DE19810185C1 - Spiralwärmetauscher - Google Patents

Abstract

Der Spiralwärmetauscher (1) weist innerhalb eines Gehäuses (2) zwischen endseitigen Verteiler- und Sammelkammern (6, 8) zwei Spiralkanäle (18, 19) auf. Ein am radial inneren Ende verschlossener und am radial äußeren Ende in das Gehäuse (2) mündender erster Spiralkanal (18) für eine erstes Tauschermedium (7) formt zwei koaxial ausgerichtete Zentralkanäle (23, 24). An den Stirnseiten (27) ist dieser Spiralkanal (18) mit der Verteilerkammer (6) und der Sammelkammer (8) verbunden. Der zweite Spiralkanal (19) ist in der Mittelquerebene (MQE) des Gehäuses (2) getrennt. Die beiden Längenabschnitte (34, 35) sind am radial inneren Ende mit den Zentralkanälen (23, 24) und am radial äußeren Ende untereinander verbunden. Die Zentralkanäle (23, 24) dienen der Zuführung und Abführung des zweiten Tauschermediums (15). Die lichte radiale Weite (38) des zweiten Spiralkanals (19) ist durch Abstandselemente bestimmt. Diese erstrecken sich im zweiten Spiralkanal (19) in Wickelrichtung, so daß dort mehrere nebeneinanderliegende Kanalbereich gebildet werden, welche die Strömungsgeschindigkeiten bei erhöhter Turbulenz vergleichmäßigen.

Description

Der gattungsprägende Spiralwärmetauscher weist ein lang­ gestrecktes, umfangsseitig geschlossenes Gehäuse und stirnseitige hutförmige Kappen auf. Die Kappen können mit dem Gehäuse lösbar oder unlösbar verbunden sein.

In dem zylindrischen Gehäuse sind zwischen in den Kappen ausgebildeten Verteiler- und Sammelkammern für ein erstes Tauschermedium zwei Spiralkanäle mit mehreren Windungen angeordnet. Die Spiralkanäle sind durch das Wickeln von Bändern aus Stahlblech gebildet. Ein erster Spiralkanal ist am radial inneren Ende verschlossen und mündet mit seinem radial äußeren Ende benachbart der Innenwand des Gehäuses. Dieser erste Spiralkanal ist über offene Stirn­ seiten einerseits mit der Verteilerkammer und anderer­ seits mit der Sammelkammer medienleitend verbunden. Das erste Tauschermedium durchströmt also die Windungen des ersten Spiralkanals im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses.

Mit seiner inneren Windung formt der erste Spiralkanal zwei zueinander koaxial ausgerichtete, nahezu kreisrunde Zentralkanäle. Diese sind in der Mittelquerebene des Ge­ häuses quasi mediendicht voneinander getrennt. Die von­ einander abgewandten Enden der Zentralkanäle sind mit Zu- und Abströmkanälen mediumleitend verbunden, welche die Kappen und damit auch die Verteiler- und Sammelkammern in Längsrichtung durchsetzen.

Der das zweite Tauschermedium führende zweite Spiralkanal ist in der Mittelquerebene des Gehäuses in zwei koaxial hintereinander liegende Längenabschnitte weitgehend me­ diendicht aufgeteilt. Die Längenabschnitte sind an ihren einander abgewandten Stirnseiten gegenüber der Verteiler­ kammer sowie der Sammelkammer verschlossen. An ihren ra­ dial inneren Enden sind die Längenabschnitte jeweils mit einem der Zentralkanäle und über ihre äußeren Windungen untereinander mediumleitend verbunden.

Das erste Tauschermedium tritt über einen Querstutzen an einer Kappe in die Verteilerkammer ein und aus dieser axial in den ersten Spiralkanal über. Es durchströmt an­ schließend die Windungen des ersten Spiralkanals in des­ sen Längserstreckung, das heißt parallel zur Gehäuse­ achse. Am anderen Ende tritt das erste Tauschermedium di­ rekt aus allen Windungen in die Sammelkammer über und verlässt die von einer Kappe umschlossene Sammelkammer ebenfalls über einen Querstutzen an der Kappe.

Das zweite Tauschermedium gelangt über einen axialen Zu­ strömkanal in einen Zentralkanal und tritt aus diesem in das radial innere Ende des hiermit verbundenen Längenab­ schnitts des zweiten Spiralkanals über. Es durchströmt den Spiralkanal in dessen Windungen von innen nach außen und tritt in der äußeren Windung axial in den anderen Längenabschnitt über. Dann durchströmt es die Windungen dieses Längenabschnitts von außen nach innen und gelangt an dessen innerem Ende in den zweiten Zentralkanal, von dem aus es über einen axialen Abströmkanal den Spiralwär­ metauscher wieder verlässt.

Im Bereich der Spiralkanäle stehen mithin das erste Tau­ schermedium und das zweite Tauschermedium Wärme übertra­ gend in indirektem Kontakt.

Die lichte radiale Weite der Spiralkanäle wird durch aus den Bändern gedrückte punktuelle Vorsprünge bestimmt. Da diese aber nur unwesentliche Widerstände ermöglichen, er­ gibt sich in den beiden Längenabschnitten des zweiten Spiralkanals unter Berücksichtigung der Regeln der Strö­ mungslehre eine ungleiche Strömungsverteilung, und zwar sowohl beim Übertritt des zweiten Tauschermediums aus dem zuströmseitigen Zentralkanal in den damit verbundenen Längenabschnitt als auch beim Übertritt aus dem anderen Längenabschnitt in den abströmseitigen Zentralkanal. Eine aus der durch die einen nur geringen Widerstand bewirken­ den Vorsprünge resultierende geringe Turbulenz des zwei­ ten Tauschermediums im zweiten Spiralkanal einerseits so­ wie eine hieraus resultierende ungleiche Geschwindig­ keitsverteilung andererseits wirken sich indessen negativ auf den Wärmeübergang aus.

Der Verschluss am radial inneren Ende des ersten Spiral­ kanals, der Verschluss am radial äußeren Ende des zweiten Spiralkanals sowie die verschlossenen Stirnseiten des zweiten Spiralkanals können dadurch erzeugt werden, dass die Bandenden hinter den letzten punktuellen Vorsprüngen flach zusammengedrückt und anschließend stirnseitig ver­ schweißt werden. Bestehen die Bänder aus austenitischem Material, werden sie durch WIG-Schweißen miteinander ver­ bunden.

Durch das Zusammendrücken der Bänder werden enge Spalte gebildet, die bei Vorhandensein eines chloridhaltigen Me­ diums ein kritisches Spaltkorrosionspotential schaffen. Da zur Vermeidung von Anlauffarben (Beeinträchtigung der Oberflächenpassivität austenitischer Materialien) übli­ cherweise das WIG-Schweißen in Verbindung mit Formiergas zur Anwendung gelangt, kann selbst das hierbei einge­ setzte Formiergas (Argon oder CO₂) nur schlecht in die Spalte zwischen den zusammengedrückten Bändern dringen. Dieser Sachverhalt führt zu einem kritischen Lochkorro­ sionspotential. Unter kritisch wird in diesem Zusammen­ hang eine Korrosionsgefährdung verstanden, weil der Ab­ stand des Redoxpotentials zu den genannten Potentialen schrumpft.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Spiralwärmetauscher mit deutlich verbesserten Wärmeübergangs-Eigenschaften bei Minimierung der Korrosionsgefährdung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Danach kann die lichte radiale Weite in den Windungen des ersten Spiralkanals sowohl durch aus einem Band geprägte Wulste als auch durch quer zur Wickelrichtung verlaufende Drähte gebildet sein. Insbesondere der Einsatz von sich in Längsrichtung erstreckenden unregelmäßigen Distanz­ elementen erhöht die Widerstände bzw. Turbulenzen im er­ sten Spiralkanal und führt dadurch zu einem verbesserten Wärmetausch.

Von hoher Relevanz sind ferner die sich in den Längenab­ schnitten des zweiten Spiralkanals im wesentlichen paral­ lel zur vertikalen Mittelquerebene mit Abstand nebenein­ ander in Wickelrichtung erstreckenden Abstandselemente, welche im zweiten Spiralkanal dessen lichte radiale Weite bestimmen. Aufgrund dieser somit ebenfalls spiralförmigen Abstandselemente werden mehrere nebeneinander verlaufende Strömungskanäle in den Längenabschnitten des zweiten Spiralkanals geschaffen. Somit wird eine weitgehend gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung sowohl beim Über­ gang von dem einströmseitigen Zentralkanal in den zweiten Spiralkanal als auch beim Übergang von dem zweiten Spiralkanal in den ausströmseitigen Zentralkanal insbe­ sondere dann erreicht, wenn die Abstandselemente außerdem Turbulenzen erzeugen. Auf diese Weise wird eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs von dem ersten Tauscher­ medium auf das zweite Tauschermedium gewährleistet.

Bänder, Distanzelemente und Abstandselemente bestehen be­ vorzugt aus einem Wärme gut leitenden und in Bezug auf die unterschiedlichsten Medien resistenten Konstruk­ tionswerkstoff.

Nach Anspruch 2 können die Wulste in dem ersten Spiralka­ nal in an sich bekannter Weise nockenförmig aus einem Band geprägt sein. Sie können gleichmäßig oder ungleich­ mäßig auf dem Band konfiguriert sein. Es ist ferner eine einseitige oder zweiseitige Ausprägung möglich.

Denkbar ist gemäß Anspruch 3 aber auch eine durchgehende linienförmige Prägung der Wulste. Solche langgestreckten rückseitig kanalisierten Wulste verlaufen dann quer zur Wickelrichtung der Bänder.

Eine bevorzugte Variante wird in den Merkmalen des An­ spruchs 4 erblickt. Danach erstrecken sich Drähte quer zur Wickelrichtung durch den ersten Spiralkanal, und zwar entweder in geradliniger Anordnung oder vorzugsweise mit einem Wellen- bzw. zick-zack-förmigen Verlauf zwecks Er­ höhung der Turbulenz. Die Drähte haben bevorzugt einen runden Querschnitt, wobei der Durchmesser der lichten ra­ dialen Weite des ersten Spiralkanals entspricht. Die Drähte können lose zwischen die zu wickelnden Bänder ein­ gelegt werden, so dass beim Wickeln eine ungehinderte Re­ lativbewegung zwischen den Bändern und den Drähten statt­ finden kann. Bei austenitischen Materialien wird bevor­ zugt das WIG-Schweißverfahren unter Anwendung von For­ miergas benutzt. Eine zumindest abschnittsweise Festle­ gung kann aber auch vor oder während des Wickelns erfol­ gen.

Die in den Längenabschnitten des zweiten Spiralkanals an­ geordneten Abstandselemente können gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 aus Drähten mit einem geraden oder wel­ lenförmigen bzw. zick-zack-förmigen Verlauf gebildet sein. Auch diese Drähte haben bevorzugt einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser, welcher der lichten radialen Weite des zweiten Spiralkanals entspricht. Vor dem Wickeln werden hierbei die inneren Enden der Drähte festgelegt. Nach dem Schweißen erfolgt dann die Befesti­ gung der äußeren Enden.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 6 ist vorstell­ bar, dass die Abstandselemente aus wendelförmigen Drähten (Schraubenfedern) bestehen, deren Windungen schräg ge­ stellt sind. Auf diese Weise können sich die Windungen problemlos Dickenänderungen im Verlauf des zweiten Spi­ ralkanals anpassen. Auch Wärmedehnungen werden ohne wei­ teres aufgefangen. Die seitliche abstandsgerechte Fixie­ rung der aus wendelförmigen Drähten bestehenden Abstands­ elemente in den Spiralkanälen kann zweckmäßig durch soge­ nannte Knotendrähte erfolgen. Die Knoten der Knotendrähte können in die Abstandselemente eingepresst werden und sichern auf diese Weise problemlos die funktionsgerechte Lage der Abstandselemente in den Spiralkanälen.

Nach Anspruch 7 können die Abstandselemente aber auch streifenartig ausgebildet sein. Im Prinzip handelt es sich um dünne Flacheisen. Diese Flacheisen werden dann abschnittsweise tordiert, so dass sich um 90° zueinander verdrehte Längenabschnitte ergeben. Die Breite der Flach­ eisen entspricht zweckmäßig der lichten radialen Weite des zweiten Spiralkanals.

Denkbar ist es entsprechend Anspruch 8 ferner, dass die Abstandselemente durch Drähte mit bereichsweisen Abplat­ tungen gebildet sind.

Sowohl durch die Wellen- bzw. zick-zack-förmige Anordnung gemäß Anspruch 5. durch die wendelförmigen Drähte ent­ sprechend Anspruch 6, durch die tordierten Streifen des Anspruchs 7 als auch durch die Abplattungen nach Anspruch 8 werden im zweiten Tauschermedium ebenfalls Turbulenzen erzeugt, die den Wärmeübergang zwischen den beiden im Wärmetausch stehenden Medien deutlich verbessern und zu einer Vergleichmäßigung der Strömung führen.

Der Wärmeübergang kann durch Erzeugung von Schleppwirbeln noch mehr verbessert werden, wenn entsprechend Anspruch 9 die Abplattungen mit deltaförmigen Flügeln ausgestattet werden. Sie erstrecken sich in paarweiser V-förmig diver­ gierender Anordnung in Richtung der Strömung des zweiten Tauschermediums. Die Längskanten der Flügel steigen in Strömungsrichtung an.

Eine ebenfalls nicht nur Turbulenzen, sondern auch ge­ zielte Schleppwirbel erzeugende Ausführungsform wird in den Merkmalen des Anspruchs 10 erblickt. Danach sind die Abstandselemente streifenartig mit aus den Streifen quer herausgeformten deltaförmigen Flügeln gestaltet. Die Flü­ gel sind aus in der Breite dreieckig vergrößerten Längen­ abschnitten des Streifens gestanzt und abgebogen. Sie er­ strecken sich in Strömungsrichtung des zweiten Tauscher­ mediums V-förmig divergierend sowie mit ansteigenden lan­ gen Seitenkanten.

Die Abstandselemente können beim Wickeln der Bänder lose eingelegt werden, da beim Wickeln eine unbehinderte Rela­ tivbewegung zwischen den Bändern und den Abstandselemen­ ten stattfindet. Zweckmäßig ist aber eine örtliche Fixie­ rung mindestens am Wicklungsanfang. Dies vorzugsweise da­ durch, dass die Abstandselemente vor dem Wickeln an min­ destens einem Band durch Punktschweißungen festgelegt werden (Anspruch 11). Mehrere Punktschweißungen in Ab­ ständen sind dann möglich, wenn die Abstandselemente auf­ grund ihrer Gestaltung eine Dehnbarkeit in Längsrichtung aufweisen.

Vorstellbar ist es gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 ferner, dass die Abstandselemente durch an mindestens einem Band festgelegte Querdrähte zum Band relativverla­ gerbar gehalten sind. Hierzu können die z. B. runden Ab­ standselemente bereichsweise abgeplattet sein. Dann wer­ den die Querdrähte durch dünne Querstreifen ersetzt, die im Bereich der Abplattungen ausgewölbt und an die Abplat­ tungen gedrückt sind. Die Querdrähte umfassen die Ab­ standshalter bügelartig und erlauben eine Relativverla­ gerbarkeit. Ihr Querschnitt ist so bemessen, dass sie die Strömung des zweiten Tauschermediums nicht beein­ trächtigen. Sie können jedoch mit zur Erzeugung von Tur­ bulenzen zwecks Verbesserung des Wärmetauschs beitragen.

Spalt- und Lochkorrosionen können nach der Erfindung da­ durch vermieden werden, dass gemäß Anspruch 13 das radial innere Ende des ersten Spiralkanals sowie das radial äußere Ende des zweiten Spiralkanals durch mit den zur Wickelrichtung quer verlaufenden Bandendkanten ver­ schweißte Drähte aus einem Wärme gut leitenden und resi­ stenten Werkstoff verschlossen sind.

Drähte aus diesem Material werden auch zum Verschluss der einander abgewandten Stirnseiten der Längenabschnitte des zweiten Spiralkanals entsprechend Anspruch 14 herangezo­ gen. Folglich wird in diesen Bereichen ebenfalls Spalt- oder Lochkorrosion vermieden.

Die Trennung der beiden der Zu- bzw. Abführung des zwei­ ten Tauschermediums dienenden Zentralkanäle erfolgt gemäß Anspruch 15 in der Mittelquerebene des Gehäuses durch eine dort eingebrachte Trennwand. Diese kann aus einem geeigneten Kunststoff oder aus austenitischem Stahl mit Dichtungseinlage bestehen.

Die Längenabschnitte des zweiten Spiralkanals werden ge­ mäß Anspruch 16 ebenfalls in der Mittelquerebene des Ge­ häuses durch einen dort sich erstreckenden und beim Wickeln mit eingebrachten Kunststoffschlauch voneinander mediendicht getrennt. Dieser Kunststoffschlauch kann mit der die Zentralkanäle voneinander abschottenden Trennwand verbunden sein. Dazu kann die Trennwand zwei mit dem Kunststoffschlauch verbindbare Finger aufweisen, die in das radial innere Ende des zweiten Spiralkanals fassen.

Letztlich besteht eine Weiterbildung der Erfindung noch darin, dass entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 17 die Zuström- und Abströmkanäle für das zweite Tauscherme­ dium durch die Verteilerkammer und die Sammelkammer in Längsrichtung durchsetzende Rohre, insbesondere aus au­ stenitischem Stahl, gebildet sind, welche gegenüber der radial inneren Windung des ersten Spiralkanals durch ein­ geschweißte Endscheiben, insbesondere aus austenitischem Stahl, distanziert sind. Diese Endscheiben können eben­ falls am äußeren Umfang sich in Umfangsrichtung er­ streckende Finger aufweisen, die in den zweiten Spiral­ kanal fassen und dort mit den hier eingeschweißten Dräh­ ten mediendicht verschweißt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Spiralwärmetauscher im schematischen vertikalen Längsschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Spiralwärmetau­ scher der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 in der Perspektive einen Montagezustand der Spiralkanäle des Spiralwärmetauschers der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 im vertikalen Längsschnitt eine Festlegung der Abstandselemente im zweiten Spiralkanal des Spiralwärmetauschers;

Fig. 5 im vertikalen Längsschnitt eine Festlegung der Abstandselemente im zweiten Spiralkanal des Spiralwärmetauschers gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 6 im perspektivischer Darstellung eine Drauf­ sicht auf die Darstellung der Fig. 5 gemäß dem Pfeil VI;

Fig. 7 bis 10 in der Perspektive Längenabschnitte von Ab­ standselementen gemäß weiteren Ausführungs­ formen und

Fig. 11 in vergrößerter Darstellung einen Längenab­ schnitt des Abstandselements gemäß Fig. 10 in drei verschiedenen Verformungsstufen.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein Spiralwärmetauscher bezeichnet, in welchem zwei Tauschermedien 7, 15 in einen Wärme indirekt übertragenden Kontakt gebracht werden.

Der Spiralwärmetauscher 1 umfasst ein langgestrecktes zy­ lindrisches Gehäuse 2 mit einem rohrförmigen Zentralbe­ reich 3 und hutartigen Kappen 4, 5. Die Kappen 4, 5 sind mit dem Zentralbereich 3 lösbar verbunden. In der einen Kappe 4 ist eine Verteilerkammer 6 für ein erstes Tau­ schermedium 7 und in der anderen Kappe 5 eine Sammelkam­ mer 8 für das erste Tauschermedium 7 ausgebildet. Beide Kappen 4, 5 sind mit radialen Stutzen 9, 10 für die Zuführung und Abführung des ersten Tauschermediums 7 ver­ sehen.

Desweiteren lässt die Fig. 1 erkennen, dass die Kappen 4, 5 von Zuström- und Abströmkanälen 11, 12 in Rohren 13, 14 axial durchsetzt sind, welche der Zuführung und Abfüh­ rung eines zweiten Tauschermediums 15 dienen. Die Rohre 13, 14 sind gegenüber der Verteilerkammer 6 und der Sam­ melkammer 8 abgedichtet.

Zwischen der Verteilerkammer 6 und der Sammelkammer 8 er­ strecken sich zwei durch mit radialem Abstand zueinander gewickelte Bänder 16, 17 aus Stahlblech gebildete Spi­ ralkanäle 18, 19 mit jeweils mehreren Windungen. Die Bän­ der 16, 17 bestehen aus austenitischem Material.

Ein erster Spiralkanal 18 ist am radial inneren Ende 20 verschlossen und mündet am radial äußeren Ende 21 in das Gehäuse 2. Er begrenzt mit seiner inneren Windung 22 zwei koaxial zueinander ausgerichtete Zentralkanäle 23, 24, die in der vertikalen Mittelquerebene MQE des Spiralwär­ metauschers 1 durch eine Trennwand 25 aus Kunststoff ge­ geneinander und an den einander abgewandten Stirnseiten durch Endscheiben 26 gegenüber der Verteilerkammer 6 bzw. der Sammelkammer 8 mediendicht abgeschlossen sind. Sie stehen jedoch medienleitend mit dem Zuströmkanal 11 bzw. mit dem Abströmkanal 12 in Verbindung.

Der am radial inneren Ende 20 verschlossene und am radial äußeren Ende 21 offene erste Spiralkanal 18 ist an seinen Stirnseiten 27 offen und steht dadurch mediumleitend einerseits mit der Verteilerkammer 6 und andererseits mit der Sammelkammer 8 in Verbindung. Dadurch kann das erste Tauschermedium 7 im wesentlichen parallel zur Längsachse 28 des Gehäuses 2 aus der Verteilerkammer 6 über den er­ sten Spiralkanal 18 in die Sammelkammer 8 gelangen.

Die lichte radiale Weite 29 des ersten Spiralkanals 18 kann durch aus einem Band 16 oder 17 geprägte Wulste 30 gebildet sein (Fig. 2). Diese Wulste 30 können nockenförmig oder linienförmig aus dem Band 16 oder 17 geprägt sein. Desweiteren kann die lichte radiale Weite 29 gemäß Fig. 3 auch durch sich in Längsrichtung des er­ sten Spiralkanals 18 erstreckende Drähte 31, 32 gebildet sein, die einen geradlinigen Verlauf (Draht 31) oder einen Wellen- bzw. zick-zackförmigen Verlauf (Draht 32) haben. Die Drähte 31, 32 sind an den Stirnseiten 27 des ersten Spiralkanals 18 durch Schweißung festgelegt.

Der zweite Spiralkanal 19 ist in der Mittelquerebene MQE des Gehäuses 2 durch einen Kunststoffschlauch 33 in zwei Längenabschnitte 34, 35 quasi mediendicht getrennt (Fig. 1). Der mit dem Zuströmkanal 11 verbundene zuströmseitige Zentralkanal 23 steht mit dem radial inneren Ende 36 des Längenabschnitts 34 in Verbindung, während das radial in­ nere Ende 36 des anderen Längenabschnitts 35 mit dem Zen­ tralkanal 24 mediumleitend in Verbindung steht, der an den Abströmkanal 12 angeschlossen ist. Im Bereich der äußeren Windung 37 sind beide Längenabschnitte 34, 35 des zweiten Spiralkanals 19 medienleitend miteinander verbun­ den. Dies ist in der Fig. 1 mit der wendelförmigen Pfeillinie PFL für das zweite Tauschermedium 15 veran­ schaulicht.

Die lichte radiale Weite 38 des zweiten Spiralkanals 19 wird durch mehrere im Abstand A nebeneinander angeord­ nete, sich in Wickelrichtung und über die Wickellänge er­ streckende Abstandselemente 39 bestimmt. Zugleich werden durch die Abstandselemente 39 parallel nebeneinander sich erstreckende spiralförmige Strömungskanäle gebildet.

In den Fig. 1 und 3 sind die Abstandselemente 39 als kreisrunde Drähte veranschaulicht, die sich jeweils in Querebenen QE parallel zur Mittelquerebene MQE er­ strecken.

Die Fig. 3 zeigt ferner eine Ausführungsform, bei wel­ cher die Abstandselemente 39a durch wellenförmig verlau­ fende Drähte gebildet sind.

Eine dritte Ausführungsform ist in der Fig. 7 darge­ stellt. Danach sind die Abstandselemente 39b streifenar­ tig ausgebildet. Sie besitzen durch Torsion mehrere je­ weils um 90° zueinander verdrehte Längenabschnitte 40. Die Breite B der Abstandselemente 39b entspricht der lichten radialen Weite 38 des zweiten Spiralkanals 19.

Eine vierte Ausführungsform zeigt die Fig. 8. Danach sind die Abstandselemente 39c durch Drähte gebildet, die bereichsweise Abplattungen 41 aufweisen. Aus diesen Ab­ plattungen 41 können paarweise V-förmig einander zugeord­ nete deltaförmige Flügel 42 herausgeformt sein. Die lan­ gen Kanten 43 der Flügel 42 steigen in Strömungsrichtung des zweiten Tauschermediums 15 an.

In der Fig. 9 ist eine Ausführungsform von Abstandsele­ menten 39d veranschaulicht, bei welcher diese zunächst wieder streifenartig mit quer herausgeformten paarweise V-förmig einander zugeordneten deltaförmigen Flügeln 44 gestaltet sind. Diese Flügel 44 sind aus dreieckigen Ver­ breiterungen 45 der Streifen 46 gestanzt und abgebogen. Auch hierbei steigen die Längskanten 47 der Flügel 44 in Strömungsrichtung des zweiten Tauschermediums 15 an.

Die Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Abstands­ elements 39e in Form eines gewendelten Drahts, bei wel­ chem die Windungen 57 schräg gestellt sind. Aufgrund die­ ser Schrägstellung kann sich das Abstandselement 39e ge­ mäß Fig. 11 verschiedenen lichten radialen Weiten 38 des zweiten Spiralkanals 19 anpassen.

Die Abstandselemente 39, 39a-e können in den zweiten Spi­ ralkanal 19 beim Wickeln lose eingelegt und nur an den Enden verschweißt sein. Vorstellbar ist es aber auch, dass die Abstandselemente 39, 39a-e durch Punktschweißun­ gen an mindestens einem Band 16 oder 17 festgelegt sind.

In der Fig. 4 ist eine Lagefixierung der Abstandsele­ mente 39 veranschaulicht, bei welcher diese durch an min­ destens einem Band 16 festgelegte bügelförmig konfigu­ rierte Querdrähte 48 zum Band 16 relativ verlagerbar ge­ halten sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen aus ihrer Längserstreckung heraus gewölbte Querstreifen 58, die sich gegen Abplat­ tungen 56 der Abstandselemente 39 oder 39a legen.

Das radial innere Ende 20 des ersten Spiralkanals 18 so­ wie das radial äußere Ende 49 des zweiten Spiralkanals 19 sind durch mit den Bandendkanten verschweißte Drähte 50 verschlossen (Fig. 2). Die einander abgewandten Stirn­ seiten 51 der Längenabschnitte 34, 35 des zweiten Spiral­ kanals 19 sind durch mit den Randkanten der Bänder 16, 17 verschweißte Drähte 52 verschlossen (Fig. 1 und 3). Diese Drähte 52 sind dann mit den Endscheiben 26 ver­ schweißt, welche zwischen die die Zuström- und Ab­ strömkanäle 11, 12 bildenden Rohre 13, 14 und die radial innere Windung 22 des ersten Spiralkanals 18 eingesetzt sind. Zu diesem Zweck weisen die Endscheiben 26 in das radial innere Ende 36 des zweiten Spiralkanals 19 fas­ sende Zungen 53 auf.

Wie die Fig. 3 ferner erkennen lässt, besitzt auch die mittlere Trennwand 25 zwischen den beiden Zentralkanälen 23, 24 in das radial innere Ende 36 des zweiten Spiralka­ nals 19 fassende Zungen 54, die mit dem Kunststoff­ schlauch 33 dicht verbunden sind. Die Trennwand 25 ist umfangsseitig gegen die innere Windung 22 des ersten Spi­ ralkanals 18 durch eine Dichtung 55 abgedichtet (Fig. 1).

Bezugszeichenliste

1

- Spiralwärmetauscher

2

- Gehäuse v.

1

3

- Zentralbereich v.

2

4

- Kappe v.

2

5

- Kappe v.

2

6

- Verteilerkammer

7

- erstes Tauschermedium

8

- Sammelkammer

9

- Stutzen an

4

10

- Stutzen an

5

11

- Zuströmkanal in

13

12

- Zuströmkanal in

14

13

- Rohr

14

- Rohr

15

- zweites Tauschermedium

16

- Band

17

- Band

18

- erster Spiralkanal

19

- zweiter Spiralkanal

20

- radial inneres Ende v.

18

21

- radial äußeres Ende v.

18

22

- innere Windung v.

18

23

- Zentralkanal

24

- Zentralkanal

25

- Trennwand

26

- Endscheiben v.

23

,

24

27

- Stirnseiten v.

18

28

- Längsachse v.

2

29

- lichte radiale Weite v.

18

30

- Wulste

31

- Drähte

32

- Drähte

33

- Kunststoffschlauch

34

- Längenabschnitt v.

19

35

- Längenabschnitt v.

19

36

- radial inneres Ende v.

19

37

- äußere Windung v.

19

38

- lichte radiale Weite v.

19

39

- Abstandselemente

39

a- Abstandselemente

39

b- Abstandselemente

39

c- Abstandselemente

39

d- Abstandselemente

39

e- Abstandselemente

40

- Längenabschnitte v.

39

b

41

- Abplattungen

42

- Flügel aus

41

43

- lange Kanten v.

42

44

- Flügel

45

- Verbreiterungen v.

46

46

- Streifen

47

- Längskanten v.

44

48

- Querdrähte

48

a- Querdrähte

49

- radial äußeres Ende v.

19

50

- Drähte f.

20

u.

49

51

- Stirnseiten v.

19

52

- Drähte an

51

53

- Zungen an

26

54

- Zungen an

25

55

- Dichtung an

25

56

- Abplattungen an

39

57

- Windungen v.

39

e

58

- Querstreifen
A- Abstand v.

39

B- Breite v.

39

b
MQE- Mittelquerebene
PFL- Pfeillinie
QE- Querebenen

Claims (17)

1. Spiralwärmetauscher, der innerhalb eines langge­ streckten Gehäuses (2) zwischen endseitigen Vertei­ ler- und Sammelkammern (6, 8) für ein erstes Tau­ schermedium (7) zwei durch mit radialem Abstand zu­ einander gewickelte Bänder (16, 17) gebildete Spi­ ralkanäle (18, 19) mit jeweils mehreren Windungen aufweist, von denen ein am radial inneren Ende (20) verschlossener und am radial äußeren Ende (21) in das Innere des Gehäuses (2) mündender, mit seiner inneren Windung (22) zwei koaxial zueinander ausgerichtete Zentralkanäle (23, 24) formender erster Spiralkanal (18) an seinen Stirnseiten (27) einerseits mit der Verteilerkammer (6) und andererseits mit der Sammel­ kammer (8) mediumleitend verbunden ist, während der zweite Spiralkanal (19) in der Mittelquerebene (MQE) des Gehäuses (2) in zwei hintereinander liegende Län­ genabschnitte (34, 35) mediendicht getrennt ist, die an ihren einander abgewandten Stirnseiten (51) gegen­ über der Verteilerkammer (6) bzw. der Sammelkammer (8) verschlossen und an ihren radial inneren Enden (36) mit den beiden an Zuström- und Abströmkanäle (11, 12) für ein zweites Tauschermedium (15) ange­ schlossenen Zentralkanälen (23, 24) sowie an ihren radial äußeren Enden (37) untereinander mediumleitend verbunden sind, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die lichte radiale Weite (29) des ersten Spiralkanals (18) durch aus mindestens einem Band (16, 17) geprägte Wulste (30) oder durch quer zur Wickelrichtung verlaufende Drähte (31, 32) und die lichte radiale Weite (38) des zweiten Spiral­ kanals (19) in beiden Längenabschnitten (34, 35) durch mehrere im Abstand (A) nebeneinander angeord­ nete, sich in Wickelrichtung über die Wickellänge er­ streckende Abstandselemente (39, 39a-e) bestimmt ist.

2. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wulste (30) nockenförmig aus einem Band (16, 17) geprägt sind.

3. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wulste (30) li­ nienförmig aus einem Band (16, 17) geprägt sind und sich quer zur Wickelrichtung erstrecken.

4. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (31, 32) sich geradlinig durch den ersten Spiralkanal (18) er­ strecken oder einen Wellen- bzw. zick-zack-förmigen Verlauf aufweisen.

5. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39, 39a) aus geraden, wellen- oder zick-zack-förmigen Drähten gebildet sind.

6. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39e) aus wendelförmigen Drähten be­ stehen, deren Windungen (57) schräg gestellt sind.

7. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39b) streifenartig ausgebildet sind und mehrere um jeweils 90° zueinander verdrehte Län­ genabschnitte (40) aufweisen.

8. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39c) durch Drähte gebildet sind, die bereichsweise Abplattungen (41) aufweisen.

9. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Abplattun­ gen (41) paarweise V-förmig zueinander angeordnete deltaförmige Flügel (42) herausgeformt sind.

10. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39d) streifenartig mit quer heraus­ geformten, paarweise V-förmig einander zugeordneten deltaförmigen Flügeln (44) gestaltet sind.

11. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39, 39a-e) durch Punkt­ schweißungen an mindestens einem Band (16, 17) fest­ gelegt sind.

12. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (39, 39a-e) durch an mindestens einem Band (16, 17) festgelegte Querdrähte (48) oder Querstreifen (58) zum Band (16, 17) relativ verlager­ bar gehalten sind.

13. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Ende (20) des ersten Spiralkanals (18) sowie das radial äußere Ende (49) des zweiten Spiralkanals (19) durch mit den Bandendkanten ver­ schweißte Drähte (50) verschlossen sind.

14. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einander abgewandten Stirnseiten (51) der Längen­ abschnitte (34, 35) des zweiten Spiralkanals (19) durch mit den Randkanten der Bänder (16, 17) ver­ schweißte Drähte (52) verschlossen sind.

15. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralkanäle (23, 24) durch eine in der Mittel­ querebene (MQE) liegende Trennwand (25) voneinander abgeschottet sind.

16. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenabschnitte (34, 35) des zweiten Spiralka­ nals (19) durch einen sich in der Mittelquerebene (MQE) erstreckenden Kunststoffschlauch (33) voneinan­ der mediendicht getrennt sind.

17. Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuström- und Abströmkanäle (11, 12) in die Ver­ teilerkammer (6) und die Sammelkammer (8) in Längs­ richtung durchsetzenden Rohren (13, 14) ausgebildet sind, welche gegenüber der radial inneren Windung (22) des ersten Spiralkanals (18) durch einge­ schweißte Endscheiben (26) distanziert sind.