DE3239813C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und dessen Herstellungsverfahren.

Spiralförmige Wärmetauscher, die durch Aufwickeln von Formblechen hergestellt werden, sind beispielsweise aus der US-PS 2 131 265 und der US-PS 3 007 680 bekannt. Im Wärmetauscher der US-PS 3 007 680 sind auch wellenförmige Bleche vorgesehen.

Ein Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist aus der US-PS 3 323 587 bekannt. Keiner der genannten Wärmetauscher sieht Mittel zur Vermeidung des Durchgangs der einen Flüssigkeit in die andere Flüssigkeit vor.

Vorliegende Erfindung bezweckt die Verbesserung der bekannten Wärme­ tauscher, zum Ziel der Verbesserung seiner Zuverlässigkeit und unter Vermeidung des Durchgangs der einen Flüssigkeit in die die andere Flüssigkeit enthaltende Kammer, wobei zugleich der Herstellungspreis verringert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind die jeweils die beiden Flüssigkeiten, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, aufweisenden beiden Kammern unter Verbindung der Ränder des flachen äußeren Blechs eines bestimmten Gangs mit jenen des inneren Blechs des direkt außerhalb des vorhergehenden angeordneten inneren Blechs und unter Verbindung der Ränder des inneren Blechs des genannten Gangs mit jenen des äußeren Blechs des direkt im Inneren angeordneten Gangs abgetrennt, wobei die Ränder der verschiedenen Bleche untereinander durch Löten verbunden sind. Vorzugsweise wird dieses Löten durch Eintauchen des gesamten Wärmetauschers, der mit seinen stirnseitigen Flanschen versehen ist, in ein Bad mit flüssigem Zinn gelöst. Infolgedessen stellt das Zinn nicht nur die Lötung der Ränder der Bleche sicher, sondern auch noch die Bildung einer Art Freiräume in den Kontaktzonen der verschiedenen Wellen des gewellten Blechs mit den benachbarten flachen Blechen. Diese Räume aus Zinn verbessern die Wärmeleitung durch den Wärme­ tauscher.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Her­ stellung eines Wärmetauschers gemäß dem Unteranspruch 5.

Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß man eine sehr rationelle und regulierte Wicklung des spiralförmigen Körpers auf dem Kern und den Unterlagen er­ hält. Nachdem die Wicklung dieses Körpers beendet ist, entfernt man die Unterlagen, die zum Aufwickeln gedient haben, und ersetzt sie durch die Seitenflansche mit der­ selben Form, die anschließend an den inneren Gang des spiralförmigen Körpers angelötet oder angeschweißt werden, was durch Eintauchen des gesamten Wärmetauschers in ein Bad aus flüssigem Zinn bewirkt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes, bevorzugtes Ausführungs­ beispiel beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen axialen Halbschnitt eines Wärmetauschers;

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine die Form des zentralen Kerns darstellenden Querschnitt;

Fig. 4 eine Unteransicht des fertigen Wärmetauschers und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zur Verwendung der Herstellung des spiralförmigen Körpers verwendeten Maschine.

Der in der Zeichnung dargestellte Wärmetauscher weist einen äußeren zylindrischen Rand 1 auf, in dessen Innerem eine zylindrische Wicklung angeordnet ist, welche den spiral­ förmigen Körpern 2 des Wärmetauschers bildet. Im zentralen Bereich des Wärmetauschers sind drei Räume abgegrenzt, die zu Paaren unterteilt sind, die in Längsrichtung durch einen zentralen Ring getrennt sind, der durch quer verlaufende Flansche gebildet ist. Auf jeder Seite des zentralen Kerns 4 befinden sich zwei Kammern 3, die an sich bekannt sind, und zwei Kammern, die beiderseits des zentralen Kerns ange­ ordnet sind und unter sich durch Zwischenschaltung des spiralförmigen Körpers 2 des Wärmetauschers miteinander kommunizierend verbunden sind, und zwar in einem ersten Sinne für den Fluß von der einen von zwei Flüssigkeiten A und B, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfinden soll, und im anderen Sinne für die andere Flüssigkeit. Die beiden Flüssigkeiten A, B fließen in dem spiralförmigen Körper 2 des Tauschers in dem sie die innere Kammer 3 in Richtung auf den Rand 1 durchläuft, oder umgekehrt, wobei sie der durch den Körper 2 gebildeten Spirale folgt.

Wie sich insbesondere aus den Fig. 1 und 2 erfindungs­ gemäß ergibt, ist der spiralförmige Körper 2 durch Auf­ wickeln auf sich selbst unter Bildung eines sandwichartigen Ganzen gebildet, welches zwei Bleche 5, 6 aufweist, die zu Anfang eben sind, zwischen die ein gewelltes Blech 7 angeordnet wird, welches die Querverbindung zwischen den beiden ebenen Blechen 5 und 6 bildet. Anders gesagt, ist die Entfernung zwischen den beiden ebenen Blechen 5, 6 durch die Amplitude der Wellen- oder Mäanderform des gewellten Bleches 7 bestimmt.

In praxi sind die Bleche 5 und 6 nicht streng eben, sondern können Erhebungen oder sonstige Versteifungen vorgesehen sein, die eine vorherbestimmbare Entfernung zwischen den verschiedenen Gängen der Windung sicherstellen. Diese Er­ hebungen oder dergleichen sind in der Zeichnung zu Zwecken der einfacheren Darstellung nicht gezeigt.

In Fig. 1 sind drei Gänge a, b, c des spiralförmigen Körpers 2 dargestellt; in praxi wird er aber eine viel größere Anzahl von Gängen aufweisen. Jeder Gang wird von zwei ebenen Blechen 5, 6 gebildet, zwischen denen das ge­ wellte Blech angeordnet ist. Die Achsen seiner Wellen er­ strecken sich parallel zur Längsachse des ganzen Wärme­ tauschers.

Die in der Spiralform abgedichteten Kammern, in welchen sich die beiden Flüssigkeiten A und B bewegen, sind unter bündigem Abschluß durch die Länge ihrer Seiten, die Bleche 5, 6 verschiedener Gänge dergestalt festgelegt, daß ein äußeres Blech 5 unter Angrenzung an einen Gang, beispielsweise das Blech 5a, welches an den inneren Gang a gemäß Fig. 1 an­ grenzt, durch das innere Blech 6 des angrenzenden Gangs ge­ gebenenfalls zu dem Blech 6b des benachbarten Gangs geführt wird. Die Verbindung zwischen den Enden der Bleche 5 uns 6 wird durch Schweißen oder Löten bewerkstelligt. Auf diese Art weist der spiralförmige Körper 2 zwei dichte Kammern auf, die jeweils von den beiden Flüssigkeiten A, B durchlaufen werden, und die durch die gewellten Bleche 7 getrennt sind. Diese gewellten Bleche 7 bilden eine thermische Verbindung zwischen den verschiedenen Kammern, die die Flüssigkeiten A B enthalten und sie stellen vor allem einen wirksamen Schutz dieser Kammern dar. Beispielsweise wenn eine der Flüssig­ keiten A eine Flüssigkeit ist, die als gefährlich betrachtet werden kann (wie eine korrodierende oder radioaktive Flüssig­ keit), wohingegen die andere Flüssigkeit B Wasser ist, welches einem Verbraucherkreislauf zugeleitet wird, dann bilden die gewellten Bleche 7 einen Schutzschirm und verhindern, daß die gefährliche Flüssigkeit A, welche in Folge der Korrosion einer der Bleche 5, 6 von einer der Kammern aus dem Behälter auslaufen kann, nicht zu jener Kammer treten kann, die die andere Flüssigkeit B enthält. In Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei Auftreten eines Fehlers die Flüssig­ keit A das Blech 5c des äußeren Ganges c korrodiert werden kann und bei Durchtreten durch dieses Blech dann in den zwischen den Wellen des Zwischenbleches 7 begrenzten Raum des Blechs 5c nach unten ergießen kann. Diese Flüssigkeit kann also nicht in die die andere Flüssigkeit B enthaltende Kammer eintreten, welche zwischen den Blechen 5b und 6c abgegrenzt ist.

Die verschiedenen Bleche bilden den spiralförmigen Körper des Wärmetauschers und der äußere Rand 1 werden vorzugs­ weise aus Kupfer hergestellt. Einmal wird der gesamte her­ gestellte Wärmetauscher in einen Trog mit flüssigem Zinn getaucht. Infolgedessen sind alle den spiralförmigen Körper 2 bildenden Bleche, nämlich sowohl die ebenen Bleche 5, 6 als die gewellten Bleche 7 überzinnt und andererseits stellt das geschmolzene Zinn die Löst- oder die Schweißnaht der Ränder dieser Bleche sicher, die vorhergehend dergestalt ge­ zogen worden sind, daß die einen nahe den anderen angeordnet sind, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. Anders gesagt, erhält man eine Verlötung der Ränder der Bleche 5a, 6b, 5b, 6c etc., wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Für die Herstellung des spiralförmigen Körpers 2 des Wärmetauschers wird eine Maschine verwendet, die schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Maschine weist an ihren beiden Endungen 2 Planten 8, 9 auf, die in Rotation um eine gemeinsame Achse x, x′ gesetzt werden können, die derart bestimmt ist, daß sie die Längsache des herzustellende Wärmetauschers bildet. Der Abstand zwischen den beiden drehbaren Platten 8, 9 ist etwas größer als die Länge der durch die Bleche 5, 6 und 7 gebildeten Gesamtheit. Diese Bleche sind quer zwischen den Platten 8, 9 eingebracht, insbesondere zwischen der Unterlage 8a, 8b, die durch die Platte 8 getragen wird, und zwischen den Unterlagen 9a, 9b, welche durch die Platte 9 getragen werden. Diese Unterlagen haben ganz die Form von Tropfen wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Diese Unterlagen dienen dazu, an den beiden Längsenden des Wärmetauschers die leeren Räume festzulegen, die durch den inneren Gang zu dem spiral­ förmigen Körper und des inneren Bereichs 5d, 6d, 7d in Form eines "S" abgegrenzt wird, was als Folge der Wicklung die sandwichartige Gesamtheit der Bleche 5, 6 und 7 an der Stelle bildet, wo die Bleche zwischen die Paare der Unter­ lagen 8a, 8b einerseits und 9a, 9b andererseits gezogen werden. Die freien Räume werden anschließend mit den End­ flanschen 10, 11 gleicher Form verschlossen, die jeweils einstückig mit Verbindungsstücken 12 und 13 zur Zirkulation der beiden Flüssigkeiten A und B verbunden sind. Die Endflansche 10 und 11 sind durch abgeschnittene Blechstücke in Form von Tropfen gebildet, deren Enden mit den Enden des inneren Blechs 6a verschweißt oder verlötet sind, welche einen Teil des inneren Gangs A bilden, ebenso wie mit den Rändern der Bleche 5d und 6d des inneren Teils in S-Form.

Die Platten 8 und 9 sind ebenfalls einstückig mit den Längsachsen 14a, 14b und 15a, 15b ausgebildet, die sich beiderseits der Bleche 5, 6 und 7 parallel zur Ebene dieser Bleche bis zu den den Kern 4 bildenden Flanschen erstrecken, die dieselbe Form von Tropfen wie die Unterlagen 8a, 8b, 9a, 9b aufweisen. Die den Kern 4 bildenden Flansche weisen jeweils eine ausgebauchte Lagerung 4a auf, in der das Ende der entsprechenden Längsachse 14a, 14b, 15a, 15b gelagert wird. Die den Kern 4 bildenden Flansche sind auf diese Weise zwangsweise in Übereinstimmung mit den beiden Platten 8, 9 und den Unterlagen 8a, 8b, 9a, 9b angetrieben. Infolgedessen wird der spiralförmige Körper 2 reguliert auf der gesamten Länge der Bleche aufgewickelt und der Kern 4 bleibt in dem in der Mitte gelegenen Bereich dieses Körpers gefangen, bis eine einmalige Wicklung beendet ist.

Nach dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß das Herstellungs­ verfahren des spiralförmigen Körpers 2 leicht zu bewerk­ stelligen ist, und daß die Herstellung des gesamten Wärme­ tauschers dadurch erleichtert wird, daß am Ende die End­ flansche 10 und 11 aus einem abgeschnittenen und tiefge­ zogenen Blech gebildet werden, die in einfacher Weise an den spiralförmigen Körper angeschweißt oder angelötet werden.

Beim Wickeln des spiralförmigen Körpers wird nach einer be­ kannten Technik natürlich in seinem inneren Bereich eine gewickelte dichte Verbindung zur gleichen Zeit eingeschaltet, wie die Bleche und verschließt die Flüssigkeiten A und B enthaltenden Kammern mit Ausnahme des Umfanges, um sicher­ zustellen, daß an dieser Stelle eine Zirkulation der Flüssigkeiten zwischen den beiden Hälften des Wärmetauschers sichergestellt werden kann.

Claims (6)

1. Wärmetauscher mit einem zylindrischen äußeren Rand (1), in dessen Innerem ein spiralförmiger Körper (2) angeordnet ist, der zwei spiralförmige Kammern abtrennt, die jeweils durch zwei Flüssigkeiten (A, B) durchlaufen sind, zwischen denen der Aus­ tausch der Wärme bewirkt wird, wobei der spiralförmige Körper (2) dadurch gebildet wird, daß er auf sich selbst um eine Querachse zu einem sandwichartigen Gesamten aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das sandwichartige Gesamte von drei aufeinandergelegten Bändern von Blechen gebildet wird, nämlich zwei flachen bzw. glatten Blechen (5a, 6a, 5b, 6b . . . ), zwischen denen ein gewelltes Blech (7) angeordnet ist, dessen Wellen sich quer erstrecken.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden, jeweils die Flüssigkeit (A, B) enthaltenden Kammern, zwischen denen der Austausch der Wärme bewirkt wird, unter Ver­ bindung der Ränder des flachen äußeren Blechs (5b) eines vorgegebenen Gangs (b) mit jenen des inneren Blechs (6c) des Gangs (c) , welche unmittelbar an das Äußere des vorhergehenden angeordnet ist, und unter Verbindung der Seiten des inneren Blechs (6b) des Gangs (b) mit jenen des äußeren Blechs (5a) des Gangs (a) abgetrennt werden, der direkt im Inneren angeordnet ist, wobei die verschiedenen Seiten der Bleche untereinander durch Schweißen oder Löten verbunden sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Seiten der Bleche untereinander dadurch verlötet sind, daß der Wärmetauscher in ein Bad mit flüssigem Zinn ge­ taucht wird.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des spiralförmigen Körpers und in dessen Innerem zwei Endflansche (10, 11) in Form eines abge­ schnittenen und ausgewölbten bzw. tiefgezogenen tropfenförmigen Bleches angeordnet sind, und daß im zentralen Bereich des spiralförmigen Körpers (2) ein Kern (4) angeordnet ist, der durch einen blechförmigen Flansch aus einem Blech mit gleichfalls der Form eines Tropfens gebildet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man auf sich selbst um eine Querachse eine sandwichartige Gesamtheit auf­ wickelt, die aus drei Blechbändern gebildet wird, nämlich zwei flachen Blechen (5, 6) zwischen denen ein gewelltes Blech (7) gesetzt wird, dessen Wellen sich quer erstrecken, wobei die Wicklung um einen zentralen Kern (4) und auf stirnseitige Unterlagen (8a, 8b, 9a, 9b) bewirkt wird, die beiderseits der Ebene der Bleche angeordnet ist und alle im Querschnitt dieselbe Form, nämlich jene eines Tropfens aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Aufwickeln der Bleche (5, 6, 7) zur Bildung des spiralförmigen Körpers (2) die stirnseitigen Unter­ lagen (3a, 8b, 9a, 9b) entfernt und durch die Endflansche (10, 11) derselben Form ersetzt und daß danach der gesamte Wärmetauscher in ein Bad mit flüssigem Zinn getaucht wird, um zwischen ihnen die Enden der Bleche zu verlöten und Arten von Frei­ räumen in den Berührungszonen der verschiedenen Wellen des gewellten Blechs mit den flachen, angrenzenden Blechen zu bilden, wobei diese Freiräume die Wärme­ leitung quer durch den Wärmetauscher verbessern.