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Die vorliegende Erfindung betrifft
Austauscher und insbesondere Austauscher, die dazu bestimmt sind,
einen Wärmeaustausch
zwischen zwei Fluiden zu gewährleisten,
die voneinander getrennt sein sollen. Sie betrifft insbesondere
Austauscher vom Spiraltyp, die durch Herumschlingen von Folien, insbesondere
aus Metallblech ausgeführt
sind. Ein derartiger Austauscher, der den nächsten Stand der Technik darstellt,
ist aus dem Dokument US-4,124,069 bekannt.
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Es ist bekannt, dass Austauscher
dieses Typs im allgemeinen aus zwei Blechfolien gebildet sind, die
durch Dornen beabstandet gehalten werden, welche zwei Blechfolien
herumgeschlungen sind, wobei der Abstand einer jeden der aufeinanderfolgenden
Windungen dieser Wicklung ebenfalls mittels Dornen erhalten wird,
wobei diese Dornen durch Metallumformung wie insbesondere durch
Tiefziehen gebildet werden. Nach dem Herumschlingen nimmt man das
Schweißen
der Ränder
der Bleche vor, derart, dass somit zwei unabhängige Fluidkreisläufe gebildet
werden, nämlich
einen ersten Kreislauf zwischen den beiden Folien und einen zweiten
Kreislauf zwischen den verschiedenen Windungen der Wicklung.
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Man versteht, dass der Abstand, der
durch die Dornen erzeugt ist, die jeweiligen Druckverluste der beiden
Fluidkreisläufe
des Austauschers festlegt. Für
bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, diesen Druckverlust zu
verringern, was man erhalten kann, indem man den Abstand der Folien
und der Windungen der Wicklung erhöht. Diese Erhöhung des
Abstands kann nur durch eine Erhöhung
der Höhe
der Dornen erhalten werden. Nun ist diese Letztgenannte durch die
Verformbarkeit des verwendeten Metalls begrenzt, die selbst wohlgemerkt Funktion
der Beschaffenheit des konstitutiven Materials der Folien ist, seiner
Dicke und des Basisdurchmessers des gebildeten Dorns. Man kann wohlgemerkt
den Basisdurchmesser des Dorns erhöhen, um mit derselben Handlung
dessen Höhe
zu erhöhen.
Eine derartige Ausführungsform
weist jedoch den Nachteil auf, den Umfang der erzeugten Hindernisse
zu erhöhen,
die der Zirkulation des Fluids in den beiden Kreisläufen entgegenwirken,
was zur Wirkung hat, dass der Druckverlust des Austauschers erhöht wird.
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Die vorliegende Erfindung hat zur
Aufgabe, ein Mittel vorzuschlagen, das gestattet, den Druckverlust
der Kreisläufe
eines Austauschers vom Spiraltyp zu verringern, und dies, indem
der Abstand der beiden Folien und/oder der Abstand der aufeinanderfolgenden
Windungen des Austauschers erhöht
wird, und dies, ohne deshalb den Basisdurchmesser der benutzten
Abstandsdornen zu erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung hat somit
zum Gegenstand einen Austauscher vom Spiraltyp, gebildet aus zwei
ineinandergreifenden Fluidkreisläufen, nämlich einem
ersten Kreislauf, der durch den Raum zwischen zwei beabstandeten
Folien gebildet ist, die um sich selbst herumgeschlungen sind, und
einem zweiten Kreislauf, der durch den Raum zwischen den aufeinanderfolgenden
Windungen dieser Wicklung gebildet ist, und wo:
- – die beiden
Folien an ihren jeweils gegenüberliegenden
Flächen
innere Abstandshalterelemente und/oder an ihren abgewandten Flächen äußere Abstandshalterelemente
aufweisen,
- – diese
inneren und äußeren Abstandshalterelemente
entlang der Längsachse
der Folien derart angeordnet sind, dass, so bald die Folien herumgeschlungen
sind, die inneren und äußeren Abstandshalterelemente
einer Folie an den entsprechenden inneren und äußeren Abstandshalterelementen
der anderen Folie in Anlage kommen,
dadurch gekennzeichnet,
dass:
- – die äußerste Fläche von
mindestens einem von zwei in Anlage befindlichen Abstandshalterelementen
allgemein eben ist.
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Vorzugsweise sind die Abstandshalterelemente
an den Folien durch ein Umformverfahren wie insbesondere ein Tiefziehverfahren
gebildet.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung weist der Austauscher zwischen den inneren und/oder äußeren Abstandshalterelementen
Wellen auf, die im wesentlichen quer entlang mindestens eines Abschnitts
der Breite der Folien angeordnet sind. Eine derartige Anordnung gestattet
in der Annahme, wo insbesondere aus Herstellungsgründen zwei
Abstandshalterelemente, die an einer Querachse der Folie angeordnet
sind, nicht genau ein und dieselbe Höhe hätten, was eine Längenvariation
der Folie während
des Herumschlingens zur Folge hätte,
diese Längenvariation
durch eine Verformung der Welle in der Längsrichtung zu kompensieren.
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Die Abstandshalterelemente können zumeist kegelstumpfförmig sein,
wobei die jeweiligen kleinen Basen dieser Kegelstümpfe miteinander
in Kontakt kommen und die Oberfläche
der jeweiligen kleinen Basen dieser Kegelstümpfe gestattet, die Positionierungsfehler
der somit ausgeführten
Abstandshalterelemente zu kompensieren.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird die kleine Basis des Kegelstumpfelemets um einen
Winkel bezogen auf die Ebene der Folie vor ihrem Herumschlingen
geneigt. Eine derartige Anordnung gestattet, eine Selbstregelung
der Höhe
der Abstandshalterelemente auszuführen, wie nachfolgend erläutert.
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Vorzugsweise ist der Neigungswinkel
der äußersten
Flächen
der Abstandshalterelemente bezogen auf die Ebene der Folie derart,
dass während
des Herumschlingens der Zug, den man auf eine äußere Folie ausübt, zur
Wirkung hat, dass die äußerste Fläche der
Abstandshalterelemente dieser Folie an den entsprechenden äußersten
Flächen
der Abstandshalterelemente einer inneren Folie gleitet.
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Nachfolgend werden beispielhaft und
nicht beschränkend
verschieden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer gefalteten Blechfolie
ist, die mit Abstandshalterdornen gemäß dem Stande der Technik, vor
dem Schritt des Herumschlingens versehen ist.
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1a eine
Ausführungsvariante
der Erfindung ist, in der die Folien mit quergerichteten Wellen versehen
sind, die zwischen den Abstandshalterelementen angeordnet sind.
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2 eine
schematische Querschnittansicht der Blechfolie gemäß dem Stande
der Technik ist, die in 1 nach
dem Schritt des Herumschlingens dargestellt ist.
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3 eine
perspektivische und Längsschnittansicht
zweier Folien ist, die dazu bestimmt sind, einen erfindungsgemäßen Austauscher
vor dem Schritt des Herumschlingens zu bilden.
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3a ein
perspektivische und Längsschnittansicht
zweier Folien ist, die dazu bestimmt sind, einen erfindungsgemäßen Austauscher
vor dem Schritt des Herumschlingens zu bilden und die mit Wellen
versehen sind wie in 1a dargestellt.
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4 eine
schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Austauschers
ist, der ausgehend von Metallfolien gebildet ist, die in 3 dargestellt sind.
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4a eine
vergrößerte Teilschnittansicht einer
Ausführungsvariante
eines Abschnitts der Wicklung ist, die in 4 dargestellt ist.
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5 eine
Längsschnittvariante
zweier Folien vor dem Herumschlingen ist, die eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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5a eine
vergrößerte Querschnittansicht der
Ausführungsvariante
der Erfindung ist, die in 5 dargestellt
ist.
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6 eine
vergrößerte Teilschnittansicht
einer Ausführungsvariante
eines Abschnitts der Wicklung ist, die in 4 dargestellt ist.
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In 1 und 2 hat man schematisch, jeweils vor
und nach dem Herumschlingen einen Blechstreifen dargestellt, der
dazu bestimmt ist, einen Austauscher gemäß dem Stande der Technik zu
bilden. Dieser Blechstreifen wird auf Länge gebracht und an einem seiner
Enden entlang seiner Querachse xx' gefaltet, derart, dass er sich in 1 darbietet wie aus zwei
Folien gebildet, nämlich
eine obere Folie 1 und eine untere Folie 2. An
der oberen Folie 1 hat man eine Reihe von Dornen 3a ausgeführt, die
durch Tiefziehen, von innen nach außen gebildet sind, und an der
unteren Folie 2 hat man auf dieselbe Weise eine Reihe von
Dornen 5b gebildet, die sich von außen nach nach innen erstrecken.
Unter diesen Bedingungen, wenn man diese Einheit der beiden Folien 1 und 2 herumschlingt
wie in 2 dargestellt,
gewährleisten
die Dornen 5b den erforderlichen Abstand zwischen den Folien 1 und 2 und
die Dornen 3a gewährleisten
den erforderlichen Abstand zwischen den verschiedenen aufeinanderfolgenden
Windungen.
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Der erfindungsgemäße Austauscher nimmt das allgemeine
Basisprinzip wieder auf wie in 3, 4 und 4a dargestellt, d. h., er ist ebenfalls
ausgehend von einer oberen Folie 1 und einer unteren Folie 2 gebildet,
an welchen man ebenfalls durch Tiefziehen Dornen bildet, die dazu
bestimmt sind, sowohl den Abstand der oberen Folie 1 und
der unteren Folie 2 als auch den Abstand zwischen den Windungen
zu gewährleisten.
Somit führt
man ausgehend von der Folie 1 zwei Reihen von Dornen aus,
nämlich
Dornen 3a einer Höhe
ha, die sich von innen nach außen erstrecken
und Dornen 3b einer Höhe
hb, die sich von außen nach innen erstrecken.
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Ebenso hat man ausgehend von der
Folie 2 zwei Reihen von Dornen ausgeführt, nämlich Dornen 5a einer
Höhe Ha, die sich von innen nach außen erstrecken,
und Dornen 5b einer Höhe
Hb, die sich von außen nach innen erstrecken.
Erfindungsgemäß haben
die Abstandshalterdornen vorzugsweise die Form von Kegelstümpfen, d.
h., dass sie sich ausgehend von der Basis der Folien 1 und 2 ins
Innere und/oder nach außerhalb
der Letztgenannten erstrecken und in einer Platte 6, nämlich den
Platten 6a und 6b enden, was die Dornen anbetrifft,
die an der Folie 1 ausgeführt sind, und Platten 6a' und 6b', was die Dornen
anbetrifft, die an der Folie 2 ausgeführt sind. Diese Platten sind
in dem Maße
vorteilhaft, wie sie gestatten, eine Verlagerung zu kompensieren,
die sowohl in der Querrichtung als auch in der Längsrichtung der Folien, zwischen
den Dornen gegenüber den
zwei angrenzenden Folien eintreten würde. In der Tat bestimmt man
erfindungsgemäß entweder durch
Berechnung oder durch Experiment die jeweiligen Abstände 1 der Dornen entlang der Längsachse yy' der herumzuschlingenden
Folien 1 und 2, damit während der Phase des Herumschlingens
die Dornen 3b der oberen Folie und die Dornen 5b der
unteren Folie sich genau einander gegenüber befinden, derart, dass
der Abstand e der Folien 1 und 2 gleich der Summe
der Höhe
hb und Hb der Dornen 3b und 5b ist,
die sich nach innen erstrecken und dass der Abstand E zwischen den
Windungen gleich der Summe der Höhe
ha und Ha der Dornen
ist, die sich nach außen
erstrecken.
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Wohlgemerkt kann man als Funktion
der Anwendung, die dem betrachteten Austauscher bestimmt ist, einen
Abstand E zwischen den Windungen vorsehen, der von dem Abstand e
verschieden ist, der zwischen einer jeden der beiden Folien 1 und 2 existiert,
indem man demzufolge den Höhen
h und H dieser jeweiligen Dornen die gewünschten Werte verleiht.
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Wie in 1a und 3a dargestellt, kann man in
der Querrichtung der Folien 1 und 2 Wellen 4 vorsehen,
die in derselben Richtung ausgerichtet sind wie die Dornen bezogen
auf die Ebene der Folien.
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Diese Wellen sind dazu bestimmt,
den Folien ein Formänderungsvermögen entlang
ihrer Längsachse
zu verleihen, das gestattet, jegliche Längenvariation der Folien zu
kompensieren, die während
des Herumschlingens auftreten kann, und insbesondere diejenigen,
die durch Höhenvariationen
der ver schiedenen Dornen verursacht sind, die an ein und derselben
im wesentlichen querliegenden Achse gelegen sind. Die Wellen können nur
an einer der beiden Folien ausgeführt sein und sie können sich
nur auf einem Abschnitt von deren Breite erstrecken.
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Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform
der Abstand der Bleche und der Wicklungen jeweils durch Dornen bestimmt
ist, könnte
dieser Abstand mithilfe anderer Mittel erhalten werden und insbesondere
mithilfe von Einsätzen
oder Anschlägen, die
an den Folien 1 und 2 befestigt wären, insbesondere
durch Schweißen
in dem Fall, wo diese Folien aus Metall wären, oder durch Leimung in
dem Fall, wo sie aus Kunststoff wären.
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Man könnte ebenfalls erfindungsgemäß zwischen
den Folien 1 und 2 doppelte Ausstülpungen vorsehen
und einfache Ausstülpungen
zwischen einer jeden der Windungen der Wicklung, wie in 6 dargestellt.
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Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls
vorteilhaft, da sie gestattet, eine Selbstregelung zu gewährleisten,
die die Variationen des Durchmessers der Windungen, der Dornenhöhe, von
Ganghöhen
zu korrigiert, die während
des Herumschlingens zum Ausdruck kommen. In einer derartigen Ausführungsform,
die in 5 und 5a dargestellt ist, sind
die Dornen 3b und 5b ebenfalls durch Umformung
der Folie, insbesondere durch Tiefziehen gebildet. Die somit ausgeführten Dornen
sind ebenfalls allgemein kegelstumpfförmig, wobei die kleine Basis 6b, 6b' der Letztgenannten,
d. h. die Kontaktfläche
der Dornen untereinander hingegen um einen Winkel i bezogen auf
die Ebene der Folie vor ihrem Herumschlingen geneigt ist, wie in 5 dargestellt. Unter diesen
Bedingungen, wenn man das Herumschlingen der verschiedenen Windungen
vornimmt, stellt man fest, wie in 5a dargestellt,
dass die Dornen, die der äußeren Oberfläche von
zwei aufeinanderfolgenden Windungen zugehörig sind, durch ihre jeweiligen
geneigten Basen 6b und 6b' in Kontakt kommen. Unter diesen
Bedingungen, falls infolge von Problemen, die mit der Herstellung
zusammenhängen,
sich insbesondere der Abstand der Bleche erhöht, erhöht sich der Durchmesser der
Wicklung ebenfalls, derart, dass sich der Scheitel des Dorns des äußeren Blechs 2 bezogen
auf den Scheitel des Dorns des unteren Blechs 1 aufgrund
der Erhöhung
des Umfangs vertieft versetzt befindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung
nähert
sich die äußere Folie 2 nun
der unteren Folie 1 an, bis der Abstand gleich demjenigen
wird, der zu Beginn des Herumschlingens bestand.
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Man wird feststellen, dass die Neigung
i, die durch die kleine Basis der Dornen gebildet ist, ausreichend
groß ist,
um die Herstellungstoleranzen schnell zu korrigieren.