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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit
einem äußeren Rohr
und einem inneren Rohr, zwischen welchen durch eine Trennwand ein
spiralförmiger
Kanal für
ein Wärmeträgermedium
gebildet ist. Ein derartiger Wärmetaucher
ist beispielsweise aus der
DE
20 48 474 C3 bekannt.
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Ein
aus der GB 145 025 A bekannter Wärmetauscher
für eine
Kühlvorrichtung
weist eine rotierbare Trommel sowie einen konzentrisch in dieser
angeordneten Hohlkörper
auf, wobei durch spiralförmige Rippen
zwischen dem Hohlkörper
und der Trommel ein helixförmiger
Kanal für
eine Kühlflüssigkeit
gebildet ist. Die Rippen sind hierbei an die Außenseite des Hohlkörpers und/oder
an die Innenseite der Trommel angeformt. Insbesondere bei größeren Trommeldurchmessern
bedingt dieser Aufbau eine sehr aufwändige Teilefertigung.
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Aus
der
US 3 080 150 A ist
ein im Wesentlichen zylinderförmiger
Wärmetauscher
mit einem spiralförmigen
Kühlmittelkanal
bekannt, welcher Trennwände
aus Gummi oder einem gummiähnlichen
Material aufweist. Dieser Aufbau soll insbesondere eine leichte
Demontage des Wärmetauschers,
beispielsweise zu Reinigungszwecken, ermöglichen. Nachteilig ist jedoch,
dass sich Gummi oder gummiartiges Material während des Gebrauchs infolge
chemischer und thermischer Reaktionen verändert, wenn es Medien, wie
beispielsweise Öl,
ausgesetzt ist.
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Um
der bei Wärmetauschern
nach der
US 3 080 150
A auftretenden Korrosionsproblematik zu begegnen, weist
ein aus der
DE 20 48
474 C3 bekannter Wärmetauscher
mit einem ebenfalls spiralförmigen
Kühlmittelkanal
eine diesen begrenzende Trennwand auf, welche mehrteilig aufgebaut
ist. Hierbei ist an einem biegsamen, federnden Material, beispielsweise
aus Metall, eine Trennwand, insbesondere aus einem starren oder
halbstarren Plastikmaterial, beispielsweise Polytetrafluorethylen,
befestigt. Der mehrteilige Aufbau der Trennwand soll der dauer haften
Abdichtung des spiralförmigen
Kanals dienen, wobei im Fall eines Verschleißes des Trennblatts dessen
Austausch vorgesehen sein kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einen spiralförmigen Kanal
für ein
Wärmeträgermedium
aufweisenden Wärmetauscher
anzugeben, welcher sich bei einfachem Aufbau durch eine besonders
zuverlässige
Funktion auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei ist zwischen der Außenwand
eines inneren Rohres und der Innenwand eines äußeren Rohres ein Ringraum gebildet,
in welchem mittels einer spiralförmigen
Trennwand ein entsprechend spiralförmiger Kanal für ein Wärmeträgermedium
gebildet ist. Das Wärmeträgermedium
kann gasförmig oder
flüssig
sein und zur Beheizung und/oder Kühlung dienen. Ebenso kann eine
Verdampfung oder Kondensation des Wärmeträgermediums im spiralförmigen Kanal
vorgesehen sein. Die den spiralförmigen
Kanal begrenzende Trennwand zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr
ist aus einem Draht mit zumindest annähernd rechteckigem Querschnitt gebildet,
dessen Höhen-Breiten-Verhältnis nicht mehr
als vier, insbesondere nicht mehr als zwei beträgt. Vorzugsweise ist der Querschnitt
des die Trennwand bildenden Drahtes zumindest annähernd quadratisch.
Die Verwendung des auch als Stabstahl bezeichneten Drahtes, vorzugsweise
aus einem nicht rostenden Stahl, ermöglicht eine besonders rationelle
Herstellung des Wärmetauschers.
Durch den Verzicht auf Elastomermaterialien ist des Weiteren eine
sehr hohe Verschleißbeständigkeit
der Trennwand gegeben.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass das in einem Ringraum zwischen einem inneren und einem äußeren Rohr
eines Wärmetauschers
geführte
Wärmeträgermedium
zur Erzielung einer hohen Wärmeübertragungsleistung
auf einem langen Weg mit hoher Strömungsgeschwindigkeit geführt werden
sollte. Dies ist bei einem spiralförmigen Kanal der Fall, wobei
zwischen den einzelnen Windungen des spiralförmigen Kanals zumindest ein
geringfügiger
Druckabfall im Wärmeträgermedium
auftritt. Dichtet die Trennwand zwischen den beiden Rohren nicht
vollkommen ab, so fließt
daher ein Teilstrom des Wärmeträgermediums
quasi als Bypass-Strom im Wesentlichen quer zu den Trennwänden in
Axialrichtung der Rohre. Durch eine besonders wirksame Abdichtung
der den spiralförmigen
Kanal bildenden Trennwand an der Außenseite des inneren Rohres sowie
an der Innenseite des äußeren Rohres
könnte versucht
werden, diesen Quer- oder Bypass-Strom zu vermeiden. Nach dem Stand
der Technik werden zu diesem Zweck, wie aus der
US 3 080 150 A sowie aus
der
DE 20 48 474 C3 bekannt,
spezielle Dichtelemente eingesetzt.
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Im
Fall einer nicht vollständig
abdichtenden Trennwand trifft der durch die Trennwand fließende Querstrom
des Wärmeträgermediums
im an die Trennwand anschließenden
Abschnitt des spiralförmigen
Kanals auf den im Wesentlichen in Tangentialrichtung der Rohre fließenden Hauptstrom
des Wärmeträgermediums.
Die Strömungsrichtung
des Querstroms ist dabei zur Strömungsrichtung
des Hauptstroms im Wesentlichen orthogonal. Das Mischen des Querstroms
mit dem Hauptstrom ist aus verfahrenstechnischen Gesichtspunkten
unkritisch, da es sich in beiden Fällen um das gleiche Medium
handelt. Hinzu kommt, dass durch die Zumischung des Querstroms zum
Hauptstrom dieser eine zusätzliche
Verwirbelung erfährt,
welche eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung
zwischen dem spiralförmigen
Kanal und den Volumina außenseitig
des äußeren Rohres
und/oder innenseitig des inneren Rohres begünstigt. Die Erfindung berücksichtigt
daher die Erkenntnis, dass ein senkrecht zur Trennwand fließender Querstrom
des Wärmeträgermediums,
sofern er im Verhältnis
zum im spiralförmigen
Kanal fließenden
Hauptstrom nicht zu groß ist,
einen positiven Beitrag zur Wärmeübertragungsleistung
des Wärmetauschers
leisten kann. Die aus einem Vierkantdraht gebildete Trennwand zwischen
dem inneren und dem äußeren Rohr
dichtet daher den spiralförmigen Kanal
für das
Wärmeträgermedium
vorzugsweise nicht hermetisch ab. Bevorzugt ist die Trennwand lediglich
an einzelnen Befestigungsstellen mit dem inneren Rohr stoffschlüssig verbunden,
insbesondere verschweißt.
Eine Demontage, etwa zu Wartungszwecken, des eine dauerhaft korrosionsbeständige Trennwand
aufweisenden Wärmetauschers
ist in der Regel nicht vorgesehen. Sofern jedoch eine Demontagemöglichkeit
gegeben ist, womit der Vorteil einer einfachen Reinigung des Wärmetauschers
verbunden ist, ist bevorzugt stirnseitig der koaxialen Rohre ein
Flansch aufgeschraubt, welcher das Herausziehen des inneren Rohres
aus dem äußeren Rohr
ermöglicht.
Ein stabiler Sitz des äußeren Rohres
auf dem inneren Rohr ist vorzugsweise dadurch erreicht, dass das äußere Rohr
auf das – in
diesem Fall nicht zur Demontage vorgesehene – innere Rohr einschließlich der
Trennwand aufgeschrumpft ist.
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Der
Wärmetauscher
kann entweder als rotierendes Bauteil oder als feststehendes Bauteil
ausgebildet sein. Sofern keine Rotation des Wärmetauschers vorgesehen ist,
sind die Anschlussöffnungen des
spiralförmigen
Kanals in fertigungtechnisch einfacher und strömungstechnisch günstiger
Weise vorzugsweise im äußeren Rohr
angeordnet. Alternativ ist jedoch auch eine Zu- und/oder Abführung des Wärmeträgermediums
im Bereich der Symmetrieachse des Wärmetauschers möglich.
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Die
Abdichtung des spiralförmigen
Kanals in Axialrichtung des Wärmetauschers
ist vorzugsweise gebildet durch einen zwischen den Rohren angeordneten
Dichtring, dessen Querschnitt zumindest annähernd dem Querschnitt der Trennwand
entspricht. Im Gegensatz zur Trennwand ist der Dichtring vorzugsweise
auf dessen gesamter Länge
mit den Rohren stofflich verbunden, insbesondere verschweißt.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung ist der spiralförmige Kanal in Axialrichtung
der Rohre, d.h. in Axialrichtung des gesamten Wärmetauschers, in mehrere Teilräume unterteilt.
Die Unterteilung des spiralförmigen
Kanals in mehrere Abschnitte kann beispielsweise dem Zweck dienen,
den Druckverlust eines zähen
Wärmeträgermediums
zu begrenzen. Unabhängig
hiervon kann durch die Aufteilung des spiralförmigen Kanals in mehrere Teilräume ein
besonders gleichmäßiges Temperaturniveau
eingestellt werden. Falls in zwei Teilräumen das gleiche Wärmeträgermedium
fließt,
weisen die Teilräume
bevorzugt einen gemeinsamen Anschluss, entweder eine Wärmeträgereinlass-
oder eine Wärmeträgerauslassöff nung,
auf. Durch die damit gegebene Minimierung der Anschlussöffnungen
sind gegebenenfalls auch Isolierarbeiten am Wärmetauscher rationeller durchführbar.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere spiralförmige Kanäle ineinander geschachtelt,
insbesondere konzentrisch angeordnet. Die einzelnen Kanäle können hierbei
zur Durchleitung des gleichen Wärmeträgermediums
oder verschiedener Wärmeträgermedien
vorgesehen sein. Des Weiteren besteht sowohl die Möglichkeit,
dass die einzelnen spiralförmigen
Kanäle
einem einzigen Wärmetauscher
zugehörig
sind, als auch die Möglichkeit,
dass vollständige
Wärmetauscher,
vorzugsweise koaxial, ineinander geschachtelt sind. Im letztgenannten
Fall grenzen die Wärmetauscher
bevorzugt an einen gemeinsamen Strömungsraum, welcher beispielsweise
von einem gasförmigen
Medium durchströmt
ist. Hierbei ist die zylinderförmige
Außenwandung
eines inneren Wärmetauschers
bevorzugt von der ebenfalls zylinderförmigen Innenwandung eines äußeren Wärmetauschers
beabstandet, so dass insgesamt bei kompaktem Aufbau eine große Wärmeübertragungsfläche gegeben
ist.
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Zur
Erzielung oder Intensivierung einer turbulenten Strömung im
spiralförmigen
Kanal sind in diesem vorzugsweise Strömungsleitelemente, beispielsweise
in Form von Querleisten, angeordnet. Die Strömungsleitelemente sind hierbei
von der den spiralförmigen
Kanal begrenzenden Trennwand bevorzugt zumindest geringfügig beabstandet,
um Totzonen innerhalb des Strömungskanals
zu vermeiden.
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Der
spiralförmige
Kanal des Wärmetauschers
kann sowohl zur Durchleitung eines reinen Stoffes als auch zur Durchleitung
eines Stoffgemisches vorgesehen sein. Ein Bestandteil des Stoffgemisches
kann hierbei ein nicht löslicher
Stoff, insbesondere Öl,
sein. Weist dieser Stoff eine höhere
Dichte als die übrigen
Bestandteile des Stoffgemisches auf, so kann ein kontinuierliches
oder diskontinuierliches Ablassen des Stoffes gewünscht oder
für den dauerhaften
Betrieb erforderlich sein. Um dies zu erleichtern, weist die Trennwand
vorzugsweise eine Öldurchlasssnut
auf, welche eine Durchströmung
des zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr gebildeten Ringraums
in Axialrichtung des Wärmetauschers
ermöglicht.
Sofern durch diese Öldurchlasssnut
auch ein kleiner Teil des eigentlichen Wärmeträgermediums strömt, ist
dies, wie oben näher
erläutert,
der Wärmeübertragungsleistung
des Wärmetauschers
aufgrund der damit erzeugten Durchmischungs- und Verwirbelungseffekte
zumindest nicht abträglich.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch die Ausbildung
eines spiralförmigen
Kanals in einem Wärmetauscher
mittels einer nicht hermetisch dichten Trennwand bei sehr einfacher
Konstruktion unter Vermeidung korrosions- oder verschleißanfälliger Dichtelemente innerhalb
eines weiten nutzbaren Temperaturspektrums eine hohe Wärmeübertragungsleistung
gegeben ist.
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Nachfolgend
werden mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1a–d ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Wärmetauschers,
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2a–d ein
zweites Ausführungsbeispiel eines
Wärmetauschers,
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3a–e ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Wärmetauschers,
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4 ein viertes Beispiel eines
Wärmetauschers,
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5 ausschnittsweise einen
Kanal eines Wärmetauschers
mit Strömungsleitelementen,
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6 ausschnittsweise einen
Kanal eines Wärmetauschers
ohne Strömungsleitelemente,
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7 ausschnittsweise die Verbindung
eines inneren Rohres mit zwei äußeren Rohrabschnitten
eines Wärmetauschers,
und
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8a,b einen
Wärmetauscher
mit einer Öldurchlassnut.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Ein
in den 1a–d in verschiedenen schematischen
Ansichten und Schnitten dargestellter Wärmetauscher 1 weist
ein äußeres Rohr 2 auf,
in welchem konzen trisch ein inneres Rohr 3 angeordnet ist.
Zwischen den Rohren 2,3 aus Metall, insbesondere
Chromnickelstahl, ist ein Ringraum 4 gebildet, in welchem
mittels einer helixförmigen
Trennwand 5 ein spiralförmiger
Kanal 6 für
ein Wärmeträgermedium gebildet
ist. In kältetechnischen
Anwendungen ist das Wärmeträgermedium
beispielsweise Gykol oder eine Sole und kühlt ein im Innenraum 7 des
inneren Rohres 3 befindliches Gut. Außerhalb des äußeren Rohres 2 ist
der Wärmetauscher 1 mit
einer nicht dargestellten Isolierung versehen. Zur Zu- und Ableitung des
Wärmeträgermediums
in den bzw. aus dem spiralförmigen
Kanal 6 ist eine Zuleitung 8 sowie eine Ableitung 9,
zusammenfassend als Anschlussleitungen bezeichnet, vorgesehen. Eine
besonders hohe Kühlleistung
ist alternativ durch einen Phasenübergang des Wärmeträgermediums
im Kanal 6 erreichbar, d.h. durch eine Nutzung des Wärmetauschers 1 als
Verdampfer. In prinzipiell gleicher Geometrie ist der Wärmetauscher 1 auch
für Heizzwecke,
beispielsweise mit Wasser oder Öl
als Wärmeträgermedium
oder mit einem im spiralförmigen
Kanal 6 kondensierenden Kältemittel, d.h. als Kondensator,
nutzbar.
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Die
schraubenförmig
verlaufende Trennwand 5 zwischen dem inneren Rohr 3 und
dem äußeren Rohr 2 ist
aus einem nicht rostenden Vierkantdraht, auch als Stabstahl oder
kurz als Draht bezeichnet, gebildet. Der Draht 5 mit einer
Breite B und einer Höhe
H, welche praktisch dem Abstand der Rohre 2,3 im
Ringraum 4 entspricht, weist im Ausführungsbeispiel einen quadratischen
Querschnitt auf. Durch die ebenen Seitenflächen des Drahtes 5 liegt
dieser gut auf dem auch als Kernrohr bezeichneten inneren Rohr 3 auf.
Mit Ausnahme der Bereiche um die Zuleitung 8 und Ableitung 9 weist
die vom Draht 5 beschriebene Schraubenlinie einen konstante
Steigung auf. Der Draht 5 kann daher auf sehr rationelle
Weise um das innere Rohr 3 gewickelt werden, wobei es bei der
Fertigung zunächst
genügt,
den Draht 5 an wenigen Punkten am inneren Rohr 3 zu
befestigen, um die Lage der Trennwand 5 endgültig festzulegen.
An den Stirnseiten 10,11 des Wärmetauschers 1 ist
der spiralförmige
Kanal 6 jeweils durch einen Dichtring 12,13 abgeschlossen,
dessen Querschnitt und Werkstoff der Trennwand 5 entspricht,
und der umlaufend mit dem inneren Rohr 3 sowie mit dem äußeren Rohr 2 verschweißt ist.
Der Kanal 6 ist damit nach außen hin hermetisch abgeschlossen.
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Dagegen
ist die Trennwand 5 nicht hermetisch dicht, so dass zumindest
ein minimaler Teilstrom des Wärmeträgermediums
in Axialrichtung des Wärmetauschers 1 den
Ringraum 4 durchströmt.
Die Strömungsrichtung
des größten Teil
des Wärmeträgermediums
ist jedoch durch die Spiralform des Kanals 6 vorgegeben.
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Nachdem
die spiralförmige
Trennwand 5 auf dem inneren Rohr 3 befestigt wurde,
wird dieses in das äußere Rohr 2 eingeschoben.
Der Innendurchmesser des äußeren Rohres 2 ist
um ca. 0,3 mm größer als
der Durchmesser des inneren Rohres 3 einschließlich des
auch als Spiraldraht bezeichneten Drahtes 5, um eine Verformung
insbesondere des inneren Rohres 3 beim Zusammenbau zu vermeiden. Vor
dem Zusammenbau der Rohre 2,3 wird das äußere Rohr 2 gleichmäßig und
stark erhitzt, um dessen Durchmesser zu erhöhen. Während der Abkühlphase
nach dem Zusammenbau der Rohre 2,3 zieht sich
das äußere Rohr 2 zusammen,
so dass es stabil am Spiraldraht 5 anliegt. Aufgrund nicht
vermeidbarer geometrischer Variationen der zusammenzufügenden Teile 2,3,5 ist
ein spielfreier Zusammenhalt gegeben, obwohl der Innendurchmesser
des äußeren Rohres 2 im
nicht erhitzten Zustand etwas größer war
als der Außendurchmesser
des inneren Rohres 2 zuzüglich der doppelten Höhe H des
Drahtes 5. Insgesamt ist somit das äußere Rohr 2 auf das
mit der Trennwand 5 umwickelte innere Rohr 3 dauerhaft aufgeschrumpft.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach den 2a–d unterscheidet sich vom
Ausführungsbeispiel
nach den 1a–d im Wesentlichen dadurch, dass
der spiralförmige
Kanal 6 durch einen mittleren Dichtring 14 in
zwei gleich große
Teilräume 6a,6b unterteilt
ist. Jeder der Teilräume 6a,6b weist
eine eigene Zuleitung 8 sowie Ableitung 9 auf.
Bei Nutzung des Wärmetauschers 1 als
Kühler
stellt sich im Betrieb ein zumindest geringfügiger Temperaturanstieg längs der
Achse A von der Zuleitung 8 zur Ableitung 9 ein.
Durch die Unterteilung des Kanals 6 in die Teilräume 6a,6b wird
dieser Temperaturgradient besonders gering gehalten. Abweichend
vom dargestellten Ausführungsbeispiel
sind auch Ausführungen
mit einem in mehr als zwei Abschnitte geteilten Kanal 6 sowie
mit ungleicher Teilung des Kanals 6 realisierbar. Weiterhin
können
einzelne Abschnitte des Kanals 6, beispielsweise um stark
unterschiedliche Temperaturniveaus einzustellen, von verschiedenen
Wärmeträgermedien
durchströmt
sein.
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Der
Wärmetauscher 1 in
der in den 3a–e dargestellten Ausführungsform
weist wie der Wärmetauscher 1 nach
den 2a–d nahe der Stirnseiten 10,11 jeweils
eine Zuleitung 8, jedoch nur eine einzige Ableitung 9,
in diesem Fall auf der Unterseite an eine Anschlussöffnung 15 des äußeren Rohres 2 anschließend, auf.
Die Anschlussöffnung 15 deckt
symmetrisch Bereiche beidseitig des mittleren Dichtrings 14 ab
und ermöglicht
somit ein gleiches Absaugen von Wärmeträgermedium aus den beiden Teilräumen 6a,6b.
Der Querschnitt der Ableitung 9 ist dem im Vergleich zu
einer einzelnen Zuleitung 8 erhöhten Massenstrom angepasst.
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel
nach den 2a–d ist die Konstruktion nach
den 3a–e aufgrund der Einsparung
eines Anschlusses 8,9 vorteilhaft, falls die Teilräume 6a,6b mit
demselben Wärmeträgermedium
zu kühlen
bzw. zu beheizen sind. In den Ausführungsbeispielen nach den 1a bis 3e kann das innere Rohr 3 nach alternativen
Ausbildungen jeweils auch einfach demontierbar in das äußere Rohr 2 eingeschoben
sein, wobei ein nicht dargestellter stirnseitig auf den Wärmetauscher 1 aufgeschraubter
Flansch den Ringraum 4 axial abdichtet.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 4 ist ein Wärmetauscher 1 aus
einem äußeren Wärmetauscherteil 1a und
einem konzentrisch in diesem angeordneten inneren Wärmetauscherteil 1b aufgebaut. Insgesamt
befindet sich der Wärmetauscher 1 in
einem Gehäuse 16,
welches beispielsweise als Teil einer Abgasanlage von einem Fluid,
insbesondere einem Gas, durchströmbar
ist. Jeder der ineinander geschachtelten Wärmetauscherteile 1a,1b stellt
einen autark funktionsfähigen
Wärmetauscher
mit einem Aufbau ähnlich
dem in 1a–d gezeigten Ausführungsbeispiel
dar. Die Wärmetauscherteile 1a,1b werden
nicht notwendigerweise mit demselben Wärmeträgermedium betrieben. Sofern
dies jedoch der Fall ist, können
die Wärmetauscherteile 1a,1b parallel
oder in Reihe geschaltet sein. Die Wärmetauscherteile 1a,1b sind
mechanisch nicht oder nur mittels nicht dargestellter Stützelemente
verbunden, so dass das durch das Gehäuse 16 strömende Medium sowohl
am Wärmetauscherteil 1a als
auch am Wärmetauscherteil 1b jeweils
an der Innenseite des inneren Rohres 3 als auch an der
Außenseite
des äußeren Rohres 2 entlang
strömt.
Damit steht bei strömungsgünstiger
Gestaltung des Wärmetauschers 1 insgesamt
eine sehr große
Wärmeübertragungsfläche zur
Aufnahme von Wärme
aus dem das Gehäuse 16 durchströmenden Medium
bzw. zur Abgabe von Wärme
aus dem Wärmetauscher 1 an
dieses Medium zur Verfügung.
Der Verzicht auf eine direkte mechanische Kopplung zwischen den
Wärmetauscherteilen 1a,1b führt darüber hinaus
zu einer weitgehenden Unempfindlichkeit gegenüber thermisch bedingten Abmessungsänderungen.
Der Wärmetauscher 1 ist
daher besonders geeignet für
ein von heißen
Gasen durchströmtes
Gehäuse 16.
Zur Hochtemperatureignung des Wärmetauschers 1 trägt auch
der Verzicht auf Elastomermaterialien oder ähnliche temperaturempfindliche
Materialien, insbesondere im Bereich der Trennwand 5, bei.
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Die 5 zeigt einen geschnittenen
Ausschnitt aus einem Wärmetauscher 1,
welcher insgesamt den Aufbau nach einem der vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele
hat. Zwischen den Trennwänden 5 sind
parallel zur Achse A Strömungsleitelemente 17 in
Form von Querrippen angeordnet. Die Strömungsleitelemente 17 sind
aus dem Draht gefertigt, aus welchem auch die Trennwand 5 sowie
die Dichtringe 12,13,14 gefertigt sind
und sind alternierend auf beiden Seiten des Kanals 6 jeweils etwas
von der Trennwand 5 beabstandet. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass jedes Strömungsleitelement 17 auf
beiden Seiten vom Wärmeträgermedium umströmt ist und
extrem strömungsarme
Zonen, so genannte Totzonen, vermieden sind. Die durch die Strömungsleitelemente 17 erhöhte Turbulenz
im Kanal 6 trägt
zu einer Erhöhung
der Wärmeübertragungsleistung
bei.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach 6 zeigt eine Anordnung
analog 5, jedoch ohne
Strömungsleitelemente.
Bei der Verwendung von höher viskosen
Wärmeträgermedien
ist ein glatter Kanal 6 entsprechend 6 vorteilhaft. Sowohl im Ausführungsbeispiel
nach 5 als auch im Ausführungsbeispiel
nach 6 ist die Trennwand 5 nicht
umlaufend, sondern lediglich an einzelnen Befestigungsstellen 18,
etwa im Abstand von 25 mm, mit dem inneren Rohr 3 verschweißt. In entsprechender
Weise sind auch die Strömungsleitelemente 17 (5) an Befestigungspunkten 19 mit
dem inneren Rohr 3 verschweißt. Als Schweißverfahren
wird das WIG-Verfahren bevorzugt. Durch den Verzicht auf eine umlaufende
Verschweißung
der Trennwand 5 mit dem inneren Rohr 3 ist die
Fertigung erheblich rationalisiert und ein Verzug minimiert. Der
rechteckige Querschnitt der Trennwand 5 stellt in gewünschter
Weise eine weit reichende, jedoch nicht hermetische Dichtfunktion
sicher.
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Die 7 zeigt im Detail die Verbindung
eines zwei Teilräume 6a,6b trennenden
Dichtrings 14 mit einem inneren Rohr 3 und zwei
ein äußeres Rohr 2 bildenden
Rohrabschnitten 2a,2b. Eine derartige Verbindung
ist in den Ausführungsbeispielen
nach den 2a–d und 3a–e vorhanden. Im Ausführungsbeispiel
nach 7 stellt der Dichtring 14 eine
hermetische Trennung zwischen den Teilräumen 6a,6b her.
Hierzu ist der Dichtring 14 an dessen gesamtem Umfang sowohl
durch Schweißnähte 20 mit
dem inneren Rohr 3 als auch durch eine Schweißnaht 21 mit den äußeren Rohrabschnitten 2a,2b verschweißt. In ähnlicher
Weise sind auch die stirnseitig angeordneten Dichtringe 12,13 (1b, 2b, 3b)
mit den Rohren 2,3 hermetisch verschweißt.
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Die 8a,8b zeigen in Schnittdarstellungen einen
Wärmetauscher 1,
dessen Aufbau insgesamt einem der Ausführungsbeispiele nach den 1a bis 4 entspricht. Im der Zuleitung 8 gegenüberliegenden
Bodenbereich des spiralförmigen
Kanals 6 weist die Trennwand 5 eine Öldurchlassnut 22 auf.
Die Öldurchlassnut 22,
welche sich längs
der Achse A an jeder Windung der Trennwand 5 befindet, ermöglicht es,
angesammeltes Öl
während
des Betriebes des Wärmetauschers 1 oder
während
des Anlagenstillstands zurückzuführen beziehungsweise abzulassen.
Statt der Öldurchlassnut 22 könnte mit entsprechender
Wirkung auch eine in Axialrichtung des Wärmetauschers 1 verlaufende
Nut im äußeren Rohr 2 vorgesehen
sein. Zum Ablassen des Öles
ist entweder eine nicht dargestellte gesonderte Ölablassvorrichtung oder, im
Fall einer Anordnung der Ableitung 9 an der Unterseite
des Wärmetauschers 1 wie
im Ausführungsbeispiel
nach den 3a–e, die Ableitung 9 vorgesehen.
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- 1
- Wärmetauscher
- 1a
- Wärmetauscherteil
- 1b
- Wärmetauscherteil
- 2
- äußeres Rohr
- 2a
- Rohrabschnitt
- 2b
- Rohrabschnitt
- 3
- inneres
Rohr
- 4
- Ringraum
- 5
- Trennwand,
Draht
- 6
- Kanal
- 6a
- Teilraum
- 6b
- Teilraum
- 7
- Innenraum
- 8
- Zuleitung
- 9
- Ableitung
- 10
- Stirnseite
- 11
- Stirnseite
- 12
- Dichtring
- 13
- Dichtring
- 14
- Dichtring
- 15
- Anschlussöffnung
- 16
- Gehäuse
- 17
- Strömungsleitelement
- 18
- Befestigungsstelle
- 19
- Befestigungspunkt
- 20
- Schweißnaht
- 21
- Schweißnaht
- 22
- Öldurchlassnut
- A
- Achse
- B
- Breite
- H
- Höhe