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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher jt einem oder mehreren,
vom Wärmemedium durchströmten Rohren, die durch Blechrippen hindurchgeführt sind,
welche durch ein Blechband gebildet sind, das quer zu seine: Längsstreckung senkrecht
zu seiner Breit seite mäanderfölsmig gefaltet ist.
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Abgesehen von den verschiedenartigsten Heizungsradiatoren, sind bereits
Wärmetaascher bekannt geworden, die im wesentlichen aus geraden, vom Wärmemedium
durchströmen Rohren bestehen, über die distanziert voneinander einzelne Blechlamellen
geschoben sind, wobei diese Grundkörper zu rechteckigen Wärmetauschbatterien zusammengebaut
wurden.
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Es sind auch Wärmetauscher bekannt geworden, bei denen gerade Rohre
mit Blechbändern bewickelt wurden, die mit ihren Schmalseiten mit den Rohren in
wärmeleitfähiger Verbindung stehen, also hochkantig auf die Rohre aufgewikkelt sind.
Auch diese Grundkörper werden für Wärmetauscher größerer Dimensionen zu rechteckigen
Wärmetauschbatterien zusammengebaut.
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So ist durch die DE-OS 25 09 915 ein Lamellenblech aus Metall mit
vorgestanzten Ausnehmungen zur Einlage einer oder mehrerer mediumführender Austauscher-Rohrschlangen
für Wärmetauscher bekannt geworden, bei dem im durchgehenden Metallblech Vertikalschlitze
und Horizontalschlitze und/oder anders geformte Ausstanzungen derart in einem sinnvollen
Wechsel
in Reihen angeordnet sind, daß damit nach mä'ndcrförmiger Blechfaltung im Bereich
der Blechumfaltung durch die Vertikalschlitze Halterungen für Rohre und durch die
Horizontalechlitze Freistanzungen für die Zirkulation von gasförmigen oder flüssigen
IIedien im montierten Lamel3cn austauscher gebildet werden. Die aus solchen Ilamellenblechen
aufgebauten Wärmetauscher gewährleisten zwar einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad,
sind aber nur in auf wendiger Weise herstellbar.
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Durch die US-PS 1 846 608 und die GB-PS 1 099 687 sind Wärmetauscher
der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen ein oder mehrere vom Wärmemedium
durchströmte Rohre durch Blechrippen hindurchgeführt sind, welche durch ein Blechband
gebildet sind, das quer zu seiner Längserstreckung senkrecht zu seiner Breit seite
mäanderförmig gefaltet ist.
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Alle diese bekannten Wärmetauscher bzw. Wärmetauschbatterien weisen
den Nachteil auf, daß ihre Herstellung äußerst aufwendig und kompliziert ist, da
das Aufschieben der Lamellen bzw. das Bewickeln der Rohre und der anschließende
Zusammenbau selbst bei vollständiger Automatisierung der Herstellungsverfahren sehr
umständlich sind.
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Darüber hinaus ist die Rechteckform der Wärmetauschbatterien bei forcierter
Belüftung beispielsweise durch ein Axialgebläse zufolge der unvermeidlichen toten
Ecken strömungstechnisch ungünstig.
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Durch die DE-OS 2 114 340 ist auch ein Flossenrohrwärmetauscher bekannt
geworden, bei dem für das eine Austauschmedium flache oder flachelliptische Rohre
in mehreren miteinander verbundenen Lagen vorgesehen sind, zwischen denen Plossenpakete
aus an den gegenüberliegende Rohrflanken berührenden Stellen jeweils abgekanteten
Blechen angeordnet sind, deren Lamellenebenen im wesentlichen quer zu den Flachrohrlängsachsen
verlaufen. Die Plossenpakete
sind aus einem mäancterförmigen Blechband
gebilt.
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Die Rohre und die vom Blechband gebildeten Lamellen sind u.a. in Monzentrischen
Kreisen angeordnet. Je nach der gewünschten Größe müssen hiebei zylindrische Lagen
verschiedenen Durchmessers hergestellt und übereinander geschoben werden, was nicht
nur sehr aufwendig, sondern auch im Zuge der Herstellung verschiedene Vorrichtungen
erfordert.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Wärmetauscher bzw. Wärmetausch batterien zu vermeiden und einen Wärmetauscher zu
schaffen, der nicht nur möglichst einfach herstellbar ist und mit einfachen Mitteln
auch eine weitgehend automatisierte und billige Fertigung ermöglicht, sondern auch
die Herstellung großflächiger Ausführungen nach Art der bekannten Wärmetauschbatterien
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist der aus dem mäanderfUrmigen Blechband gebildete
Körper um eine parallel zu den Faltungsachsen liegende Achse spiralförmig gewickelt.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme sind in einfacher Weise beliebig
große Wärmetauscher herstellbar, weil die Austauschfläche durch Wickeln einer beliebigen
Anzahl von Lagen des aus dem mäanderförmigen Blechband bestehenden Körpers frei
gewählt werden kann, ohne daß die für die Herstellung vorgesehenen Vorrichtungen
geändert werden müßten. In einfacher Weise können mit ein und derselben Vorrichtung
die Lagen solange spiralförmig gewickelt werden, bis die gewünschte Dimension erreicht=ist.
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Die spiralige Anordnung der Blechmäander ergibt in ihrer Gesamtheit
einen im wesentlichen kreiszylindrischen Körper, so daß auch bei forcierter Belüftung
tote Ecken praktisch vermieden sind.
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Zweckmäßigerweise sind zwischen den BerLihrungeflächen der einzelnen
Lagen der Spirale ein oder
mehrere Trennblche angeordnet bzw. mitgewickelt.
Durch die Anordnung von Trennbändern wird das Wickeln erleichtert, besonders dann,
wcnn die vom Wärmemcdi durchströmten Rohre in Schlitze des mäanderförmigen Blechbandes
eingesetzt bzw.
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durch Bohrungen desselben hindurchgeführt sind.
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Vorteilhaftenqeise weist der aus dem mäanderförmigen Blechband spiralig
gewickelte Körper die Porm eines Hohl zylinders auf, in dessen Innerem ein Axiallüfter
eingesetzt ist. Dadurch wird ein äußerst platzsparender, flacher Aufbau erreicht.
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Nach einer vorteilhaften Jusgestaltung sind mit dem mäanderförmigen
Blechband ein oder mehrere parallel liegende Rohre mitgewickelt, wobei in an sich
bekannter Weise in radialer Richtung abwechselnd eine Lage des mäanderförmigen Blechbandes
und ein Rohr bzw. eine Lage von Rohren angeordnet sind und das Rohr bzw. die Rohre
parallel zur Längserstreckung des mäanderförmigen Blechbandes liegen.
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Durch diese Weiterbildung wird die Herstellung des Wärmetauschers
wesentlich vereinfacht, da sich nicht nur das oberwähnte Trennband erübrigt, weil
die Rohre selbst als Zwischenlage dienen, sondern auch das Stanzen des Blechbandes.
Der Wärmetauscher ist in einfachster Weise in einem kontinuierlichen Arbeitsgang
mit hohen Geschwindigkeiten herstellbar.
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Außerdem wird ein besonders guter Wärmekontakt erzielt, insbesondere
dann, wenn in an sich bekannter Weise das mäanderförmige Blechband durch rechtwinklige
Umbiegungen gebildet ist und rechteckige Flächen aufweist, wobei das bzw. die Rohre
flachgedrückt bzw. flachelliptisch auch gebildet sind und mit ihrer flachen Seite
an den rechteckigen Flächen des mäanderförmigen Blechbandes in engem Wärmekontakt
anliegen. Der :rärmekontakt kann durch einen entsprechend hohen Wickel zug noch
weiter verbessert werden
ZwechaäBigervei.se sind die Enden mindestens
zweier parallel liegender Rohre miteinander verbunden. Es können dabei die Enden
der parallel liegenden Rohre über je ein Verbindungsrohr miteinander verbunden sein.
Dies bringt den Vorteil einer homogenen Temperaturverteilung mit sich.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der aus dem mit einem
oder mehreren Rohren spiralförmig gewickelten mäanderförmigen Blechband gebildete
Körper in einem Käfig angeordnet, der aus an dessen Stirnseiten vorgesehenen radialen
Armen besteht, deren Enden parallel zur Breitseite des mäanderförmigen Blechbandes
über achsparallele Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise
ist dabei der Käfig als Spannkreuz beim Wickeln des spiralförmigen Körpers ausgebildet.
Dadurch wird nicht nur die Herstellung weiter vereinfacht. Es wird auch eine Fixierung
des spiralförmigen Körpers und danit auch die Beibehaltung des beim Wickeln erzielten
Kontaktdruckes erreicht. Der Wickelzug wird daher zweckmäßig so gewählt, daß sich
das mäanderförmige Blechband an den Bertilirungsstellen mit den Rohren leicht elastisch
verformt.
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Vorteilhafteneise sind bei einen Wärmetauscher, bei dem der spiralförmig
gewickelte Körper die Form eines Hohlzylinders aufweist, zumindest die an der einen
Seite des spiralförmig gewickelten Körpers angeordneten stirnseitigen Arme an ihren
inneren Enden über einen innen hohlen Wickelkern verbunden, an dem der Ifzotor eines
Axiallüfters angeordnet ist, wobei die radiale Länge der Lüfterflügel zumindest
angenähert gleich dem Radius des spiralförmig gewickelten Körpers ist. Dadurch wird
ein in einfachster Weise herstellbarer, kompakter Wärmetauscher mit minimalem Platzbedarf
erzielt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Zeichnung,
in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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fig.1 zeigt die Seitenansicht eines an sich bekannten, ein mäanderförmiges
Blechband aufweisenden Grundkörpers, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II der
Fig.1, Fig.3 eine Draufsicht in Richtung der Pfeile III-III der Fig.1, Fig.4 schematisch
die Seitenansicht eines s erfindungsgemässen Wärmetauschers mit spiralig gewickelten
Gradkörper und Fig.5 ein Detail der Fig.4, Fig.6 zeigt die Seitenansicht eines Teiles
eines 2us ein; mäanderförmig gefalteten Band und einigen parallelen Rohren gebildeten
Körpers, Fig.7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig.6, Fig.8 einen der Fig.7
analogen Schnitt, jedoch nur mit einem Rohr, Fig.9 ein mäanderförmig gefaltetes
Band mit einer auf diesem liegenden Rohrschlange in gestrecktem Zustand, Fig.10
das gleiche mit mehreren parallel nebeneinander liegenden Rohren, Fig.11 die Vorderansicht
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers und Fig.12 eine Seitenansicht hierzu.
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Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte an sich bekannte Grundkörper,
der auch in dieser Form selbst bereits als Wärmetauscher verwendet werden kann,
besteht aus einem Blechband 1, das quer zu seiner Längserstreckung senkrecht zu
seiner Breitseite mäanderförmig gefaltet ist. Zwischen den beiden, senkrecht zu
den Faltungsachsen des Mäanders parallel zueinander liegenden Begrenzungsflächen
2,3 sind Schlitze 4 angeordnet, die in der Längserstreckung des aus dem mäanderförmigen
Blechband 1 gebildeten Körpers miteinander fluchten. In diese Schlitze 4 ist ein
Rohr 5 eingepreßt, so daß ein inniger Wärmekontakt zwischen dem Rohr 5 und dem Blechband
1 gewährleistet ist. Hiezu ist die Breite der Schlitze 4 etwas kleiner gewählt als
der Durch messer des Rohres 5.
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Anstelle des einzigen, in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Rohres
5 können selbstverständlich auch mehrere, beispielsweise nebeneinander liegende
Rohre vorgesehen sein, in welchem Falle das Blechband 1 mehrere parallel zueinander
iegende Schlitze 4 aufweisen würde.
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Die Schlitze 4 könnten senkrecht zu der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten
Lage angeordnet sein, doch gewährleistet die Anordnung nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel
einen günstigeren Wärmeaustausch.
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In den Figuren 4 und 5 ist nun ein erSindungsgemässer Wärmetauscher
dargestellt, bei dem das mäanderförmige Blechband 1 zusammen init dem Rohr 5 spiralförmig
gewickelt ißt. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich, wie aus Fig.5 ersichtlich
ist, die das Detail A der Fig.4 vergrössert darstellt, zwischen den einzelnen Lagen
der Spirale ein trennwand 6, das mit dem durch das mäanderförmige Blechband 1 gebildeten
Körper und dem Rohr 5 mitgewickelt ist.
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Das Trennband 6, das an sich nicht zwingend erforderlich ist, erleichtert
das Wickeln, verhindert das Ineinanderdringen der durch den Maander gebildeten Rippen
und verbessert den Wärmetausch. Anstelle eines einzigen, durchlaufenden Trennbandes
6 können auch mehrere Trennbänder vorgesehen sein.
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Der in den Figuren 4 und 5 dargestellte Warmetauscher weist die Form
eines Hohlzylinders auf, wodurch es ermöglicht wird, in dessen Innerem 7 einen nicht
dargestellten Axiallüfter einzusetzen, so daß sich ein äußerst platzsparenden Aufbau
ergibt.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Teil eines beispielsweise in Fig.11
dargestellten Wärmetauschers, der einen Körper aufweist, der aus einem mäanderförmig
gefalteten Blechband 7 und vier parallelen Rohren 8,9,10,11 besteht, wobei das mäanderförmige
Blechband 7 Blechrippen
12,13,14 bildet, zwischen denen die Rohre
8,2,10,11 lic gen, welche somit zwischen den zu beiden Seiten der Rohre 8,9,10,11
liegenden Blechrippen 12,13 bzw. 13,14 hindurchgeführt sind. Die parallel liegenden
rohre 8,9,10,11 sind mit dem mäanderförmigen Blechband 7 spiralförmig mitge wickelt,
so daß in radialer Richtung abwechselnd eine Lage des mäanderförmigen Blechbandes
7 und eine Lage der llo1ire 8,9,10,11 angeordnet sind, wobei die Rohre 8,9,10,11
parallel zur Längserstreckung des mäanderförmigen Blechbanddes liegen. Das mäanderförmige
Blechband 7 ist durch rechtwinklige Umbiegungen 15,16 gebildet und weist so rechteckige
Flächen 17 auf; Die Rohre 8,9,10,11 sind flachgedrückt bzw. flachelliptisch ausgebildet
und liegen mit ii)-ren flachen Seiten an den rechteckigen Plächen 17 des mäanderförmigen
Blechbandes 7 an, wodurch sich ein besonders guter Wärmekontakt zwischen den Rohren
8,9,10,11 und dem mäanderförmigen Blechband 7 ergibt, wobei der Anpreßdruck zwischen
den Rohren 8,9,10,11 und dem mäanderförmigen Blechband 7 durch einen entsprechend
hohen Wickel zug groß gehalten werden kann.
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Der Wickelzug kann beim Wickeln der Spirale so hoch gewählt werden,
daß durch die Rohre 8,9,10,11 die rechteckigen Flächen 17 des mäanderförmigen Blechbandes
7 etwas eingedrückt werden, wie dies bei dem der Fig. 7 entsprechenden Ausführungsbeispiel
nach Fig.8 dargestellt iet, bei dem jedoch zwischen den einzelnen Lagen des mäanderförmigen
Blechbandes anstelle von vier Rohren nur ein einziges Rohr 18 vorgesehen ist, das
jeweils zwischen zwei Lagen des mäanderförmigen Blechbandes und damit zwischen einander
gegenüberliegende Blechrippen 13,14 zu liegen kommt. Die flachen Wandungen 19,20
des Rohres 18 sind wesentlich breiter als ihr Abstand voneinander, so daß das Rohr
18 großflächig mit dem mäanderförmigen Blechband in Verbindung steht und dabei unter
einem solchen Wickelzug mit dem mäanderförmigen
Blechband gewickelt
ist, daß die rechteckigen Flächen 17 des mäanderförmigen Blechbandes ander Berührungsfläche
mit dem Rohr 18 eingedrückt ist, wodurch e:Ln Optimum an Wärmekontakt erzielt wird.
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Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten parallel liegenden Rohre
8,9,10,11 können an ihren Enden offene Einzelrohre sein, wobei das eine Wärmemedium
den einen Enden der Rohre zugeführt und durch die anderen Enden abgeführt wird.
Das eine Wärmemedium kann aber auch an den einen Enden der Rohre 8,9,10,11 abwechselnd
zugeführt und abgeführt und an den anderen Enden abwechselnd abgeführt und zugeführt
werden. Es kann auch die Zufuhr und Abfuhr des einen Wärmemediums durch Verschachtelung
der Durchflußfolge vor sich gehen.
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In Fig.9 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Rohre
8,9,10,11 durch eine Rohrschlange gebildet ist, so daß die Rohre 8,9,10,11 mit Ausnahme
des der Zufuhr des einen Mediums dienenden Endes 21 und des der Abfuhr des einen
Mediums dienenden Endes 22 über die Umbiegungen 23,24,25 miteinander verbunden sind.
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Die Fig.9 zeigt ebenso wie die Fig.10 das mäanderförmige Blechband
7 und die auf diesem liegenden Rohre 8,9,10,11 in gestrecktem Zustand, also in jenem
Zustand, in dem sie sich befinden, bevor sie gemeinsam auf einen Wickelkörper spiralförmig
aufgewickelt werden.
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Bei dem in Fig.10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Enden
der Rohre -8,9,10,11 über je ein an einer Seite verschlossenes Verbindungsrohr 26,27
miteinander verbunden, wobei die Zufuhr des einen Mediums beim fertig gewickelten
Wärmetauscher durch das offene Ende des Verbindungsrohres 26 und die Abfuhr aus
dem Verbindungsrohr 27 erfolgt.
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Das zweite Medium umgibt die vom mäanderförmigen Blechband im fertig
gewickelten Zustand gebildeten Blechrippen 12,13,14.
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In den Figuren 1i und 12 ist schematisch ein fertiger erfindungsgemäßer
Wärmetauscher dargestellt, bei dem das mäanderförmige Blechband 7 zusammen mit parallel
liegenden Rohren 8 auf einen Wickelkern 28 aufgewickelt ist, wobei die Enden der
Rohre über Verbindungsrohre 26,27 miteinander verbunden sind. Zu Beginn des Wickelvorganges
wird das Verbindungsrohr 26 am Wickelkern 28 befestigt und dieser in entgegengesetztem
Uhrzeigersinn gedreht, so daß sich das zunächst gestreckt vorliegende mäanderförmige
Blechband 7 mit den auf ihm liegenden Rohren 8 auf den Wickelkern 28 und hierauf
Lage um Lage bis zu jenem Durchmesser spiralig aufwickelt, der der gewünschten Dimension
des Wärmetauschers entspricht.
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Der aus dem mit den Rohren 8 spiralförmig gewickelten mäanderförmigen
Blechband 7 gebildete Körper ist in einem Käfig angeordnet, der aus an diesen Stirnseiten
vorgesehenen radialen Armen 29,30 besteht, deren Enden parallel zur Breitseite des
mäanderförmigen Blechbandes 7 über acheparallele Verbindungsstege 31 miteinander
verbunden sind.
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Der Wickelkern 28 weist eine zentrale Öffnung auf, in -die ein Motor
32 eines Axiallüfters eingesetzt ist, an dessen einem Ende Lüfterflügel 33 angeordnet
sind. Die radiale Länge der Lüfterflügel 33 ist etwa so groß wie der Außenradius
des aus den Rohren 8 und dem mäanderförmigen Blechband 7 spiralig gewickelten Körpers,
aber kleiner als der halbe Abstand zweier einander gegenüberliegender Verbindungsstege
31.
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Ein besonderer Vorteil des in den Figuren 11 und 12 dargestellten
Ausführungsbeispiels liegt darin, daß der alls den radialen Armen 29,30 und den
Verbindungsstegen 31 gebildete Käfig bzw. nur der aus den Armen 29,30 gebildete
Teil desselben als Spannkreuz beim Wickeln verwendet werden kann, wodurch eine wesentliche
Arbeits- und Materialersparnis erzielt wird. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich
in dieser Hinsicht bei; diesem Ausführungsbeispiel dadurch, daß die
Verbindungsstege
31 mit den radialen armen 30 starr verbunden sind, mit den radialen Armen 29 des
als Spannkreuz dienenden Teiles jedoch dadurch verbunden sind, daß sie durch Ösen
34 an den Enden der Arme 29 hindurchgesteckt und dann crst befestigt werden. Die
Herstellung kann hicbei dadurch erfolgen, daß zunächst der aus den Rohren 8 und
dem mäanderförmigen Blechband 7 in gestrecktem Zustand vorliegendc Teil mit dem
einen Ende an dem mit den Armen 29 starr verbundenen Wickelkern 28 befestigt und
hierauf unter Fortlassung des die Arme 30 und die Verbindungsstege 31 aufweisenden
Teiles um den Wickelkern 28 gewickelt wird. Ist der Wickelvorgang beendet, so wird
der Motor 32 mit den Lüfterflügeln 33 in die zentrale Öffnung des Wickelkernes 28
eingesetzt. Hierauf werden die Arme 31 durch die Ösen 34 hindurchgesteckt und in
diesen befestigt.
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Eine weitere Vereinfachung in der Herstellung ergibt sich aber auch
dadurch, daß bei entsprechend dünnwandigen Rohren für das eine Wärmemedium auch
das Flachwalzen derselben in einem eigenen Arbeitsgang entfallen kann, weil die
Rohre in diesom Falle beim Wickeln flach gepreßt werden können.
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L e e r s e i t e