DE3509226C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 aufweist.

Ein derartiger Wärmetauscher ist in dem DE-GM 66 05 139 be­ schrieben und dargestellt. Die Kanalwände bestehen dabei aus zwei Blechstreifen, nämlich einem sogenannten Außenband und ei­ nem sogenannten Innenband. Das Außenband ist an einem axialen Ende zum Innenband hin abgekröpft und mit diesem verschweißt, so daß der Kanal an dieser Stirnseite dicht abgeschlossen ist. Der andere Kanal ist in entsprechender Weise an der anderen Stirnseite durch Verschweißung der beiden Blechstreifen dicht abgeschlossen. Durch diese Konstruktion wird die Reinigung des Wärmetauschers erschwert, denn einerseits ist jeder Kanal nach Abnahme der entsprechenden Platte nur von einer Stirnseite her zugänglich, und andererseits können sich an der der offenen Stirnseite des Kanals gegenüberliegenden Schweißstelle Ver­ schmutzungen absetzen, die nur sehr schwer oder gar nicht ent­ fernt werden können. Nachteilig ist ferner die aufgrund der Ab­ kröpfungen und Verschweißungen arbeitsaufwendige Herstellung dieses Wärmetauschers.

Die DE-PS 1 28 288 hat eine Flüssigkeitskühlvorrichtung mit qua­ dratischer Grundfläche zum Gegenstand, deren Kanäle für den Durchlauf der zu kühlenden Flüssigkeit, beispielsweise Bier, etwa schneckenförmig verlaufen und an den Quadratecken jeweils rechtwinklig umgelenkt sind. Die Kanäle werden durch zwei mit etwa schneckenförmigen, im Querschnitt halbkreisförmigen Ein­ drückungen versehene Platten und eine ebene Zwischenplatte ge­ bildet. Zur Kühlung der Flüssigkeit muß dieser Wärmetauscher in einen Kühlbehälter gestellt werden.

Bei einem weiteren Wärmetauscher, der in der DE-PS 19 13 226 er­ läutert ist, sind zwischen zwei Endplatten spiralförmige Kanäle aufweisende Hohlscheiben angeordnet, die ihrerseits jeweils aus zwei Platten bestehen, die miteinander durch Schweißen oder dgl. verbunden sind. Eine Reinigung dieser Kanäle ist damit nur bedingt möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs umrissenen Bauart zur Verfügung zu stellen, der so einfach aufgebaut ist, daß er nicht nur eine kostengünstige Her­ stellung erlaubt, sondern vor allem auch leicht auseinanderge­ nommen werden kann, um ihn bei Bedarf gründlich reinigen zu kön­ nen. Trotz der Möglichkeit der einfachen und raschen Zerlegung soll dabei die einwandfreie Abdichtung der Kanäle nicht beein­ trächtigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Bei einem derartigen Wärmetauscher können die Kanalwände aus ei­ nem einfachen Blechstreifen etwa spiralförmig gebogen werden, ohne daß diese an ihren axialen Enden durch Schweißen oder dgl. miteinander verbunden werden müssen, um die Kanäle nach außen abzuschließen. Die Funktion des Kanalabschlusses und der gegen­ seitigen Abdichtung der Kanäle übernimmt dabei die elastisch nachgiebige Dichtfläche, in die die axialen Enden der Kanalwän­ de eingedrückt sind. Ein erheblicher Vorteil besteht darin, daß nach Abnahme der beiden Platten eine einwandfreie Reinigung der Kanäle möglich ist, weil keine Ecken und Kanten oder Verbin­ dungsstellen die bequeme Zugänglichkeit erschweren. Dies ist be­ sonders wichtig bei der Anwendung des Wärmetauschers in der Le­ bensmittelindustrie mit strengen Anforderungen an die Hygiene, beispielsweise in Brauereien, Brennereien oder dgl.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Kanalwän­ de beider Kanäle aus einem einzigen, zusammenhängenden Blech­ streifen, der bis zur Mitte hin spiralförmig gebogen ist, um an dieser Stelle in die nach außen führende, zweite Spirale überzu­ gehen.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Dichtfläche aus einer an der jeweiligen Platte befestigten Dichtscheibe besteht, wobei zwischen diese und die Platte ein Druckmedium (Luft oder Flüssigkeit) eingeführt werden kann. Diese Maßnahmen verbessern die einwandfreie Abdichtung der Kanäle und verhindern Leckverlu­ ste, was vor allem dann von Bedeutung ist, wenn die Platten auf­ grund des Innendruckes im Wärmetauscher nach außen durchgebogen werden.

Als Werkstoff für die Dichtscheiben eignen sich beispielsweise Kunststoffe oder Gummi.

Die Kanalwände und die glatten können durch Klemmbefestigungs­ mittel zusammengehalten werden, wodurch nicht nur der Zusammen­ bau erleichtert wird, sondern vor allem die Zerlegung zum Zwecke der Reinigung.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine stirn­ seitige Platte des Wärmetauschers zugleich einen axial dahinter­ geschalteten, zweiten Wärmetauscher derselben Bauart abdeckt, wobei im mittleren Bereich dieser Zwischenplatte eine Durch­ trittsöffnung für das Wärme aufnehmende Medium und eine Durch­ trittsöffnung für das im Gegenstrom durchlaufende, Wärme abge­ bende Medium eingearbeitet sind.

Ein derartiger Zwillingswärmetauscher mit Gegenstrombetrieb hat einen ausgezeichneten Wirkungsgrad und wegen seiner kompakten Bauweise und seiner geringen Außenfläche nur geringe Wärmeverlu­ ste.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch einen vorschlagsgemäßen Zwillingswärmetauscher,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 rechten Hälfte des Wärmetauschers bei abgenommenen Platten,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht des in Fig. 1 linken Teils des Wärmetauschers,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der die beiden Wärme­ tauscher gemäß Fig. 2 und 3 trennenden Zwischenplat­ te und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer an den Stirnseiten vorgesehenen Platte.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die Kanäle des "Zwillingswärmetau­ schers" an beiden Stirnseiten durch je eine Platte 10 und in der Mitte durch eine Zwischenplatte 10′ abgedeckt. Die Platten bestehen beispielsweise aus Stahl. Jeder der beiden Wärmetau­ scher des Zwillingswärmetauschers hat zwei ineinander verlaufen­ de, spiralförmige Kanäle 12 und 14, von denen der Kanal 12 für den Durchlauf eines Wärme abgebenden Mediums und der Kanal 14 für den Durchlauf eines Wärme aufnehmenden Mediums dient; selbstverständlich kann dies auch umgekehrt sein. Die Kanalwän­ de 16 bestehen aus einem zunächst ebenen Blechstreifen, bei­ spielsweise aus Stahlblech, der bis zum mittleren Bereich i.w. spiralförmig nach innen gebogen ist; im Anschluß daran ist der­ selbe Blechstreifen spiralförmig nach außen gebogen (vgl. Fig. 2 und 3). Auf diese Weise ergeben sich die beiden ineinan­ derverlaufenden, spiralförmigen Kanäle 12 und 14.

An der Mantelfläche ist der Wärmetauscher durch eine zylindri­ sche Hülse 18 abgeschlossen, von der an beiden Enden radial nach außen je ein Flansch 20 absteht, welcher über nicht weiter dargestellte Schrauben 22 mit der Platte 10 bzw. der Zwischen­ platte 10′ verbunden ist.

Zur Herstellung einer Abdichtung der Kanäle 12 und 14 ist an den Innenseiten jeder Platte 10 bzw. 10′ eine Dichtscheibe 24 aus elastisch nachgiebigem Werkstoff, beispielsweise Gummi oder Kunststoff, vorgesehen, gegen die die axialen Enden der Kanal­ wände 16 gedrückt sind. Die Schrauben 22 stellen dabei eine Klemmbefestigung zwischen den Kanalwänden 16 und den Platten 10, 10′ her, so daß sich, wie vor allem in Fig. 1 angedeutet ist, die axialen Enden der Kanalwände 16 in diese Dichtscheiben 24 eindrücken.

Beim Beispiel der Fig. 1 ist die Dichtscheibe 24 der Zwischen­ platte 10′ auf der ganzen Fläche fest mit dieser verbunden, wäh­ rend zwischen der gegenüberliegenden Dichtscheibe 24 und der äußeren Platte 10 ein Zwischenraum 26 besteht, in den über eine Anschlußleitung 28 ein Druckmedium (Flüssigkeit oder Gas) einge­ führt werden kann. Dieses Druckmedium verbessert die Abdichtung der Kanäle 12 und 14 untereinander und nach außen und gleicht Verformungen der Platte 10 aus, die durch den Innendruck im Wär­ metauscher ausgelöst werden können.

Um eine etwa gleichbleibende Höhe der Kanäle 12 und 14 sicherzu­ stellen, sind an dem die Kanalwände 16 bildenden Blechstreifen in bestimmten Abständen Abstandsstifte 30 befestigt, die in den Fig. 1 und 2 angedeutet sind und die im spiralförmig geboge­ nen Zustand des Blechstreifens axial miteinander fluchten und dadurch die Kanalwände 16 auf dem gewünschten Abstand voneinan­ der halten.

Dieser beträgt für die meisten Anwendungsfälle nur etwa 5 mm. Auf diese Weise ergibt sich trotz einer geringen Außenfläche und einem kleinen Bauraum eine große Austauschfläche. Wenn die­ se vergrößert werden soll, wird vorzugsweise nicht der Außen­ durchmesser des Wärmetauschers vergrößert, sondern über die Breite der Blechstreifen die axiale Ausdehnung des Wärmetau­ schers.

Die Fig. 1-3 zeigen, daß jeder Wärmetauscher eine Einlaßöff­ nung 32 und eine Auslaßöffnung 34 hat. Diese sind übereinander angeordnet und münden von der Mantelfläche der Hülse 18 ausge­ hend im wesentlichen tangential in den zugehörigen Kanal 12 bzw. 14.

In Fig. 4 ist angedeutet, daß für den Zusammenbau des Zwil­ lingswärmetauschers an der Zwischenplatte 10′ Befestigungsla­ schen 34 angebracht sein können, an deren Enden die beiden stirnseitig vorgesehenen Platte 10 befestigt werden können. Die Zwischenplatte 10′ ist dabei auf einer Grundplatte 38 befe­ stigt, auf der zwei parallel zur Zwischenplatte 10′ verlaufende Leisten 39 vorgesehen sind, deren Abstand etwa der Breite der Kanalwände 16 entspricht und die zwischen sich den jeweiligen Wärmetauscher mit seiner stirnseitig abschließenden Platte 10 aufnehmen. An einer Vertikalseite der Zwischenplatte 10′ sind die Befestigungslaschen 36′ mit einem Befestigungsauge 40 ausge­ rüstet, dem zwei an der Zwischenplatte 10′ vorgesehene Befesti­ gungsaugen 40′ entsprechen. Mittels Durchsteckbolzen können die Befestigungsaugen 40, 40′ miteinander verbunden werden. Diese Ausbildung ergibt eine besonders einfache Zerlegungsmöglichkeit für den Wärmetauscher, dessen Reinigung dadurch sehr erleich­ tert wird.

Die Fig. 5 zeigt eine der stirnseitig vorgesehenen Platten 10, an der Befestigungsösen 42 oder dgl. vorgesehen sind, die mit den Enden der an der Zwischenplatte 10′ vorgesehenen Befesti­ gungslaschen 36 verbunden werden können.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das zu kühlende Medium beispielsweise über die Einlaßöff­ nung 32 im in Fig. 1 rechten Wärmetauscher in den Kanal 12 bis zur Mitte, wo es über eine Durchtrittsöffnung 44 in der Zwi­ schenplatte 10′ in den entsprechenden Kanal 12 des benachbarten Wärmetauschers fließt und diesen über die Auslaßöffnung 34 wie­ der verläßt. Das die abgegebene Wärme aufnehmende Kühlmedium fließt im Gegenstrom zunächst über die in Fig. 3 gezeigte Ein­ laßöffnung 32 in den Kanal 14 des in Fig. 1 linken Wärmetaus­ chers, wo es im mittleren Bereich über die Durchtrittsöffnung 46 in den entsprechenden Kanal 14 im in Fig. 1 rechten Wärme­ tauscher überströmt und diesen durch die Auslaßöffnung 34 ver­ läßt.

Claims (3)

1. Wärmetauscher mit zwei ineinander verlaufenden, spiralförmigen Kanälen für den Gegenstrom-Durchlauf eines Wärme abgebenden und eines Wärme aufnehmenden Mediums, wobei für jeden Kanal eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung vorgesehen ist, die die Kanäle radial nach außen und nach innen begrenzenden, spiralförmigen Wandflächen eine gerade Erzeugende haben und die axialen Enden der Kanäle jeweils gegen eine elastisch nachgiebige Dichtfläche gedrückt sind, die an einer die zugehörige Stirnseite des Wärmetauschers abschließenden Platte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwände (16) aus einem einzigen, zusammenhängenden Blechstreifen gebogen sind, der bis zur Mitte hin spiralförmig verläuft und dort in eine zweite, nach außen führende Spirale übergeht und dessen axiale Enden beide unmittelbar gegen eine gegenüberliegende, die gesamte Stirnseite abdeckende Dichtscheibe (24) gedrückt sind, wobei die Einlaßöffnung (32) und die Auslaßöffnung (34) des Wärmetauschers an ein und derselben Seite liegen und ausschließlich von dessen gekrümmter Mantelfläche aus i.w. tangential in den zugehörigen Kanal (12, 14) bzw. aus diesem münden, daß zwischen die jeweils äußere Platte (10) und die dieser zugeordnete Dichtscheibe (24) ein Druckmedium einführbar ist, daß die Kanalwände (16) und die Platten (10, 10′) durch Klemmbefestigungsmittel (22) zusammengehalten sind, und daß die Platten (10) auf einer Grundplatte (38) stehen, welche zwei parallele Leisten (39) für die Führung des ausfahrbaren Wärmetauschers aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stirnseitige Platte (10′) des Wärmetauschers zugleich einen axial dahinter geschalteten, zweiten Wärmetauscher derselben Bauart abdeckt, wobei im mittleren Bereich dieser Zwischenplatte (10′) eine Durchtrittsöffnung (46) für das Wärme aufnehmende Medium und eine Durchtrittsöffnung (44) für das im Gegenstrom durchlaufende, Wärme abgebende Medium eingearbeitet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und die Auslaßöffnung (32, 34) jedes der beiden miteinander gekoppelten Wärmetauscher von dessen gekrümmter Mantelfläche aus i.w. tangential in den zugehörigen Kanal (12 bzw. 14) bzw. aus diesem mündet.