sammelraum 19, von wo aus es den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstutzen 14 verlässt.

Fig. 19 zeigt einen erfindungsgemässen Wärmeaustauscher, bei dem der Spulkörper 4 mit einer Trennwand 21 versehen ist, die jedoch so angeordnet ist, dass der freie Durchflussquerschnitt der einzelnen dünnwandigen Schläuche dadurch nicht unterbrochen wird. Ein erstes Fluid 8 durchströmt hierbei den Wärmeaustauscher in gleicher Weise wie bereits in Fig. 18 beschrieben. Ein zweites Fluid 9 tritt durch den Eintrittsstutzen 13 des Wärmeaustauschers in den ringzylinderförmigen Verteilerraum 20, durchströmt danach die rechte Hälfte des Spulkörpers 4 in radialer Richtung von aussen nach innen und gelangt in den Kernraum 18 des Spulkörpers 4, der an seinen beiden stirnseitigen Enden 15 verschlossen ist. Anschliessend durchströmt das zweite Fluid 9 die linke Hälfte des Spulkörpers 4 in radialer Richtung von innen nach aussen und gelangt in den ringzylinderförmigen Sammlerraum 19, von wo aus es den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstuzten 14 verlässt.

Fig. 20 zeigt einen erfindungsgemässen Wärmeaustauscher, bei dem die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 gemäss Fig. 16 nur an einer Seite mit einem flanschartigen Ansatz 7 versehen und aufgeschnitten sind und die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnungen der einzelnen dünnwandigen Schläuche jeweils um 180°C gegeneinander versetzt angeordnet sind, sich also gegenüberliegen, d.h. ähnlich angeordnet sind, wie dies von herkömmlichen Wärmeaustauschern mit U-förmig ausgebildeten Rohren her bekannt ist. Bei diesem Wärmeaustauscher tritt ein erstes Fluid 8 durch den Eintrittsstutzen 11 in den Verteilerraum 16, gelangt von dort in das Innere der dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4, durchströmt diese zunächst in der einen und danach in der dieser im wesentlichen entgegengesetzten Richtung und gelangt anschliessend in den Sammlerraum 17, von wo es durch den Austrittsstutzen 12 den Wärmeaustauscher wieder verlässt. Ein zweites Fluid tritt durch den Eintrittsstutzen 13 in den ringzylinderförmigen Verteilerraum 20, von wo aus es den Spulkörper 4 in radialer Richtung von aussen nach innen durchströmt und in den Kernraum 18 des Spulkörpers 4 gelangt, der an der Stirnseite 15 abgedichtet ist, und verlässt von dort durch den Austrittsstutzen 14 den Wärmeaustauscher.

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In Fig. 21 ist ein erfindungsgemässer Wärmeaustauscher dargestellt, der die wesentlichen Merkmale des in Fig. 19 und 20 dargestellten Spulkörpers 4 vereint. Das erste Fluid 8 durchströmt dabei die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 wie in Fig. 20 beschrieben, das zweite Fluid 9 umströmt dabei die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 wie in Fig. 19 beschrieben.

Die Figuren 22 bis 24 zeigen in vereinfachter schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Herstellung eines Spulkörpers 4 aus zwei von zwei Spulen 6 getrennt zugeführten, jedoch gleichzeitig auf einen gemeinsamen Spulenträger 3 aufgewickelten dünnwandigen Schläuchen 1. Durch die Längsrichtung des Spulkörpers 4 versetzte Anordnung der Fadenführer 2, wie aus Fig. 23 bzw. 24 ersichtlich, ist es möglich, einen Spulkörper 4 herzustellen, bei dem die jeweiligen Lagen der beiden dünnwandigen Schläuche 1 in Längsrichtung des Spulkörpers 4 versetzt zueinander aufgewickelt werden, so dass sich an den Stirnseiten des Spulkörpers 4 je ein Bereich 22 bildet, der nur von einem der beiden dünnwandigen Schläuche gebildet wird. Durch Entfernen dieser beiden Bereiche 22 ergibt sich ein Spulkörper der auf der einen Seite die Eintritts- und die Austrittsöffnungen für ein erstes Fluid und auf der gegenüberliegenden Stirnseite diejenigen für ein zweites Fluid hat.

Die Verwendung eines derartigen gemäss Fig. 22 bis 24 hergestellten Spulkörpers in einem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher ist in Fig. 25 dargestellt. Darüber hinaus befindet sich bei dieser in Fig. 25 dargestellten Ausführungsform der Spulkörper 4 in einem die Wärme gut leitenden festen oder flüssigen Stoff 23. Ein solcher Wärmeaustauscher gestattet es, beispielsweise die Wärme von einem ersten Fluid 8 auf ein zweites Fluid 9 unter Ausnutzung der guten Wärmeleiteigenschaften des Stoffes 23 zu übertragen, wobei das Fluid 8 die entsprechenden, aus dem einen dünnwandigen Schlauch gebildeten Lagen des Spulkörpers 4 beispielsweise in der in Fig. 20 dargestellten Weise durchströmt, in Fig. 25 ist dieser Strömungsweg schematisch als gestrichelte Linie angedeutet, während das zweite Fluid 9 einen hierzu spiegelbildlichen Strömungsweg nimmt, der in Fig. 25 durch die durchgezogene Linie angedeutet ist.

In Fig. 26 ist ein Spulkörper 4 mit an seinen beiden Stirnflächen angeordneten flanschartigen Ansätzen 7 dargestellt, wobei die flanschartigen Ansätze 7 (wie diejenigen der in den Figuren 12 bis 21 dargestellten Spulkörper 4) einen grösseren äusseren Umfang haben als der Spulkörper 4. Die flanschartigen Ansätze 7 und der Spulkörper 4 haben hierbei jedoch einen elliptischen Ringquerschnitt.

Fig. 27 zeigt, dass man einen Spulkörper 4 nicht nur an seinen Stirnseiten eingiessen und entsprechend aufschneiden kann wie oben beschrieben, sondern auch entlang einer oder mehrerer seiner Mantellinien. Bei der in Fig. 27 dargestellten Ausführungsform münden die dünnwandigen Schläuche demgemäss in zwei kreiszylinderförmig von einer beispielsweise aus Giessharze bestehenden Wandung umgebene Hohlräume 24 bzw. 25, die, wie bei den oben bereits beschriebenen Figuren erläutert, als Verteiler- bzw. Sammlerraum für das durch die dünnwandigen Schläuche strömende Fluid dienen.

Fig. 28 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man erhält, wenn man dünnwandige Schläuche auf einen Spulenträger 3 mit einem rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufwickelt.

Fig. 29 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man erhält, wenn man einen Spulkörper 4 gemäss Fig. 28 entlang zweier seiner Mantellinien wie in Fig. 27 bereits beschrieben, beispielsweise in Giessharz eingiesst und anschliessend in der berteits beschriebenen Art und Weise die Öffnungen der dünnwandigen Schläuche freilegt.

Fig. 30 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man ebenfalls aus dem in Fig. 28 dargestellten Spulkörper 4

herstellen kann, und Fig. 31 einen solchen, wie man ihn in gleicher Weise, wie in Fig. 27 beschrieben, aus einem Spulkörper 4 mit kreisförmigem Ringquerschnitt erhält.

Die in den Figuren 27 bis 31 dargestellten erfindungsgemässen Ausführungsformen eignen sich hervorragend zur Wärmeübertragung von einem flüssigen Medium auf ein gasförmiges (z.B. als Autokühler) oder umgekehrt, wobei das flüssige Medium zweckmässigerweise durch die dünnwandigen Schläuche strömt und das Gasförmige die dünnwandigen Schläuche umströmt.

Fig. 32 zeigt einen Querschnitt durch einen ringförmigen Wickelträger 31, wie er sich zur Herstellung eines scheibenförmigen Wickelkörpers aus dünnwandigen Schläuchen eignet.

Fig. 33 zeigt eine mögliche Anordnung der einzelnen Schlauchabschnitte beispielsweise eines endlos aufgewickelten dünnwandigen Schlauches auf dem ringförmigen Wickelträger 31. Die Schlauchabschnitte können hierbei in mehreren übereinanderliegenden sich jeweils mehrfach kreuzenden Lagen angeordnet sein. Durch Vergiessen des äusseren Teils des ringförmigen Wickelträgers 31 beispielsweise in eine härtbare Vergussmasse und anschliessendes Entfernen eines Teils des ringförmigen Vergussmassenansatzes bis in den Bereich der Umkehrteilstücke 32 der Schlauchabschnitte wird der zunächst endlose dünnwandige Schlauch 1 in eine Vielzahl gleichlanger in mehreren Lagen angeordneter und sich mehrfach kreuzender Schlauchabschnitte zerteilt und werden dabei an jeder Trennstelle die Öffnungen der einzelnen Schlauchabschnitte freigelegt. Der äussere Durchmesser des nicht abgearbeiteten Teils des ringförmigen Gussmassenansatzes ist also im allgemeinen gleich oder geringfügig kleiner als der äussere Durchmesser des ringförmigen Wickelträgers 31.

Fig. 34 zeigt in geschnittener Darstellungsweise die Draufsicht auf eine scheibenförmige Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers, bei welchem ein Wickelkörper 4 gemäss Fig. 33 verwendet wurde. Durch entsprechendes Anordnen der Eintrittsstutzen 11 und der Verteilerräume 16 sowie der Sammlerräume 17 und der Austrittsstutzen 12 für ein erstes Fluid 8 bzw. der Eintrittsstutzen 13 und der Verteilerräume 20 sowie der Sammlerräume 19 und der Austrittsstuzten 14 für ein zweites Fluid 9 erhält man einen Wärmeaustauscher mit insgesamt je zwei Einlassen und zwei Auslässen für die zwei Fluide 8 und 9. Dabei wird jeweils der durch den einen Einlass in den Wärmeaustauscher eintretende Fluidstrom geteilt, so dass jeweils nur die Hälfte eines jeden Teilstroms der Fluide 8 bzw. 9 die beiden jeweiligen mit dem entsprechenden Einlass in Verbindung stehenden Auslässe erreicht und sich dort mit einer der Hälfte des anderen Teilstroms der Fluide 8 bzw. 9 vereint. In Fig. 34 ist dieser Strömungsverlauf durch Pfeile und vier als dicke Linien ausgezogene Schlauchabschnitte veranschaulicht.

Fig. 35 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XXVI-XXVI durch Fig. 34. Zu erkennen sind der ringförmige Wickelträger 31, der ringförmige Ansatz 7 aus einer härtbaren Gussmasse, der Wickelkörper 4 sowie die beiden sich gegenüberliegenden Verteilerräume 16 für das erste Fluid 8.

Fig. 36 zeigt eine weitere Anordnungsmöglichkeit eines endlosen dünnwandigen Schlauches 1 auf einem ringförmigen Wickelträger 31 zur Herstellung eines Schlauchwickels für scheibenförmige Ausführungsformen des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers.

Fig. 37 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Wärmeaustauscher, bei welchem ein Wickelkörper gemäss Fig. 36 verwendet wurde. Die Öffnungen der einzelnen Schlauchlagen wurden hierbei, wie in Fig. 32 bis 35 bereits beschrieben, freigelegt. Bei dieser Ausführungsform tritt das erste Fluid 8 durch den Eintrittsstutzen 11 in den Verteilerraum 16, durchströmt anschliessend die dünnwandigen Schläuche des Wickelkörpers 4, tritt in den Sammelraum 17 und verlässt den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstutzen 12. Die übrigen Teile dieses Wärmeaustauschers entsprechen ihren Positionszahlen gemäss den beispielsweise in Fig. 34 beschriebenen Teilen.

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Ein an der Wärmeübertragung teilnehmendes beispielsweise zweites Fluid durchströmt den in Fig. 37 dargestellten Wärmeaustauscher in im wesentlichen axialer Richtung desselben.

Während sich der in Fig. 37 dargestellte Wärmeaustauscher somit also zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes eignet, können bei dem in Fig. 34 und 35 dargestellten Wärmeaustauscher insgesamt drei Medien an der Wärmeübertragung teilnehmen. Bei dem in Fig. 34 und 35 dargestellten Wärmeaustauscher könnte das dritte Medium beispielsweise ei: die Wärme gut leitender fester oder flüssiger Stoff sein, der die

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dünnen Schläuche von aussen umgibt, oder aber ein, den Wärmeaustauscher in seiner axialen Richtung durchströmendes, drittes Fluid.

Die Verwendung der in den Figuren 33 und 36 beispielhalber 5 beschriebenen scheibenförmigen Wickelkörper beschränkt sich nicht nur auf die Herstellung von im wesentlichen scheibenförmigen Wärmeaustauschern, sondern es ist erfindungsgemäss möglich, eine Vielzahl derartiger Wickelkörper übereinander anzuordnen und auf diese Weise eine beliebige Anzahl von Fluiden an

10 der Wärmeübertragung teilnehmen zu lassen.

M

8 Blatt Zeichnungen

Claims

645 973 PATENTANSPRÜCHE

1 .Wärmetauscher mit durch den Mantel von Schläuchen gebildeten Wärmeübertragungsflächen, dadurch gekennzeichnet,

dass die Schläuche (1) eine in Längs- und Umfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke von weniger als 15 % der grössten Aussenabmessung des Schlauchquerschnitts aufweisen, dass die Schläuche (1) aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren bestehen und dass die Schläuche (1) einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95 % ihres Gesamtquerschnitts und eine Bruchdehnung von weniger als 100 % aufweisen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schläuche (1) auf wenigstens einem Teil ihrer Länge in Form von Schlaufen angeordnet ist.

3. Wärmetauschernach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) in Form einer Wendel angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) in Form einer in einer Ebene liegenden Spirale angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) in mehreren Lagen angeordnet sind, wobei die Schläuche (1) jeder Lage die Schläuche (1) jeder der benachbarten Lagen gegebenenfalls mehrfach kreuzen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) in Form eines mehrlagigen Spulkörpers (4) angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) auf einem Spulträger (3) mit einem runden, elliptischen oder vieleckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) auf einem Spulenträger (3) mit einem rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) auf einem Spulenträger (3) mit einem entlang seiner Längsachse grösser oder kleiner werdenden Querschnitt angeordnet sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) in einem gewebten, gewirkten oder gestrickten Flächengebilde angeordnet sind.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens je einen Eintritt und mindestens je einen Austritt für mindestens drei an der Wärmeübertragung teilnehmenden Fluide.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedurchgangskoeffizient der Wandung der Schläuche (1) 1.500 bis 4.500 W/m2 K beträgt.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser der Schläuche (1) im Bereich von 0,04 bis 4mm liegt.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Schläuche (1) im Bereich von 5 bis 100 um liegt.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) aus zwei oder mehr unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

16. Wärmetauschernach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) porös sind.

17. Wärmetauscher nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Werkstoffe, aus denen die Schläuche (1) bestehen, porös ist.

18. Wärmetauschernach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (1) Füllmittel, Stabilisatoren, Additive oder Farbpigmente enthalten.