DE68907636T2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelwärmeaustauschers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Solch ein Verfahren ist in der US-A-4,259,771 offenbart, die eine Vorrichtung zur Herstellung eines drahtförmigen Wärmetauschers beschreibt, enthaltend eine Einrichtung zur Ausbildung von Kühlrippen, bei der eine Mehrzahl von Drähten in eine gewellte Form gebracht wird; eine Einrichtung zum Überführen der gewellten Drähten in eine aufrechte Lage unter Verwendung von in bestimmten Abständen angeordneten Führungsplatten; eine Einrichtung zum Führen eines sich drehenden Rohrs in einer sich mit den gewellte Drähten kreuz enden Richtung, so daß die Drähte auf das Rohr aufgewickelt werden können; eine Einrichtung zum Steuern der Betriebsgeschwindigkeitsbeziehung der Kühlrippen-Herstellungs-Vorrichtung zur Rohrzuführungseinrichtung, wodurch die gewellten Drähte auf dem Rohr unter einer mäßigen Spannung wendelförmig aufgewikkelt werden können, so daß die aufrechte Lage und der gleiche Abstand wie der der Führungs-Einrichtung beibehalten werden kann; sowie eine Einrichtung zum Verschweißen der Kühlrippen mit dem Rohr.
  • Um sicherzustellen, daß die gewellten, wendelförmig auf dem Rohr aufgewickelten Drähte in ihrer aufrechten Lage ohne die Gefahr des Zusammenfallens gehalten werden, wird eine Spannung auf die Kühlrippen ausgeübt, die ausreicht, diese in aufrechter Lage auf dem Rohr zu halten, während die Fußabschnitte der gewellten Drähte mit der Rohroberfläche elastisch in Kontakt stehen. Da die gewellten Drähte nur durch den federnden Kontakt mit der Rohroberfläche in aufrechter Lage gehalten werden, entstehen Probleme, falls die Dicke der Drähte reduziert bzw. die Höhe der Wellen gesteigert wird.
  • Zusätzliche Probleme werden dann hervorgerufen, wenn die Drähte anstatt an einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt an einem Flachrohr befestigt werden sollen.
  • Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelwärmeaustauschers zu schaffen, der gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 als wärmeleitende Elemente drahtförmige gewellte Nadelkühlrippen aufweist, wobei die gewellten Elemente in der gewünschten Lage exakt auf einem Rohr mit kreisförmigem bzw. einem beliebigen Querschnitt, wie z.B. bei einem Flachrohr, befestigt werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 charakterisiert. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer gewellten Tafel, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Nadelwärmeaustauschers Verwendung findet;
  • Fig. 2 einen schematischen Aufriß einer Vorrichtung zur Herstellung einer aus einer Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen und einem intermediären Fixiermittel bestehenden Tafel;
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Tafel, bei der eine Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen mit einer Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen verbunden ist, wobei letztere sich senkrecht zu ersteren erstrecken;
  • Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels der gewellten Tafel, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Nadelwärmeaustauschers Verwendung findet;
  • Fig. 5 eine Perspektivansicht die ein Beispiel eines Abschnitts der gewellten Tafel gemäß Fig. 4 darstellt;
  • Fig. 6 einen Aufriß eines Abschnitts der gewellten Tafel, bei der das intermediäre Fixiermittel von den gebogenen oberen Enden der Tafel entfernt worden ist;
  • Fig. 7 eine Perspektivansicht des Verfahrensschritts "Aufbringen von Lötzinn auf die Oberfläche eines Rohrs";
  • Fig. 8 eine Perspektivansicht des Aufwickel-Verfahrensschritts der gewellten Tafel auf der Rohroberfläche;
  • Fig. 9 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Röhren-Lamellen-Konstruktion;
  • Fig. 10 eine Perspektivansicht des Verfahrensschritts der Entfernung des intermediäre Fixiermittels von der Röhren-Lamellen-Konstruktion;
  • Fig. 11A einen Längsschnitt der Röhren-Lamellen-Konstruktion, bei der das intermediäre Fixiermittel vollständig entfernt worden ist;
  • Fig. 11B einen Querschnitt der Röhren-Lamellen-Konstruktion gemäß Fig. 11A;
  • Fig. 12 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nadelwärmeaustauschers, gefertigt aus der Röhren-Lamellen-Konstruktion gemäß Fig. 11A;
  • Fig. 13A einen Aufriß eines Flachrohrs, das bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nadelwärmeaustauschers Verwendung findet;
  • Fig. 13B einen Querschnitt entlang der Linie I-I';
  • Fig. 14 eine Perspektivansicht eines Abschnitt einer gewellten Tafel, die bei einer anderen Ausführungsform des Nadelwärmeaustauschers Verwendung findet;
  • Fig. 15 eine Perspektivansicht des Verfahrensschritts "Aufbringen von Lötzinn auf die Oberfläche eines Flachrohrs";
  • Fig. 16 eine Perspektivansicht eines Verfahren zur Überführung einer Vielzahl von Röhren-Lamellen-Konstruktionen in einen Stapelkörper;
  • Fig. 17 eine Perspektivansicht eines weiteren Verfahrens zur Überführung einer Vielzahl von Röhren-Lamellen-Konstruktionen in eine weitere Ausführungsform des Stapelkörpers; und
  • Fig. 18 eine Perspektivansicht zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen dem Stapelkörper gemäß Fig. 16 und einem Kopfstück.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer zur Herstellung des Nadelwärmeaustauschers geeigneten und nachfolgend näher erläuterten Welltafel ist in Fig. 1 dargestellt. Wie hieraus ersichtlich, sind fünf drahtförmige, wärmeleitende Elemente 3a, 3b, 3c, 3d und 3e zu einer Welltafel 22a zusammengefügt. Die fünf drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3a, 3b, 3c, 3d und 3e sind voneinander beabstandet in einem intermediären (temporären) Fixiermittel, z.B. einer Kunststoffolie 11, eingebettet. Nachfolgend wird der Abstand zwischen zwei benachbarten wärmeleitenden Elementen mit Z&sub2; bezeichnet, wie in Fig. 1 dargestellt. Jedes wärmeleitende Element liegt in gewellter Form vor, wobei der Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Wellenspitze 4 eines wärmeleitenden Elements und dem Mittelpunkt einer benachbarten Wellenspitze 4 des gleichen wärmeleitenden Elements, d.h. der Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Abschnitten 5a und 5b der wärmeleitenden Elemente 3a bis e, mit Z&sub1; bezeichnet wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich.
  • Die Dichte Y&sub1; der wärmeleitenden Elemente, ausgedrückt als Anzahl der Elemente pro min in Längsrichtung der wärmeleitenden Elemente, berechnet sich aus dein Wert Z&sub1;, während die Dichte Y&sub2; der wärmeleitenden Elemente, ausgedrückt als Anzahl der Elemente pro mm senkrecht zur Längsrichtung der wärmeleitenden Elemente, sich aus dem Wert Z&sub2; berechnet. Das in obiger Gleichung verwendete Formelzeichen Y ist als Mittelwert aus Y&sub1; und Y&sub2; definiert. Y&sub1; und Y&sub2; liegen unter Bedingungen, die obige Gleichung erfüllen, vorzugsweise zwischen 0.2 und 10 pro mm.
  • Die Größe der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3a bis 3e und die Dichte der Vielzahl der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente erfüllen vorzugsweise die folgende Gleichung:
  • 0.25 ≤ X ≤ 2.5
  • 0.5 ≤ XY ≤ 2.5,
  • wobei X für den Umfang der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3a bis e steht und in mm ausgedrückt ist, während Y für die Dichte der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3a bis e auf dem Rohr steht und in "Anzahl pro mm" ausgedrückt ist.
  • Im Falle X < 0.25 wird der Durchmesser des drahtförmigen, wärmeleitenden Elements 3 zu klein, und die mechanischen Eigenschaften der wärmeleitenden Elemente verschlechtern sich dementsprechend, wodurch sich die Herstellungseffizienz des Wärmetauschers vermindert.
  • Im Falle X > 2.5 wird der Durchmesser des drahtförmigen, wärmeleitenden Elements 3 zu groß, was die Anzahl der auf einer Längeneinheit des Rohrs 2 anzubringenden wärmeleitenden Elemente vermindert, wodurch der Wirkungsgrad des Nadelwärmeaustauschers verringert wird.
  • Im Falle XY < 0.5 wird die Gesamtoberfläche der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 zu klein, wodurch ein hohes Wärmeübertragungsvermögen verhindert wird.
  • Im Falle XY > 2.5 kann zwar ein drahtförmiges, wärmeleitendes Element 3 mit einer großen Oberfläche erhalten werden, da aber die Abstände zwischen den parallel angeordneten wärmeleitenden Elemente, d.h. die Abstände Z&sub1; und Z&sub2; in Fig. 1, zu klein ausfallen, wächst der Druckverlust des äußeren Fluids.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer aus einer Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen 3 und aus einem intermediärem Fixiermittel bestehenden Tafel ist in Fig. 2 dargestellt.
  • Eine Vielzahl von Spulen der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 ist in einem Gatter bzw. Gestell 13 angeordnet. Das jeweilige wärmeleitende Element 3 wird aus den Spulen mittels eines Paars geheizter Presswalzen 14, 14' abgezogen, durch eine Ösenplatte 15, über einen vorderen Kamm 16 sowie über einen Spannstab 17 gezogen, um eine gleichförmige Zugspannung auf das jeweilige wärmeleitende Element 3 auszuüben. Anschließend werden die wärmeleitenden Elemente 3 derart angeordnet, daß mittels einer eine Vielzahl von Nuten aufweisenden Führungsrolle 18 sowie eines Führungskamms 19 ein im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen benachbarten wärmeleitenden Elementen erzielt wird.
  • Eine Folie 11 aus einem löslichen Kunststoff wird von einer Folienrolle 11' abgezogen und mittels zweier Leitrollen 20, 21 zu einem Paar beheizter Presswalzen 14, 14' befördert. Die Folie 11 und die Vielzahl wärmeleitender Elemente 3 werden zusammengeführt, mittels des Paars beheizter Presswalzen 14, 14' unter Erhitzen zusammengepreßt, und schließlich durch Einbetten der wärmeleitenden Elemente 3 in die Folie 11 vareinigt.
  • Eine zusammengefügte Tafel 22, bestehend aus der Folie 11 aus löslichem Kunststoff und dem wärmeleitenden Element 3, d.h. eine anisotrop wärmeleitende Tafel, kann durch Auflegen von zwei Folien 11 aus löslichem Kunststoff auf die beiden Seiten der wärmeleitenden Elemente 3 und anschließendem Heißkaschieren erhalten werden. Weiterhin kann ein Teil des Querschnitts des jeweiligen wärmeleitenden Elements 3 in der Folie 11 aus löslichem Kunststoff eingebettet sein.
  • Die zusammengefügte Tafel 22 wird anschließend mittels eines Paars Ablaufwalzen, 23, 23' auf eine Wickelwalze 24 aufgewikkelt.
  • Es können Folien 11 aus einem Material eingesetzt werden, das in Chemikalien löslich oder das thermolysierbar ist. Beispielsweise können Folien aus Polyester, Cellulose bzw. Cellulose-Derivaten, Zellstoff oder einem ähnlichen Material eingesetzt werden. Es kann außerdem eine Folie, die durch Beschichten bzw. Laminieren von Polyvinylalkohol auf eine aus einer Mischung von Carboxymethyl-cellulose und Zellstoff bestehende Folie erhalten wird, verwendet werden. Weiterhin ist es wahlweise möglich, die oben angeführten Folien zu kombinieren, wobei die Folie aus Zellstoff aufgrund deren einfacher Verarbeitung besonders bevorzugt ist.
  • Breite und Dicke der löslichen Folie können prinzipiell beliebig gewählt werden, jedoch ist eine Folie mit einer Breite zwischen 0.5 m und 1.5 m sowie einer Dicke zwischen 10 um und 200 um aufgrund deren problemloser Verarbeitbarkeit bevorzugt.
  • Obwohl die drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 in die lösliche Folie 11 unter den anhand der Fig. 13 erläuterten Hitze- und Druck-Bedingungen eingebettet werden, können diese auf der löslichen Folie auch durch Beschichtung mit einem Klebstoff fixiert werden, der in Chemikalien löslich bzw. der thermolysierbar ist. Hierfür kommen die verschiedensten Klebstoffe in Frage, beispielsweise auf Polyvinylalkohol-, Polyester-, Ethylen-Vinyl-Acetat-, Protein- oder Cellulose-Basis.
  • Weiterhin kann die Befestigung der Vielzahl von parallel und voneinander beabstandet angeordneten drahtförmiges, wärmeleitenden Elemente 3 auch unter Verzicht auf die lösliche Folie erfolgen, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Zuerst wird die Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 in Richtung eines Pfeil 25 abgezogen, sodann werden weitere aus einem Garn mit thermoplastischen bzw. thermoadhäsiven Eigenschaften bestehende drahtförmige Elemente 26 senkrecht zur Richtung des Pfeils 25 auf die Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 aufgelegt, und diese schließlich an den jeweiligen Kreuzungspunkten 27 miteinander verbunden.
  • Anschließend wird die Vielzahl von parallel und voneinander beabstandet angeordneten drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen 3 mittels einer Wellenbildungsmaschine, die gebräuchlicherweise zur Herstellung von gewellten Kühlrippen eines konventionellen gewellten Plattenkühlrippen-Wärmetauschers verwendet wird, bzw. mittels einer kommerziell erhältlichen Plissiermaschine, zur Herstellung von plissierten Textilien in die Wellform überführt. Wenn beispielsweise eine Wellenbildungsmaschine Verwendung findet, wird die Vielzahl von parallel und voneinander beabstandet angeordneten drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen 3 mittels eines Paars von gewellten Preßplatten in die Wellenform formgepreßt. Falls der Durchmesser der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 klein ist, z.B. 200 um, kann eine Plissiermaschine voin Akkordeon-Typ eingesetzt werden. Die derart erhaltenen wellenförmigen, drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 22a (nachfolgend als gewellter, zusammengefügter Aufbau bezeichnet) sind in Fig. 4 dargestellt. Obwohl die Dichten Y&sub1; und Y&sub2; in allen Abschnitten des in Fig. 4 dargestellten gewellten, zusammengefügten Aufbaus 22a gleich sind, können die Dichten Y&sub1; und Y&sub2; bei dem gewellten, zusammengefügten Aufbau 22a, falls für den vorgesehenen Einsatzfall erforderlich, teilweise verändert werden.
  • Zur Herstellung des Wärmetauschers wird der gewellte, zusammengefügte Aufbau 22a entlang seiner Längsrichtung, d.h. entlang der Linie 25 in Fig. 4, zerschnitten, um einen bandförmigen, gewellten, zusammengefügten Aufbau 27a von der Breite W, wie aus Fig. 4 ersichtlich, zu erhalten. Der Wärmetauscher kann durch wendelförmiges Aufwickeln des bandförmigen, gewellten, zusammengefügten Aufbaus 27a auf die Umfangsfläche eines Rohrs 2 hergestellt werden, wie in Fig. 8 gezeigt. Falls erforderlich, kann der bandförmige, gewellte, zusammengefügte Aufbau 27a entlang einer zur Längsrichtung des gewellten, zusammengefügten Aufbaus 22a senkrechten Richtung, d.h. entlang der Linie 26 in Fig. 4, zerschnitten werden, um einen gewellten, zusammengefügten Aufbau 27a von der Breite W und der Länge G, wie aus Fig. 4 ersichtlich, zu erhalten. In diesem Fall wird die Länge G derart festgelegt, daß sie dem Umfang des Rohrs 2 entspricht. Der gewellte, zusammengefügte Aufbau 27a ist in Fig. 5 dargestellt. Der Wärmetauscher kann durch Verbinden der jeweiligen gewellten, zusammengefügten Aufbau-Einheit 27a mit der Umfangsfläche des Rohrs 2 hergestellt werden.
  • Vor dem Verbinden des gewellten, zusammengefügten Aufbaus mit der Umfangsfläche des Rohrs ist es erforderlich, das intermediäre Fixiermittel, d.h. den die gebogenen oberen Enden 4 der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 bedeckenden löslichen Kunststoff, zu entfernen, um die Oberfläche der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 freizulegen. In Fig. 6 ist eine Ausführungsform eines gewellten, zusammengefügten Aufbaus 28 für einen Wärmetauscher aufgeführt, bei dem der lösliche Kunststoff 11, der beide gebogenen oberen Enden 4 der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 bedeckt hatte, um &Delta; h&sub1; entfernt worden ist. Der Wert &Delta; h&sub1; kann zwischen 0 und 1 mm liegen. Die Entfernung des Kunststoffs kann vor oder nach dem Zerschneiden des gewellten, zusammengefügten Aufbaus erfolgen.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zum Verbinden des gewellten, zusammengefügten Aufbaus 27a mit dein Rohr 2 erläutert.
  • Zuerst wird das Verbindungs-Verfahren bei der Herstellung eines Wärmetauschers mit zylindrischem Rohr 2 beschrieben. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird auf die Umfangsfläche des Rohrs 2 Lötzinn 10 aufgebracht, um ein verlötbares Rohr 29 herzustellen. Das Aufbringen des Lötzinns 10 kann wahlweise nach einem der bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Beschichten, Tauchen oder Dampfabscheidung. Die Auswahl des Lötzinns 10 richtet sich nach dem Material des Rohrs 2 bzw. nach dem der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3. Falls beispielsweise das Rohr 2 und die drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 aus Kupfer bestehen, kann ein im wesentlichen aus Blei und Zinn bestehendes Lötzinn 10 eingesetzt werden. Falls notwendig, kann ein Kunststoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden. Das Lötzinn 10 kann entweder auf die vom Kunststoff 11 befreiten gebogenen oberen Ende 4 oder auf beide Abschnitte, d.h. auf das Rohr 2 und die gebogenen oberen Enden 4, aufgebracht werden.
  • Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird der bandförmige, gewellte, zusammengefügte Aufbau 27, dessen gebogene oberen Enden 4 auf der zur Umfangsfläche des verlötbaren Rohrs 29 weisenden Seite freigelegt sind, wendelförmig auf das Rohr 29 aufgewikkelt. Der derart erhaltene Wickelkörper 30 wird sodann für beispielsweise 30 min in einen (nicht dargestellten) Ofen mit einer Temperatur von beispielsweise 165ºC verbracht, um die gebogenen oberen Enden 4 des gewellten, zusammengefügten Aufbaus 27b mit der Umfangsfläche des verlötbaren Rohrs 29 zu verlöten, wodurch eine Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 gemaß Fig. 9 erhalten wird.
  • Da bei der Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 das intermediäre Fixiermittel, d.h. der lösliche Kunststoff 11, noch in der Zwischenräumen zwischen den drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen 3 verblieben ist, wird der lösliche Kunststoff 11 beispielsweise mittels der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung entfernt. Hierzu wird die Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 auf ein Fließband 32 verbracht, und anschließend heißes Wasser 33 mit einer Temperatur von ca. 100ºC auf die Röhren- Lamellen-Konstruktion 31 aufgesprüht, um den löslichen Kunststoff 11 aus den Zwischenräumen vollständig zu entfernen. Wie aus den Fig. 11A und 11B ersichtlich, wird nach der vollständigen Entfernung des Kunststoffs aus den Zwischenräumen eine freigelegte Röhren-Lamellen-Konstruktion 34 erhalten.
  • Der Kunststoff kann auch durch Eintauchen der Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 in ein Gefäß mit heißem Wasser entfernt werden.
  • Die freigelegte Röhren-Lamellen-Konstruktion 34 wird vorzugsweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um diese hydrophil bzw. korrosionsfest zu machen. Falls beispielsweise Aluminium als Material für das Rohr 2 bzw. für die drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 verwendet wird, kann ein Überzug mit guter Korrosionsbeständigkeit auf der Oberfläche der freigelegten Röhren-Lamellen-Konstruktion 34 durch Behandlung derselben mit einer Chemikalie, z.B. einem Chromat, Phosphat oder dergleichen, und anschließende Beschichtung mit einem weiteren Überzug aus einer anorganischen Substanz, wie z.B. feinteiligem Silicat, Siliciumdioxid oder dergleichen, oder einer organischen Substanz, wie z.B. Polyvinylalkohol, Acrylharz oder dergleichen, um Hydrophilie zu erzeugen, geschaffen werden.
  • Eine Ausführungsform des Wärmetauschers 37, der durch Überführen der freigelegten Röhren-Lamellen-Konstruktion 34 in eine S-förmige Gestalt sowie durch Verbinden eines Einlaufs 35 und eines Auslaufs 36 für ein Kühlfluid mit den Enden des Rohrs 2 der freigelegten Röhren-Lamellen-Konstruktion 34 erhalten wurde, ist in Fig. 12 dargestellt.
  • Nachfolgend wird das Verbindungs-Verfahren bei der Herstellung eines Flachrohr-Wärmetauschers erläutert.
  • Zunächst wird ein Flachrohr 12a von einer Größe und Form, wie in den Fig. 13A und B dargestellt, vorbereitet. In den Figuren steht J für die Länge, K für die Breite und L für die Dicke sowie M für die Dicke des Metallblechs, aus dem das Flachrohr 12a besteht.
  • Obwohl in Fig. 13B ein Flachrohr 12a dargestellt ist, bei dem einander gegenüberliegende Abschnitte 12c und 12d im Querschnitt parallel sind, kann stattdessen auch ein Rohr mit elliptischem Querschnitt verwendet werden.
  • Wie aus Fig. 14 ersichtlich, wird eine gewellte, zusammengefügte Baueinheiten 27a durch Zerschneiden des in Fig. 4 dargestellten gewellten, zusammengefügten Aufbaus 22a erhalten. In diesem Fall können die Länge J' und die Breite K' der gewellten, zusammengefügten Baueinheiten 27a kleiner als die entsprechenden Abschnitte des in den Fig. 13A und 13B dargestellten Flachrohrs 12a ausfallen. Die gebogenen oberen Enden 4 werden auf beiden Seiten der gewellten, zusammengefügten Baueinheit 27a freigelegt.
  • Die flachen Abschnitte 12c und 12d des Flachrohrs 12a werden mit Lötzinn 10 bedeckt, um ein verlötbares Rohr 38 zu schaffen (Fig. 15). Das Lötzinn 10 kann auf die gleiche Art, wie anhand Fig. 7 beschrieben, aufgebracht werden.
  • Fig. 16 zeigt ein Verfahren zum Zusammenfügen der gewellten, zusammengefügten Baueinheiten 27a, mit dem verlötbaren Rohr 38, wodurch ein Stapelkörper 39 geschaffen wird, der einen Wärmetauscher mit Kopfstück 7 verkörpert (vgl. Fig. 18) Wie aus Fig. 16 ersichtlich, werden mehrere gewellte, zusammengefügte Baueinheiten 27a und mehrere verlötbare Rohre 38 abwechselnd mittels eines Werkzeug 41 aufeinander geschichtet und unter einem Druck von beispielsweise ca. 2 daN/cm² miteinander verbunden, um einen Stapelkörper 39 zu schaffen. Dieser wird beispielsweise 30 min in einem (nicht gezeigten) Ofen mit einer Temperatur von beispielsweise 165ºC gelagert, um die Oberfläche des verlötbaren Rohrs 38 und die gebogenen oberen Enden 4 der gewellten, zusammengefügten Baueinheit 27a fest miteinander zu verlöten, wodurch eine Röhren-Lamellen- Konstruktion erhalten wird.
  • In den Zwischenräumen zwischen den drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 der Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 verbliebener löslicher Kunststoff 11 wird in der gleichen Weise, wie anhand Fig. 10 erläutert, entfernt. Die derart erhaltene freigelegte Röhren-Lamellen-Konstruktion 45 wird beidseitig mit Kopfstücken 7 versehen und mit diesen mittels Lötzinn verlötet (Fig. 18). Das Kopfstück 7 enthält mehrere Verbindungsrohre zum Verbinden nebeneinander liegender Flachrohre 12a, einen Einlauf sowie einen Auslauf für das Kühlfluid.
  • Die freigelegte Röhren-Lamellen-Konstruktion 45 wird vorzugsweise einer Oberflächenbehandlung zwecks Erzeugung von Hydrophilie und Korrosionsbeständigkeit unterzogen.
  • Der bei der Herstellung des Stapelkörpers 39 angewandte Druck hängt von den Herstellungsbedingungen der gewellten, zusammengefügten Baueinheiten 27a ab, d.h. unter anderem vom Durchmesser der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 und dem Abstand derselben sowie vom Material der löslichen Folie 11. Selbstverständlich darf der Druck nicht derart groß sein, daß die gewellte, zusammengefügte Baueinheit 27a aufgrund des Drucks und der Temperatur im Ofen verformt und die Verbindung zwischen den Flachrohren 12a und den gebogenen oberen Enden 4 der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 geschwächt werden.
  • In Fig. 17 ist ein Verfahren zum Zusammenfügen der gewellten, zusammengefügten Baueinheit 27a mit einem S-förmigen verlötbaren Rohr 42 dargestellt, wodurch ein Stapelkörper 40 geschaffen wird. Bei der Herstellung des verlötbaren Rohrs 42 wird vorzugsweise der Abstand h&sub2; zwischen benachbarten parallelen Abschnitten des verlötbaren Rohrs 42 kleiner gehalten als die Höhe h&sub1; der gewellten, zusammengefügten Baueinheit 27a. Die Einheiten werden in die Zwischenräume zwischen den benachbarten parallelen Abschnitten des S-förmigen verlötbaren Rohrs 42 eingesetzt. Sodann werden die Einheiten 27a und das verlötbare Rohr 42 in ein Werkzeug 43 überführt. Hierbei werden Abstandshalter 44 zwischen die benachbarten parallelen Abschnitte des verlötbaren Rohrs 42 eingefügt, so daß der Abstand h&sub2; nach Beaufschlagung der Einheiten 27a und des verlötbaren Rohrs 42 mit Druck auf den Abstand h&sub1; schrumpft. Der Stapelkörper 40 wird nach einer Wärmebehandlung des Werkzeugs 43 zusammen mit den Einheiten 27a und dem verlötbarem Rohr 42, analog zu der anhand der Fig. 16 erläuterten Wärmebehandlung, erhalten.
  • Ein Wärmetauscher unter Verwendung des S-förmigen Flachrohrs kann durch Verbinden der Enden desselben mit einem Einlauf 35 sowie einem Auslauf 36 für das Kühlfluid erhalten werden.
  • Da eine Kühlrippe des erfindungsgemäßen Wärmetauschers durch Wellung der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 erhalten wird, kann ein Wärmetauscher mit dem erwünschten ausgezeichneten Wärmeübertragungsvermögen dadurch geschaffen werden, daß der Durchmesser der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 und die Dichte derselben entsprechend gewählt werden. Der Einsatz der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 und die Anwendung des Wellenbildungs-Verfahrens bei der Herstellung des gewellten, zusammengefügten Aufbaus 27a ermöglicht die Produktion einer Kühlrippe mit einer exakten Anordnungsdichte der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3. Weiterhin kann aufgrund der Tatsache, daß die erfindungsgemäße Kühlrippe eine Vielzahl von gebogenen oberen Enden bzw. Wellenscheitel 4 umfaßt, ein Wärmetauscher mit einein ausgezeichneten Wärmeübertragungsvermögen bei geringem Druckverlust geschaffen werden.
  • Da beim Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Wärmetauschers der gewellte, zusammengefügte Aufbau 27a mit dem Rohr 2 verbunden wird, anstatt daß - wie bei einem konventionellen Wärmetauscher - die jeweilige Kühlrippe an der Rohroberfläche befestigt wird, vereinfacht sich die Herstellung eines Wärmetauscher mit ausgezeichnetem Wärmeübertragungsvermögen.
    • Ausführungsbeispiele:
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachstehend näher erläutert:
  • Eine zusammengefügte Tafel 22 wird aus einer Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen 3 und einer Folie 11 aus löslicher Kunststoff mittels der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Ein gewellter, zusammengefügter Aufbau 27a wird durch Wellen der zusammengefügten Tafel 22 erhalten, sodann werden die gebogenen oberen Enden 4 der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3 im gewellten, zusammengefügten Aufbau 27a durch Entfernung des löslichen Kunststoffs 11 an den gebogenen Enden freigelegt.
  • Die Herstellungsbedingungen für den gewellten, zusammengefügten Aufbau 27a sind wie folgt:
  • Querschnitt des drahtförmigen, wärmeleitenden Elements 3: kreisförmig
  • Durchmesser: 200 um
  • Material: Kupfer
  • Spulenanzahl der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3: 500
  • Zufuhr der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3:
  • Abziehen in einer zur Spulenachse senkrechten Richtung während der Rotation der Spule
  • Laufgeschwindigkeit der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente 3: 1 m/min
  • Kamm: 25,4 Zinken pro 25.4 mm, d.h. Zinkenabstand: 1 mm
  • Folie 11 aus löslichem Kunststoff: Polyvinylalkohol-Folie, hergestellt von Soko Seiren Co., Ltd., Dicke: 200 um
  • Temperatur der geheizten Presswalze : 200ºC
  • Druck: 20 daN/cm²
  • Wellenbildungsmaschine: Plissiermaschine vom Akkordeon-Typ, hergestellt von Toyo Kokisha
  • Höhe der Wellung: 8 mm
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Zur Herstellung eines Wärmetauschers mit einem Fig. 12 entsprechenden Aufbau wurde ein rundes Rohr mit einem Durchmesser von 7.94 mm, hergestellt aus einer Kupferfolie mit einer Dicke von 0.30 mm, vorbereitet. Ein bandförmiger, gewellter, zusammengefügter Aufbau wurde auf dem runden Rohr, wie aus Fig. 8 ersichtlich, aufgewickelt und in einen Ofen überführt, um den bandförmigen, gewellten, zusammengefügten Aufbau mit dem runden Rohr zur Röhren-Lamellen-Konstruktion zu verlöten. Aus der Röhren-Lamellen-Konstruktion wurde der lösliche Kunststoff entfernt, sodann das runde Rohr 29 an den Enden mit einem Einlauf bzw. Auslauf für das Rohr-Fluid versehen, wodurch ein dem Wärmetauscher gemäß Fig. 12 entsprechender Wärmetauscher erhalten wurde.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • Zur Herstellung eines Wärmetauscher gemäß Fig. 18 wurden mehrere gewellte, zusammengefügte Baueinheiten in Zwischenräume zwischen benachbarten Flachrohren 12a mit einer im Querschnitt kleineren Achse von 5 mm und einer größeren Achse von 12.7 mm, hergestellt aus einer Kupfertafel mit einer Dicke von 0.65 mm, mittels einer Lehre gemäß Fig. 16 eingesetzt und anschließend in einen Ofen überführt, um die gewellte, zusammengefügte Baueinheit mit dem Flachrohr 12a zu verlöten, wodurch eine Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 erhalten wurde. Der lösliche Kunststoff 11 wurde aus der Röhren-Lamellen-Konstruktion 31 entfernt, und das Flachrohr 12a an den Enden mit jeweils einem Kopfstück 7 mit einem Einlauf 35 und einem Auslauf 36 für das Rohr-Fluid versehen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Nadelwärmeaustauschers mit gewellten Nadelkühlrippen als wärmeleitende Elemente, wobei die Wellenscheitel der gewellten drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente zumindest an einer Seite der gewellten Elemente (3) mit einem Rohr (2, 12a) verbunden sind und mit einem Verfahrensschritt, bei dem eine Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente (3) parallel voneinander beabstandet angeordnet werden;
gekennzeichnet durch
einen Verfahrensschritt, bei dem eine Vielzahl von drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente (3) derart zeitweilig fixiert wird, daß sie eine aus den drahtförmigen, wärmeleitenden Elementen (3) und einem intermediären Fixiermittel (11) bestehende Folie bzw. Tafel (22) bilden;
einen Verfahrensschritt, bei dem die Tafel (22) zu einer gewellten Tafel (22a, 27a) verformt wird;
einen Verfahrensschritt, bei dem die Wellenscheitel der gewellten Tafel (22a, 27a) mit einem Rohr (2, 12a) verbunden werden; sowie
einen Verfahrensschritt, bei dem das intermediäre Fixiermittel (11) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das intermediäre Fixiermittel (11) aus einem Kunststoff besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kunststoff aus einem löslichen Kunststoff besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der lösliche Kunststoff aus einer in der Wärme schmelzenden Substanz besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der lösliche Kunststoff aus einer thermolysierbaren Substanz besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der lösliche Kunststoff aus einer pyrolysierbaren Substanz besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der lösliche Kunststoff aus einer in einem Lösungsmittel löslichen Substanz besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der lösliche Kunststoff aus einer in einem Lösungsmittel zersetzbaren Substanz besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt der auf den Wellenscheiteln auf zumindest einer Seite der gewellten Tafel (22) der drahtförmigen, wärmeleitenden Elemente (3) aufgebrachte Kunststoff (11) entfernt wird.
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