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Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf Wärme!austauscher
und, im besonderen auf vergrößerte oder ausgedehnte Flächen derartiger Austauscher.
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Die wirksamste Form einer ausgedehniten Fläche eines Wärm:eaus.tauschers
beisteht aus einer Vielzahl von dicht, in kleinen Abständen zueiinan!de!r angeordneten
s!tab,- oder drahtförmigen Elementen kleinen Durchmessers, die an einer Basis- oder
Grundwand befestigt sind, welche die benden, Mediern; zwischen welchen der Wärmoaus,tausch
stattfinden soll, trennt. Der Vorteil dieser Ausführung einer vergrößerten Oberfläche
ist erörtert in dior amerikanischen Patentschrift 2 469 635.
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Wie dort auseinandergesetzt, bestehen die drahtod@er stabühnlichen
Elemente, aus einem Metall, das eine hohe the!rmischei Leitfähiigkeit besitzt, voirzug'sweise,
aus. Kupfer oder Aluminium. Ein Nachteil der erwähnten Anordnung besteht darin,
daß Kupfer, welches Luft odier Sauerstoff enthaltenden Gasen ausgesetzt ist, rasch
oxydiert, sobald seine Temperatur 26o° C Überschreitet. Während unter ähnlichen
Bedingungen, Aluminium der Oxydation einen hohen: Widerstand einit;ge!gensetzt,
ist es erhöhter Tompeiratu:r, beispielsweise in; Kesselanlagen, nicht gewachsen.
Aluminium ist aber auch aus dem Grund nicht so vorteilhaft wie Kupfer, weil Kupfer
nahezu das. Zweinfache der Leitfähig- eit von Aluminium aufweist und' kennen so
hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
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Auch unter Verhältnissen, eines raischeni und rap4den Wechsed.si in
dein Temperatur verursacht der Unterschied derAusdehnungskoeffizient!en, zwischen
Stahl oder Stahllegierungen, aus denen die Grund-oder Basiswand vorzugsweise beisteht,
und'. dien
Küpfeir 'oder Aluminium:, - aus -welchem die oberflächenvergrößernden
Eierneute gefertigt sind, so, große Beanspruchungen der geschweißten. VeTbindungssteillen
zwischen der- Grund- oder Basiswand und jenen Elementen, daß dieser- Verhindiungeh
kristallisieren und brechen.
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Eine-ändere-Einschränkung in bezug auf die Ver= wendung vorrKupfer
für die oberflächenvergrößeirnden Elemente ergibt sich aus der Unifähigkeit dieses
Werkstofffes, chemisch re.aktivent Gaisen, die* unter bestimmten Betriebsbedingungen
vorherrschen., Wideristard zu leü-sten.
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Das Problem, mit dem sich die Erfindung befaß't; besteht darin, Wege
zu finden, um oherfiächenvergrößernde Elemente gegen Oxydation' und Korso,. sinn
- zu schützen, ohne ihre Wärm#eleiitfähig#kelit wesentlich zu bosinträchtigen,,
sowie Mittel vor-zusehen" um die Kristallisation und den: Bruch oder Verbind'ungs,s.teller
zwiischen dien obeirflächenive -,rößernden Elementen und der Grund- oder Basiswandung
zu verhindern. Die naheliegende Maßnahme des Plattiorens Bier Elemente mit einem
die Oxyda@iq,ns-und Korrosionsfestigkeit bei erhöhten °Tenlp@e@ra--" tunen Metall
scheidet aus; allein schon aus diene Grund: der hohem: Kosten" da die Planierung
stattfinden müßte, nachdem alle Elemente in der Grund- oder Basiswand festgeschweißt
sind. .
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Indessen wurde; unbeschadet der hohen Kosten, festgestellt, daß das
Plattieren mit °verschiiedenen, eine besseirei Oxyd'ations- und.' Korrosionsfostigkeit
ge.ährlevsruden, Metaller ungenügend ist wegen. .der Schwierigkeit -der Erzielung
eines guten Plattierungsschutz.es an den Wurzeln, d. h. am; dien Sellen, dien oberflächenvergrößernden
Elemente, wo, sile' an der Grund- oder Basiswand festgeschweißt sind und deshalb,
weil die Platti!erung bricht,, wenn die Elemente in; ihre Arbeitsstellung gebogen
werden. Ein Legieren des- Kupfers. zum Zweckei der Verbesserung derOxydaitnons-
undKorrosio:nsfestigkeit kommt ebenfalls nicht in Betracht, weil hierdurch die Wärmeleitfähigkeit
des Metalls. erheblich veirringert würdet. -Es leuchtet ein, daß, solange eine Lösung
des Problems nicht gefunden war, diese an sich ideales Oberflächenvergrößerung nur
an untengeomdneten Geräten, wie- Wa,rmwasserbereiltern, oder Lüftvorwärmer'n, bei
denen die Temperatur nicht -zu hoch und-d'ie auftretenden Gase chemisch nicht zu
aktiv waren,,- verwendet werden konnte.
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Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst. -Der Grundgedanke
der Erfinidung besteht darin, daß zur Oberflächenvergrößerung bimeitalli.s.che Elementei
Vou-wendung finden, bestechend aus einem Kupfer- oder Aluminiumkeirn und einer metal-Nschen
Überzwgs.schicht, die in Luft und in Sauerstoff enthaltenden Gasen beii erhöhten
Temperatuien oxydationsfest ist sowie chemisch aktiven Gasen einen, höheiren Widerstand
geigen Korrosion entgegensetzt als Kupfer, Stahl der Art, wie er für Grund- oder
Basiswandungen, oder- Rohre, an denen die obier$.äcliervergrö@ßern:den Elemente
befestigt werden,, zur Anwendung gelangt, is.t@für die meisten Zwecke aus,reüchend;
indessen, ergibt die Verschiedenheit der Ausidehnungskooffizienten, vorn Stahl und.
Kupfer oder- Aluminium ein Problem, das auftrat bei der ersitma@ligen Verwendung
von bimetallischen Elementen zur Oberflächeniveirgrö-- ßerunig einer Grund- oder
Basiswandung. Es wurde gefunden, diaß die hohe; beii der Widers.tandsschweiß.ung
entwickelte Hitze zur Folk hattet, daß die Überzugsschicht brach und an der Verbindungsstelle
barst.
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Es wurde des weiteren gefunden, da,ß; wenn die-, diel OborfUche vergrößernden
Elemente, einem plötzlichen und lang anhaltenden Temperaturanstieg ` unterworfen
wurden, insbesondere, wenn sich dii,e:s.eir Vorgang öfter wiederholte, die überzugsschicht
auf einem größeren oder kleaineren Teil ihrer Länge brach. Durch Analyse wurde festgestellt
daß der Grund für diesesi Brechen und Bers@roen der überzugsschicht darauf zurückzuführen
ist, daß der Metallkern um so viel schneller als die Überzugs-Schicht aus Stall
expandierte, daß er die Überzugsschicht zerbrach. Diese Erscheinung wird erfindungsgemäß
überwunden durch Glühen des Bimetallelementeis. vor Verschweißen desselben. mit
der Grund- oder Basiswandung. Durch das Glühen der die Oberfläche vergrößernden
Elemente bei einer Temperatur, die mindestens so hoch ist als die normale Betriebstemperatur,
würden alle Riß- und Bersterscheinungen der Überzugsschicht beseitigt.
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Die Zeichnung erläutert die Erfindung an Beispielen.
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File. r zeigt einten Querschnitt durch einen Wärmeaustauseher, der
erfindungsgemäß gebaut und geeignet ist für die Verwendung bei Dampfkesseln, da,
die, vergrößerte Oberfläche sich auf der Außenseite ebnes Rohres befind-et, durch
welches das Kesselmedium fließt; Fg. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab, einen, Teil
der Wandung des Basisrohres der Fig. z zusammen mit einem d'ie Oberfläche vergrößerndem
Element vor dessen Vereinigung mit. dem Rohr; Fig. 3 zeigt diiej Teile der Fng.
2 nach deren Vereinigung; F'ig. q. zeigt in. noch größerem Maßstau und im Schnitt
diie Verbindungen zwischen: Kern und. Merzugsschcht .der-die Öb,ertäche vergrößernden
El"emente und die Verbindung der Elemente mit der Basiswand; Fig. 5 ist eiirr Querschnitt
durch eirein Teil einer andeinent Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeaus.tauschers.,
der im besonderen geeignet ist für Geräte, -hei denen die zum Wärmeaustausch gelangenden
Mediten zu beiden Seiten ,dinier Grund-oder Basiswandung strömen und die ob.e!rflächenyergrößernden
Elementei ebenfalls zu beiden, Seiten angeordnet sind; -Fiig. 6 ist ein Querschnitt
einer dritten Ausführungsform; hei welcher die die Oberfläche vargrößernden Elemente
tangenti%al an einem Basisrohr lieb.; Fig. 7 ist ein Gru:nd.riß zu Fig. 6 in verkleinertem
Maßstab;
Fig.8 ist ein Querschnitt durch einen Teil eines Wärmeaustauschers
gemäß Fig. i mit abgewandelter Form der oberflächenvergrößernden I'slemenbe; Fig.9
zeigt ebenfalls einen Querschnitt eines Wärmeausta:u:schers von der Art der Fig:
i, wobei die Oberflächen der Elemente zusätzlich gegen Oxydation und' Korrosion,
durch einen Überzug aus Glas odeir eiiniem anderen oxy.dations- oder korrosionsfeste!n.
Material geschützt sind; Fig. io zeigt im Längsschnitt und Einze:l.d.arstellung
das äußere Enide cirne@s: oberflächenvergrößernden Elementes; Fig. i i ist der Querschnitt
durch einen Teil einer sogenannten Wasseirwand; einer Heizungsanlage,; Fig. 1 2
ist der Grun:driß zu Fig. i i ; Fi:g. 13 zeigt einen Querschnitt durch Fig. 12 nach
Linie 13-i3 in vergrößertem Maßstab,; Fig.14 ist ein Teiilscihniiitt zu Fig.12 nach
Linie, 14-14-In den Figuren bezeichnet 5 die Grund- oder Basiswand, weilche die
beiden in Wärmeaustausch zu bringenden 11edien voneinander trennt und an welcher
die oberflächenvergröCernden, durchweg mit 6 bezeichneten Elemente befestigt sind:.
Jef nach dem Verwein:dünigs:zweck ist dieBasiswand entweder ein Rohr wie in Fiig.
i oder eine, plane Plattei wie in Fig. 5. jedoch besteht b:eii allein: Ausführungsbeispielen
:. die, Basiswa:nd:un,g aus einem Meita:ll, das eine hohe Debniungsfestigkeit und
einen veirhältn;ismäßig niedirigen Ausdehnungskoeffiz.ientean besitzt.
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In dein -meisten Fällen ist Stahl -das. geeignete Material; wo, indessen
ex treure, Oxydations- oder Korros:ionsbe@dinigunigen vorherrschen, wird eine geeignete
Stahllegierung benutzt, beispielsweise -eine Chromstabllegierung mit _ verhältnismäßig
hob ein Chromgehalt und geringem Kohlenstoff-,-,halt, Die, Grund oder Basitswa.nidu.ng
kann geschichtet sein, wobei nur die dreh Oxyd'a:tionis oder hoii°roisionis.wirkung
ausgesetzte Oberfläche aus der teurerem Legierung besteht, während sie im. übrigen
aus Thomasstahl oder einem billigeren: Stahl oder einem anderen Metall besteht.
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In Fig.6 ist eine derartig geschichtete Grund-oder Basiswandung gezeigt;
das. Rohr 5 besitzt einen Kern 7 aus Thomasstahl oder einem a:nd!oren geeigneten.
Metall und: eine Außenharut B aus solchem Metall, z. B. eiineir Chrom@stablleigierung,
welches eine besonders hoilie, Widerstandsfestigkeit gegen Oxydation aufweist.
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Die oberflächenvergrößernden, Elemente, 6 sind an d, er Grund- oder
Basiswandung entweder mit dein Enden, wie beispielsweise in Fig. i gezeigt, oder
tangential, wie, beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, befestigt. In, jedem Falle sind
die ob:eirflächenvergröißeirnden Elemente, bimetallisch; mit Ausnahme der :lusführungsforrn
der Fig. 8 bestehen. sie bei sä.mtlichen Ausführungshei-spielen. aus einem Kernbeil
9 und einem Überzug 1o. Der Kern: ist aus Metall von hoher Wärmel-eitfähdgkeit und
verhältnismäßig hohem Ausdeh-nuni;sl:o@e-ffizien.ten. Ein besonders geeigneter,
Werkstoff hierfür ist Kupfer, obwohl auch Aluininitun Verwenrdung finden kann. Der
Überzug io beisteht aus einem Metall von hoher Dehnungs.feis.tigkeit und verh.ältnismäSig
kleinem Aus.dehnungskoeiffiziemten. Wichtig ist, d!aß dieses Metall sehr widerstandsfähig
geigen i Oxydation und Korrosion bei, erhöhten, Temperatusein ist. Das Metall, ans
welchem der Überzug gefertigt. ist, muß einet höhere Widerstandsfähigkeit gegen
Oxydation in, Luft bai erhöhtem; Temperaturen besitzen als Kupfer und muß hoch widerstandsfähig
gegen Korrosion sein, ohne Rücksicht auf die Temperatur. Das will heißen, daß das
üb,erzu:gsnne.tall gefeit ist gegen Oxydation und Abschuppen, bei Temperaturen von
mindes.tenis d.oo° C, in. manchen Fällen bis zu Soo° C.
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Eine: andere Forderung, die dass Metall für- die Überzüge besitzen
muß, ist die, dä:ß eis im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten hat
wie das Metall, aus welchem die Grundwandung oder mindestens drei Oberflächenschicht
der Grundwa:nidung, an welcher das Element befestigt ist, besteht. Ist. de; Grundwanidüng
beispielsweise -aus Thoamasstahl gefertigt, so sohl das überzuigsme:ta.ll vo,rzu:gsweiisei
ebenfalls aus Thomasst:ahl bestehen; ist die Grundwandung aus einer Stahllegierung
hergestellt, so gilt. dasseilbe für d,ie Überziege der oberflächeinvergrößernden,
Elemente.
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Einei anideres Metall, das mit Vorteil für- die Überzüge Verweindung
findet, ist Marinemessing, das hoch widerstandsfähig gegen Oxydation und Korrosion
ist, und einen Ausdehnungskoeffizienten nahe jenem des Stahleis. besitzt.
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Die Wandstärke des, Überzuges soll im allgemeinen nicht größer sein,
als es das verwendete Herstellungsiverfahren: erfordert, um die Drahtform
für die oberflächenvergrößerndem Elemente zu gewinnfein und/oder nicht größer, als
notwendig, u m eine gute und dauerhafte, Bindung zwischen dem Überzug und der Grund-
oder Basiswandung zu gewährleisten sowie, eine ausreichende Haltbarkeit des Überzuges
bei dein vorherrschenden, Betriebsbedingungen. Für Elementei mit einem duirchschnittlichen
1)urchmeisser in, der Größenordnung zwischen 2 und 8 mm beträgt -die Wandungsstärke
des Überzuges ungefähr zwischen o,2 und 0,7 mm.
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Die besondere Art, auf welche die- Elemente gewonnen werden, d. h.
das Verfahren, nach. welchem der Kern in, dieniÜberzug gehüllt wird', bildet keinen
Teil der Erfindung. Man mag eines der bei der Hersteillung von Bimeitalldrähtein
bekannten Verfahren zur Anwendung beringen. Beispielsweise wird ein Stab herigestellt,
dieir einen Kupfer- oder Aluminiiumkeirn besitzt, je nach dem Verwendungszweck;
d@i;eser Stab wird allmählich durch Walzen im Durchmesser verkleinert und g istrec:kt,
biis, man einen. Draht vorm gewünschten Durchmesser erhalten, hat. Die Verringerung
des Durchmessers und diel Streckung bewirken, eine innige. Bindung zwischen dem
umhüllenden Überzug und. dem Kern.
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Auch drei Art der Herstellung eines, Stabes der erwähnten Form gehört:
nicht ummitteilbar zu;r Erfindung. Der Stab kann; beispielsweise d'adurch erzeugt
worden, daß man dien, Metallkeim in- eine Foem aus überzugsmetall gießt; man kann
aber
auch das. Üherzugsmetall über einen; Kerus.tab wickeln und
die Endren durch: Schweißen daran befestigen.
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Unbeschadet der Art der Gewinnung der Drähte für die oberlächenvergrößernd#--n
Elemente wurde gefunden, da3 esi sehr wichtig ,ist, daß vor der Befestigung des
Drahtres an der Grundwandung (enitwedier mit dem Ende oder tanglantial) der Draht
geglüht werden maß. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der angeglühte 1Tberzug während
des Schweißvoirgarn:ges bricht und birst. Dies kommt zweifellos daher, @daß wegen
des Unterschiedes der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem. Metallkern und dem
Überzug der, rasche Temperaturanstieg den Metallübeirz,ug so beanspirucht, daß er
bricht.
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Das allmähliche Ansteigen und allmähliche Verringern gier Temperatur
beim Glühei, hart zur Folk, daß diese Beanspruchung nicht stattfindet, daß vielmehr
im Gegenteil Bedibiguugen eintreten, die einen Bruch das Drahtes während der folgenden
Temperaturänderungen ausschließen.
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Während die genraue Erklärung, wie diese BeäEngungen durch Glühen
des. Drahtes erfüllt worden, nicht gegeben werden kann, so, ist es doch wahrscheinlich,
daß während,deisi Glühprozesses die g@rößere Ausdehnung des. Kernes den Überzug
über die Elastizitätsgrenze :dehnt und; daß; dla die beim Glühen verwendeite Temperatur
mindestens, so, groß ist wie die im Betrieb ,des Wärmeäustauschers durchschnittlich
auftretende; der Durchmesser, auf welchen die Überzugshanzt während des. Glühens
ausgedehnt wird, im Betrieb, nicht übeirschritten wird. Während dein Kühlphase des,
Glühp,roiz,eisses zieht sich der Kern stärker zusammen als die Überzugssch@icht
und hat somit das. Bestreben, sich vorm letzterer abzulösen. Dies erzeugt eiine
Zone, in welcher die Moleküle des. Metallkernes: und der Überzugsschicht in entgeigemgeis,etzten
Rilchtungen zerren; diese Zone hat offensichtlich hinreichenide@ Elastizität, um
jede folgende Dehnung und Zusammen:ziehung dies Kernfes. auszugleichen, ohne ein
Bersten oder Brechen deir Überzugsschich ,t zu verursachen.
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Es ist auch idiemkb,ar, daß ein kleiner Luftspalt zwischen dem Kern
und der überzugsschicht. als Resultat des, Glühens eintritt. Indessen bedeutet dies
keine, fühlbare Verringerung der- Wärmeübertragung von ,gier Überzuigsschicht zu
dlem Kern,. Diese Zone, welche in den benachbarten Ob-eirlächen des Kernfes und
d'eir Außenhaut liegt, kann als Pufferzone aufgefaßt werden.,, welche die
bei der foligendem. Dehnung und Zu@sammenziiehunig des: Elementres auftretenden-
Beanspruchungen dämpft.
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Die. Erklärung dafür, daß dies Glühen des Drahtes ein Berstender-
Überzugsschicht im Betrieb. ausschließt, mag auch die sein, daß das Glühen sowohl
den Kern als auch die überzugsschicht biegsam oder dehnbe;r macht. Gleichgültig
aber; für welche Erklärung man sich entscheidet, wesentlich ist, daß gier Draht
vor der Vereinigung mit der Grund:- oder Büsiswandung geglüht wird.
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In Fällen, in welchen d!ie oberflächenvergrößernden Elennente; während
dies Betriebes besonders hohen Temperaturen ausgesetzt sind oder in dene. das Fehlern;
der Affinität zwischen den Metallen ih dem Kern und rin gram Überzug dazu neigt,
die Bindung zwischen dem Kern und dem Überzug zu schwächen, kann eine dünne Lage
eines. drittem. Metalls oder anderen Werkstoffes, der geeignete Binder, Dehnnngsi-
und Fastigkeitseilgenschaften besitzt, zwischen. den Kern unddie Überzugsschicht
eingefügt werden mit dem Ziel, die Wirksamkeit der Pufferzone zu steigern.
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Wennv der Draht mit seinem Ende befestigt wird; wie in Fig. r gezeigt,
wird er in Stabelennente von geeignieter Länge zerschnitten; diese Elemente werden
dann mit Wi:derstandsschweißung geschweißt. Hi'erbeii werden die Elemente und die
Grund- oder Basiswandung in einem, elektrischen Stromkreis gelegt; die Elementre
werden geben; die Grun& oder Basiswandung gepreßt, während sie in dem Wid'ezstandsstrqmkreis
liegen. Ist der Wärrneaustauischer von der Type, wie in Fig. z gezeigt, so, werden,
die Elemente radial an dem Rohr befestigt (wie in gestrichelten Liniien angedeutet)
und dann; gruppenweise parallel gebogen.
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Die Schweißzeit, der Schweißstrom,, die Leitfähigkeit des. Elementes,
de Leitfähigkeit des Materials der Grund oder Basiswindung und der Schweißdruck
sind kritische Faktoren. Da aber die Überzugsschicht dies Elementes aus dein gleichen
Metall besteht wie die Grundwandung, mindestens aber im wesentlichen dien gleichen
Ausdahnungskoeffizienten wie diese besitzt, so findet die Befestigung dies Elementes
am, der Grundwandung beträchtlich, eiinfacheer statt, als. wenn die Verbindung stattfindet
durch Zusammenschweißen, zweier heiteröbg.ner Metallei, wie Kupfer und Stahl. Als
Resultat der Erfindung ergibt 'siech, daß Krii(stallisation und Bruch der Verbindungsstellen
(im Geagensatz zu Aggregatren, bei denen die Elemente vollkommen aus. Kupfer bestehen
und an eine Grundwandung aufs Stahl geschweißt sind) vermieden werden, da, beim
Schweißen. der Elementei an, die Grund- oder Basiiis-#vandung das überzugsmetall
vollkommen mä dem Metall dieseir Wandung verschmilzt und keine sprengenden adbr
zerreißenden Kräfte während; des Betriebes anftreten.
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Ob, der Kern, des. Elen. ebenfalls mit der Grundwandung verschmilzt
oder an ihr festgeschweißfit wird; ist nicht mehr wichtig, da die Verbindung der
überzugsschicht mit der Grundwandung allein vollauf befähigt ist, das. Element in
Arbeitsstellung an Ort zu halten,. Es wurde festgestellt, daß, gleichgültig, ob
der Kern mit der Grundwandung verschmolzen ist oder nicht, er in inniglem Kontakt
gehalten wird, so, daß. eine gute Wärmeleitung und ein guteir W ärmeüb ersang gewährleistet
sind: Ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt die Verhältnisse ihm Stadium vor und
nach der Vereinigung eines die Oberfläche vergrößernden Elementes mit der Grundwanidung:
Besondbre Aufmerksamkeit ist zu richten auf Fig.4, die zurDarstellung bringt, wie
das Metall der Überzugsschicht mit dem Metall der i Grund- oder Basiswandung zusammengeschmolzen
ist.
Diese Figur zeigt auch mehr oder weniger schematisch die Pufferwirkung der Zone
zwischen der überzugssch,icht und dein Kern,, wodurch Dehnung und Zusammenziehung
d@eisi Kernes ermöglicht sind, ohne daß auf die Überzugsschicht ausgeübte Beanspruchungen
einen Bruch derselbeni veruirsachen.
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Bei der Ausführungsform ddr Fig. 6 und 7, bei welcher die, Obe!rflächenvergrößerunig
durch Gruppen von tangential an einem: Grund- oder Basisrohr befestigten Drähten
gebildet ist, macht die vorliegende Erfindung diese Gattung von! Wärmeaustauschern
wirtschaftlich: möglich, weil die Schwierigkeit aus dem Weg geräumt ist,
die bisher, bei der Herstellung von in nächster Nachbarschaft gegeben war. Während
es bisher erforderlich war, jede Verbindungsstelle, gesondert zu schweißen, ist
eis nunmehr möglich, eine, große Anzahl von Verbindiungsstellen. gleichzeitig, zu
schweißen, so, daß eine ganzes Reihe von Drahtelementen an! einer Vielzahl von,
Grund- oder Basisrohren in. einer eiinnigen SchweAopera,tion beifestigt werden,
kann.
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Wie ersichtlich, ist einfies der durch die Erfindung gelösten Probleme
jenes; welches. die Kristallisation und den Bruch der Verbindungsstellen, zwischen
den Elementen und dein Grund- oder Basiswandung verursachtes. Wie in F'ig. 8 gezeigt,
kann dieses Problem auch gelöst werden, ohne! d'aß eine Überzugsschicht aus Stahl
Verwendung findet. Wo es wünschenswert ist, freiliegendie Kupferoberflächen zu besitzen,
bedienet man: sich der Ausführungsform der Fig. B. In dieisem Falle sind die Elemente
aus Kupfer mit einem Kern! kleinerem Durchmessers aus Stahl oder einem anderen Metall
von! hoher Dehnungsfestigkeit und im wesentlichen demselben Dehnungskoeffizienten
wie die Grundwandung versehen.
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Wenn einderartiges Element in seiner Arbeits!-stellung verschweißt
wird, dann verschmilzt der Stahlkern mit dem Metall der Grund` oder- Bas.i:swandung,
um die gewünschte Festigkeit der Verbindung zu erzielen, obwohl der Körper des Elementes
im wesentlichen nahezu vollkommen aus Kupfer besteht.
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Obwohl es als, vorteilhaft bekannt ist" eine Metalloberfläche mit:
einer Glasschicht oder einer anderen Schicent von, hoher Oxydations- und Korrosionsfestigkeit
zu überziehen!, um einseng Schutz gegen Oxydation bei hohen, Temperaturen , zu.
gewährleisten, war bis. z:urEinführung dies eirfind'ungsgemäße n Wärmeaustau:schers
mit oberflächenvergrößernden, Elementen diie Verwendung von solchen Überzugsschichten
praktisch nicht durchführbar. Die Schwierigkeit der Verbendung eines mit einem Email-
oder Glasüberzug versehenen Rohreis mit einem Erhitzer und die damit verbundenen;
Kosten machten die Verwirklichung unimöglich. Die erfindun!gsgemäßie Ausführung
der ob.e(rfiächenvergr@ößernden Elemente eines Wärmeaus tauschers heseitigt die,
Gründel, die bisher maßgebend waren: für die Nichtverwendung von Glas- oder dergl.
Überzug. Derartige überzugsmaterialien können mit einem Ausdehnungskoeffizienten
erzeugt werden, welcher dem des M.etalles, mit welchem die Verbindung eingegangen
werden soll, gleichkommt; aber si:e können nicht in Vereinigung gebracht werden
mit mehr als einem Metall.
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Aus diesem Grunde kann, wenn die oberflächenvergrößiernden Elemente
aus Kupfer und die Grund-oder Basiswandung aus Stahl bes=tehen!, ein Gla,sod. dgl.
Überzug nicht zur Anwendung kommen. Die! Erfindung eröffnet erstmals, di@eMäglichkeit,
diie ganze Oberfläche dass Wärmeaustauschers mit einem Glas- o-. digl. Schutzüberzug
zu versehen, da alle freiliegenden Oberflächen, die den Überzug erhalten sollen,
dien !gleichen, Aus dehnungskoeffizi:ente@n besitzen.
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Die Fig. g zeugt die Anwendung eines dera,rtigem zusätzlichen Überzuges
1a, der ununterbrochen düse ganze Wirkoberfläche des, Wä(rmeaustauscheinisi bedeckt,
einschließlich der Enden der oberflächenvergrößerndieng Elemente.
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Derart geschützte Flächen haben dien großen Vorteil, daß sie universell
verwendbar sinid!. Siel bedürfen keiner besonderen Temperaturkontrolle, um Kondensation
von che @misch aktivem Gasen, auf die Heizoberfläche zu, verhindern, weis bedeutet,
d'aß .dies Taupunktproblem nicht mehr existiert. Auch macht ein derartiger Überzug
das. Aggregat geeignet zur Verwendung in sauren oderstark alkar li'sehen Flüssigkeiten.
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Wo die Oberfläche nicht mit einem Glas- od,. d!gl. Schutzüberzug versehene
ist, können die Enden, der oberflächenvergrößernden Elemente, falls erwünscht, zum
Zwecke dies Schließens dien überzu,gsschicht über dem Kern zugeklemmt oder aber
mit einer eigenen Schutzkappe i3. abgedeckt seih!, wie in Fig. io gezeigt. Da jedoch
der Querschnitt des Kernes sehr klein, ist, wird' sich im allgemeinen. diese Vorsichtsmaßnahme
erübrigen.
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Diel Ausführungsform der Fig. i i biiis 1q. ist für eine soggenannte
Wasserwand der Heizung eines Dampfkessels od. d'gl. gedacht. Es. ist üblich, die
Wandiu.ngen von Heizanlagen reit Rohren!- auszukleiden; um die Zahl der Rohre zu
verkleinern, sind seitlich vorspringende Ansätze an die Rohre geschweißt. Dia Erfindung
ist für diesen. Zweck in hervorragender Weise geeignet, da sie es ermöglicht,
die Wasserrohre in größeren, geigenseitigen Abständen anzuordnen als bisher.
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Zu diesem Zwecke besitzen die Rohre 5'; durch welche die Kesselflüssigkeit
zirkuliert, Ansätze oder Flügel 6', die in .dar gleicheins Weise als oberflächenvergrößernde
Elemente an eiirre Grund- oder Bas(iswanduung angeschweißt sind, wie oben beschrieben.
DieFlügel 6' bestehern aus einem. Kern 9' ans Kupfer oder anderem Metall von hoher
Wärmeleitfähigkeit und, eineu überzugsschicht iö aus Stahl oder einem anderen geeigneten
Metall, das dien: gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Rohre besitzt. Wichtig
ist, wie bei den( ühriiggen Ausführungsformen, daß die Ansätze oder Flügel voir
dein Vereinigung mit den Rohren geglüht werden.
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Der Vorteil dieser Bauart gegenüber Stahlflügeln oder -ansät=en wird
klar bei Vergleich der Länge
der Bimetallflügel mit sö#lchen aus:
Stahl (w n, F'ig. 12 durch .die- Linien L angedeutet), wie sie bsher verweinrdeit
wurden. Offensichtlich läßt siech der gleiche Zweck erfindungsgemäß 'mit weht weniger
Rohrein erreichen als bisher.
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Es ist zu erwarten, daß das, Einhüllen der- die, Oberfläche vergrößernden
Elementei nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag diesen Elementen, etwas von ihrer
Fähigkeit der Wärmeübertragung auf das strömende Medium und von demselben nimmt;
indessen kann diese: geringfügige Verrinigerung der Oberflächemleitfähigkeit vernachlässigt
werden in Anbetracht des überwiegenden Vorteiles, dien die Erfindung zeitigt. Durch
Versu:choe wurde festgestellt, daß .die erfindungsgemäße Anordnung, vergliche, mit
einem Aggregat, dessen Elemente voll-
kommen aus Kupfer bestehen, eiirre Verringerung
in der Wärmeübertragung von, nur 6% aufweist.
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. Aus vor@s@tehendiem erhellt, d'äß die Erfindung eine erhebliche
Bereicherung dies einschlägigen Gebietes gebracht hat, und zwar des Gebietes der
im all:gerneiinem., im besonderen aber- der Dumpfkeisselänlagen.