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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von
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Wärmeaustauschern, insbesondere auf Verfahren zur Herstellung von
Mehrkanalwärme aus tauschern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen Verfahrens
zur Herstellung von Wärmeaustauschern.
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Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Schaffung eines neuartigen
Verfahrens zur Herstellung von rohrförmigen Mehrkanalwärmeaustauschern, Rohrförmige
Mehrkanalwärmeaustauscher sind bereits bekannt; Beispiele sind gegeben in dem älteren
US-Patent 3 229 722 desselben Erfinders, sowie in den US-Patenten 3 692 105 von
Joseph M. O'Connor und 3 746 086 von Stephen F. Pasternak und ähnliche. Ein bedeutendes
Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung neuartiger Verbesserungen
gegenüber den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Mehrkanalwärme aus
taus chern.
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Bei der Herstellung von bisher bekannten Mehrkanalwärmeaustauschern
wurden die die rohrförmigen Körper in die Anzahl in Längsrichtung verlaufender Kanäle
oder Durchgänge unterteilenden Trennwände im allgemeinen in einem Strangpreßverfahren
hergestellt. Jedoch ist ein Strangpressen bestimmter Metalle wie beispielsweise
Kupfer und Stahl zu derartigen rohrförmigen Mehrkanalkörpern in einem Stück nur
unter Schwierigkeiten möglich,
wenn nicht gar unmöglich. Ein bedeutender
Vorteil der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung
von rohrförmigen Mehrkanalwärmeaustauschern aus diesen Metallen.
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Ferner bietet die Erfindung ein neues Verfahren zur iferstellung rohrförmiger
Wärmeaustauscher mit in Längsrichtung beabstandeten nach außen vorstehenden Finnen
aus diesen seiner im t itrtj eL-verfahren zu bearbeitenden Metallen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht ferner die IIrstellung
eines rohrförmigen Mehrkanalwärmeaustauschers in einer praktischen und leStungsfShigen
Betriebsweise, die sich leicht und wirtschaftlich kommerziell anwenden läßt.
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Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der folgend4«
Beschreibung und den Ansprüchen hervor und sind in den beigefügteh Zeichnungen dargestellt,
welche lediglich zur Veranschaulichung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
sowie deren Grundsätze und die gegenwärtig filr die beste gehaltene Art der knwendung
dieser Grundsätze zeigen. Es können weitere Äilsführungsformen der Erfindung unter
Verwendung derselben oder äquivalenter Grundsätze zur Anwendung kommen und strukturelle
Veränderungen nach Wunsch von Fachleuten auf diesem Gebiet vorgenommen werden, ohne
von der vorliegenden Erfindung und dem Bereich der beigefügte Ansprüche abzuweichen.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen rohrförmigen Körper der
in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angewendeten Art, Figuren 2, 3
und 4 Darstellungen des in Fig. 1 gezeigten rohrförmigen Körpers im Schnitt zur
Veranschaulichung aufeinanderfolgender Schritte in der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, Fig. 5 eine in etwa perspektivische Seitenansicht zur
Darstellung eines nachfolgenden Verfahrensschrittes in Verbindung mit dem in Fig.
4 gezeigten rohrförmigen Körper, Fig. 6 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 4, zeigt
jedoch einen weiteren nachfolgenden Verfahrensschritt in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und Fig. 7 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie 7-7 der
Fig. 6.
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In der gegenwärtig bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird
ein langgestreckter, im wesentlichen gerader rohrförmiger Körper von rundem Querschnitt,
wie beispielsweise der in Fig. 1 gezeigte rohrförmige Körper 1, in einen Wärmeaustauscher
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(Fig. 6) umgewandelt, welcher langgestreckt und effektiv von
im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ist und eine Anzahl SurchgWnge oder Kanäle
3 aufweist, die sich in L.Engsrlchtung durch ihn hindurcherstrecken, sowie eine
Anzahl auf gegenüber liegenden Seiten des rohrförmigen Körpers 1 mit Abstand in
Länsrichtung aus ihm herausgeformter dornenartiger Finnen lx ¢ Die vorliegende Erfindung
ist insbesondere geeignet zur Verwendung bei rohrförmigen Körpern aus den oben erwähnten
schwer zu bearbeitenden Metallen, wie die oben erwähnten Metalle Kupfer oder Stahl,
und der rohrförmige Körper 1 ist in der bevorzugten AusfUhrungsfors der Erfindung
aus einem dieser Metalle hergestellt. Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch
einsehen, daß dies lediglich der Veranschaulichung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dient und in der Konstruktion des rohrförmigen Körpers 1 andere Metalle
verwendet werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung in ihrem weiteren
Sinne abzuweichen.
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Der rohrförmige Körper 1 gemäß der Darstellung in den Zeichnungen
ist in seiner ursprünglichen Form im wesentlichen kreisförmig im Querschnitt mit
einem kreiszylindrischen Hauptabschnitt 5 zur Bildung des Durchgangs 6, welcher
sich in Längsrichtung dort hindurcherstreckt. In der bevorzugten AusfUhrungsform
des rohrförmigen Körpers 1 ist eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter langgestreckter
Rippen 7 mit Abstand
um den Außenumfang des Hauptkörpers 5 herum
angeordnet, die sich in Längsrichtung desselben im wesentlichen geradlinig parallel
zueinander und zu der Längsachse des Hauptabschnitts 5 erstrecken.
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Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung wird der rohrförmige
Körper aus seiner in Fig. 1 gezeigten runden Form zu einer länglichen oder im wesentlichen
rechteckigen Form abgeflacht, wie in Fig. 3 gezeigt. Dies Abflachen kann in jeder
geeigneten Weise durchgeführt werden, wie beispielsweise durch HindurchfUhren des
rohrförmigen Körpers 1 durch eine geeignete Walzstraße mit einer Anzahl fortschreitend
enger beabstandeter Walzenpaare. Vorzugsweise wird vor einem derartigen Abflachen
ein Dorn, wie beispielsweise der Dorn 8 (Figuren 2 und 3) in den rohrförmigen Körper
in einer solchen Stellung eingesetzt, daß er sich in Längsrichtung durch ihn hindurch
und diametral quer über ihn erstreckt. Das Einsetzen des Dornes 8 in den rohrförmigen
Körper 1 dient dem Zweck der Mithilfe bei der Sicherstellung einer Abflachung des
rohrförmigen Körpers 1 nicht huber das erwünschte Maß hinaus.
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In der gewünschten abgeflachten Form des rohrförmigen Körpers 1 wie
in Fig. 3 gezeigt, sind der llauptabschnitt 5 und die Rippen 7 in eine solche Stellung
bewegt worden, in welcher sie in eine obere Wand 9 und eine untere Wand 10 entsprechend
der Darstellung in Fig. 3 bilden, die im wesentlichen flach, parallel und mit Abstand
voneinander angeordnet sind, zwischen den Seitenwänden 11 und 12 liegen, die sich
zwischen entsprechenden
benachbarten Seitenflächen der Wände 9
und 10 erstrecken, und durch diese Seitenwände 11 und 12 miteinander verbunden sind.
Bei diesem Abflachen des rohrförmigen Körpers 1 ist der durchgang 6 in einen im
wesentlichen flachen rechteckigen Durchgang verformt worden (Fig. 3).
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Im Anschluß daran wird in der bevorzugten praktischen Ausfthrungsform
der Erfindung eine Anzahl Drähte 13 mit parallelen Abstand voneinander und von den
Seitenwänden 11 und 12 angeordnet (Fig. 4). Die Drähte 13 oder wenigstens deren
Außenseiten haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als den des rohrförmigen Körpers
1. Wenn beispielsweise der rohrförmige Körper 1 aus Stahl mit einem Schmelzpunkt
von 26000F hergestellt ist, dann können die Drähte aus einem Kupfer mit einem Schmelzpunkt
von 16000F hergestellt sein, oder sie können aus Stahl mit einem Kupferüberzug hergestellt
sein, wobei der Überzug einen Schmelzpunkt von 16000F hat. Natürlich können bei
einem rohrförmigen Körper 1 aus Stahl die Drähte 13 aus anderen Metallcn mit einem
niedrigeren Schmelzpunkt hergestellt sein, wie beispielsweise aus Zink mit einem
Schmelzpunkt von etwa 75oO1 oder Aluminium mit einem Schmelzpunkt von etwa 11000F.
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Andererseits können, wenn der. rohrförmige Körper 1 in der bevorzugten
Aus führungs form der Erfindung aus Kupfer hergestellt ist, die Drähte 13 nicht
aus Stahl sein (natürlich, wenn nicht der Stahl mit einem Metall von einem niedrigeren
Schmelzpunkt als dem des Kupfers überzogen ist), da es bevorzugt wird, daß
die
Drähte 13 einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als der rohrförmige Körper 1, und
zwar aus Gründen, die im Anschluß hieran ausführlicher erörtert werden.
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Die Drähte 13 können vorübergehend in der richtigen Lage in dem rohrförmigen
Körper gehalten werden, um mit dem nächsten Schritt des vorliegenden Verfahrens
in beliebiger geeigneter Weise fortzufahren, wie beispielsweise die Drähte auf eine
solche Querschnittsgröße zu bringen, daß sie eng anliegexxl,jedoch mit Reibungsgleitpassung
in die Öffnung 6 passen, oder dünne Plättchen aus geeignetem Material, wie beispielsweise
Kohle, mit einer geringeren Dicke als derjenigen der Drähte 13 zwischen den benachbarten
Drähten 13 und zwischen den Seitenwänden 11 und 12 und den relativ dazu nächstbenachbarten
Drähten 13 einzusetzen.
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Bei dieser Anordnung der Drähte 13 in dem rohrförmigen Körper 1 kann
der rohrförmige Körper 1 in Längsrichtung durch eine geeignete Heizvorrichtung,
wie beispielsweise die in Fig. 5 perspektivisch gezeigte Heizvorrichtung H hindurchgeführt
werden, in welcher der rohrförmige Körper 1 und die eingeschlossenen Drähte 13 auf
eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes wenigstens der Außenseite der Drähte
13 durch eine geeignete Heizeinheit 14 erwärmt werden, wie beispielsweise eine Induktionsheizeinrichtung
in Form eines Überwurfs oder eine Mikrowelleneinheit oder dergleichen, während die
obere Wand 9 und die untere Wand 10 des rohrförmigen Körpers 1 mit
den
Drähten 13 durch geeignete Mittel wie beispielsweise Druckrollen 15 fest in Eingriff
gehalten werden, und dann wa1'ii'end des Haltens der Wände 9 und 10 somit in festem
Eingriff mit den Drähten 13 einer Kühlung bis unter den oben erwähnten Schme punkt
überlassen werden, um somit die Drähte 13 durch die Lätwirkung der vorher geschmolzenen
Abschnitte 16 der entsprechenden Drähte 13, die mit den Wänden 9 und 10 in Eingriff
(reha.lten werden, in einer Klebverbindung an ihrem Platz in dem <lIrförmigen
Körper 1 zu sichern und die Befestigt der Drähte 13 an dem rohrförmigen Körper 1
gemäß der Darstellung in Fig. 7 durch Kleben oder Löten zu ermöglichen.
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Nachdem die Drähte 13 auf diese Weise in dem rohrförmigen Körper befestigt
worden sind, hat der gesamte Einbau die in Fig. 4 gozeigte Form. Im Anschluß daran
können Finnen, wie beispielsweise die oben erwähnten Finnen 4 aus den von der oberen
Wand 9 und der unteren Wand 10 nach außen vorstehenden Rippen 7 in einem beliebigen
geeigneten Verfahren herausgeformt worden, wie beispielsweise nach dem in dem oben
erwähnten Patent 3 692 105 von O'Connor offenbarten Verfahren, in welchem beabstandete
Finnen 4 aus den Rippen, wie den Rippen 7, und untergreifenden Wan<I-abschnitten,
wie den untergreifenden Wandabschnitten des Ilauptabschnitts 5 der Wände 9 und 10,
herausgeschnitten oder herausgemeißelt werden, wie in dem oben erwähnten Patent
Nr. 3 692 105 in allen Einzelheiten beschrieben. Bei dieser Konstruktion der Rippen
4 ist ersichtlich, daß jede der Rippen 4 einen Hauptabschnitt
17
enthält, der aus dem Hauptabschnitt 5 des rohrförmigen Körpers 1 herausgeschnitten
oder herausgemeißelt ist und sich im wesentlichen quer über die gesamte Breite der
Wände 9 und 10 hinwegerstreckt,und eine Anzahl Dorne 18, die aus den Rippen 7 herausgeschnitten
oder herausgemeißelt sind, von jedem der Hauptabschnitte 17 nach außen vorsteht.
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Gegebenenfalls können natürlich die Finnen 4 nur aus den Rippen 7
auf den Wänden 9 und 10 in der in dem oben erwähnten Patent Nr.
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3 229 722 und der älteren Anmeldung 3 202 212 desselben Erfinders
offenbarten Weise geformt werden, in welchem Fall die Finnen lediglich die Form
der Dorne 18 ohne den untergreifenden Basisabschnitt 17 aufweisen, wie in Fig. 6
gezeigt.
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Es nei daran erinnert, daß in der bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung die Drähte 17 oder wenigstens die Oberflächen dieser Drähte
einen ScSnelzpunkt haben, der unter dom des rohrförmigen Kö'rjers 1 lieGt. Dics
gilt auch eher als eine USsehr zur Sicherstelun, daß be:i der Klebbefestigting der
Drähte 13 an dem rohrförmigen Körper 1 durch die oben erwähnte Lötverbindung der
rohrfö.rmi.ge Körper 1 nicht aus seiner Form gebracht wird, da die Befestigllng
durch Klebverbindung bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des rohrförmigen
Körpers 1 stattfindet.
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Es ist zu beachten, daß in dem oben erwähnten Verfahren eine Anzahl
Drähte 13 zur Anwendung kam. Fachleute auf diesem
Gebiet werden
cinsehen, daß dlos dediglich der Veranschaulichung und keineswegs der Berrensune)
dient; es kännte auch ein einzeiner Draht 13 benutzt werden, uni einen Mehrkanalwärmoaustauscller
mit zwei Kanälen jeweils auf gegenüberiiegenden Seiten des einzelnen Drahtes zu
schaffen, ohne von dem Bereich der Erfindung im weiteren Sinne abzuweichen.
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In der praktischen Durchführung der Erfindung wird festgestellt werden,
daß ein rohrförmiger Wärmeaustauscher mit einer 4nY. il in Längsrichtung durch ihn
hindurchführender Durchgänge oder Kanäle ohne weiteres in einem neuartigen und leistungsfähigen
Verfahren hergestellt werden kann.
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Es ist ebenso ersichtlich, daß es bei der praktischen Durchführung
der vorliegenden Erfindung möglich ist, derartige Nehrkanalwärmeaustauscher aus
Metallen der oben erwahnten Art, die nur mit Schwierigkeiten oder unmöglich im Strangpreßverfahren
zu Mehrkanaleinheiten zu verarbeiten sind, effelctiv und in leistungsfähiger Weise
herzustellen.
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Es ist somit durch die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren
zur Herstellung von rohrförmigen Wärmeaustauscllern mit von ihnen nach außen vorstehenden
und in Längsrichtung auf ihnen beabstandeten Finnen geschaffen worden.
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Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein neuartiges Verfahren,
welches praktisch und leistungsfähig im Betrieb ist und
leicht
und wirtschaftlich kommerziell verwendet werden kann.
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Während somit die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben
und veranschaulicht wurde, sei doch darauf hingewiesen, daß Veränderungen und Abwandlungen
möglich sind und die Erfindung keineswegs auf die hier gegebenen Einzelheiten begrenzt
ist, sondern alle in den Bereich der Ansprüche fallenden Abwandlungen und Veränderungen
von der Erfindung mit umfaßt werden,