EP0192212B1

EP0192212B1 - Spiralwärmetauscher

Info

Publication number: EP0192212B1
Application number: EP86101948A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Prof. Dr.-Ing. Michele
Original assignee: Grote Heiner
Current assignee: Heiner Grote Te Edewecht Bondsrepubliek Duitsland
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1986-02-15
Publication date: 1988-10-19
Also published as: US4679621A; DE3660977D1; EP0192212A1; DE3505789A1; JPS61240093A; ATE38093T1

Description

Die Erfindung betrifft einen rekuperativen Spiralwärmetauscher mit in Spiralform verlaufenden, aus hochkant nebeneinander stehenden Blechbändern gebogenen Trennwänden zwischen den das ausnutzbare Temperaturgefälle aufweisenden fluiden Stoffströmen, von denen zwei zueinander benachbarte Trennwände jeweils einen Strömungskanal für einen der beiden Stoffströme zwischen sich einschließen und der zwischen zwei Strömungskanälen befindliche Spiralraum den Strömungsweg für den jeweils anderen Stoffstrom bildet. und mit Zu- und Abströmöffnungen für beide Stoffströme.
Ein solcher Spiralwärmetauscher ist nach der GB-A-778 541 bekannt. Der bekannte Spiralwärmetauscher ist bauartbedingt auf zwei Gänge einer Spirale für jeden Stoffstrom beschränkt. Auf die beiden Gänge verteilt sich jeweils ein Stoffstrom. Einer der Stoffströme strömt jeweils von der Peripherie der Spirale zum Zentrum, während der jeweils andere Stoffstrom vom Zentrum zur Peripherie strömt. Zwei spiralförmige Strömungskanäle führen jeweils einen zugeordneten Stoffstrom. Damit die Wärmetauscherflächen eine für die Leistung, für die der Wärmetauscher ausgelegt ist, ausreichende Größenordnung aufweisen, müssen die beiden spiralförmigen Strömungskanäle für jeden Stoffstrom bei dem bekannten Wärmetauscher verhältnismäßig lang sein. Lange Strömungskanäle haben jedoch den Nachteil, daß hohe Druckverluste auftreten. Soll bei vorgegebener Wärmetauscherfläche bei dem bekannten Spiralwärmetauscher ein höherer Durchsatz der Stoffströme erreicht werden, ist dies nur möglich durch 'Vergrößerung der Abstände zwischen den Trennwänden, d. h. durch entsprechende Breite der einzelnen Strömungskanäle. Daraus ergeben sich wiederum konstruktive Schwierigkeiten, denn breiter gehaltene Strömungskanäle führen zu jeweils vergrößertem. Durchmesser der Spiralarme, aus dem wiederum längere und damit größere Wärmetauscherflächen resultieren. Die technische Anwendung des als zweigängige Spirale für jeden Stoffstrom ausgebildeten bekannten Spiralwärmetauschers erfordert somit erheblichen und folglich kostenintensiven Konstruktions- und Bauaufwand.
Nach der US-A-19 78 639 ist ein Wärmetauscher einer anderen Gattung bekannt, bei dem achtförmig verlegte Rohrschlangen eingesetzt werden, die sich relativ einfach kreuzen lassen. Eine Vielzahl von einzelnen Rohren zur Führung jeweils eines Stoffstromes läuft dort, achtförmig verlegt, parallel zueinander. Bei einem Spiralwärmetauscher der hier in Rede stehenden Gattung, bei dem die Strömungskanäle aus hochkant stehenden Blechbändern gebildet sind, sind für eine Vielzahl von Strömungskanälen notwendige Kreuzungsbereiche, wie sie in der US-A-19 78 639 offenbart sind, nicht zu verwirklichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spiralwärmetauscher der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß beliebig viele Strömungskanäle möglich sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß er zwei in einem geschlossenen Gehäuse hintereinander angeordnete mehrgängige Spiralen mit einander entgegengesetztem Drehsinn aufweist und daß die Zu- und Abströmöffnungen für die beiden Stoffströme im Zentrum der Spiralen angeordnet sind.
Bei einem derartig ausgebildeten Spiralwärmetauscher kann jeder Stoffstrom auf die Spiralarme aufgeteilt werden, mit dem Vorteil, daß entweder die spiralförmigen Strömungskanäle zwischen Eintritt und Austritt des jeweiligen Stoffstroms relativ kurz sind, oder ein entsprechend höherer Durchsatz möglich ist, wobei beide Vorteile ohne Verkleinerung der eigentlichen Wärmeaustauscherfläche erreicht werden, deren Abmessung der erreichbaren Größenordnung der Leistung eines Wärmetauschers angepaßt sein muß. Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Spiralwärmetauscher kann somit die volle Leistung, für die er ausgelegt ist, aufgrund der gegebenen Wärmetauscherfläche erbringen, ohne daß die Nachteile bisher üblicher Spiralwärmetauscher herkömmlicher Bauart in Kauf zu nehmen sind.
Ein mit einer mehrgängigen Spirale ausgebildeter Wärmetauscher weist auch den Vorteil auf, daß er einfach hergestellt werden kann, da die einzelnen Strömungskanäle relativ kurz sind und demzufolge das Biegen der Trennwände in die Spiralform auch einfach ist, weil die einzelnen Windungen nur wenig ineinander liegen.
Da der Spiralwärmetauscher noch aus zwei mehrgängigen Spiralen besteht, die einander entgegengesetzten Drehsinn aufweisen, sind die Bauabmessungen der Spiralen verringert und lassen sich dennoch relativ große Wärmetauscherflächen auf engstem Raum unterbringen. Jeder Strömungskanal innerhalb einer der Spiralen kann kurz sein, da die Gesamtlänge eines jeden Strömungskanals durch seinen Verlauf innerhalb beider Spiralen vorgebbar ist. Durch die Verbindung von zwei gegenläufigen Spiralen erhält jeder Strömungskanal einen etwa S-förmigen Verlauf, wobei die S-Bögen jeweils innerhalb einer der Spiralen liegen. Diese Art der Spiralbildung der Wärmetauscherflächen erleichtert deren Herstellung und ermöglicht eine verhältnismäßig kostengünstige Fertigung aus hochkant nebeneinanderstehenden Blechbändern, wobei jeweils zwei Blechbänder zwischen sich einen Strömungskanal einschließen, der oben und unten durch eine Abdeckung, z. B. äußere Gehäusewände, verschlossen ist, indem beide Spiralen in vorteilhaft einfacher Weise in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind. Der Wärmetauscher ist dadurch ein besonders kompaktes Bauteil, das hohen Leistungsanforderungen genügt. Die Verwendung in klimatechnischen Anlagen und sonstigen Einsatzgebieten ist denkbar, wobei insbesondere das Gebiet niedriger Abwärmetemperaturen bei Gasen in Frage kommt.
Die Zuström- und Abströmöffnungen sind jeweils in einem dem Zentrum der Spiralen entsprechenden Gehäusebereich angeordnet. Entsprechende Leitungsanschlüsse, z. B. Anschlußstutzen, können vorgesehen werden.
Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht eines Spiralwärmetauschers mit einer unteren Gehäusewand 1 und kastenförmigen Seitenwänden 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Wärmetauscherflächen in der gezeigten Weise spiralförmig angeordnet. Über Zuströmöffnungen 3-3"' kann ein Stoffstrom zugeführt werden. Da vier Zuströmöffnungen vorhanden sind, und an jede der Zuströmöffnungen 3-3'" jeweils ein Strömungskanal 4-4'" angeschlossen ist, verteilt sich der zugeführte Stoffstrom auf die vier Strömungskanäle, die von jeweils zwei nebeneinanderliegenden Trennwänden 5, 6, hier am Beispiel des Strömungskanals 4 bezeichnet, begrenzt werden. Die Strömungskanäle 4-4'" sind spiralförmig ineinandergelegt und bilden somit eine mehrgängige, im Uhrzeigersinn verlaufende Spirale. Zwischen den einzelnen Strömungskanälen 4-4"' befinden sich freie Spiralräume, die ebenfalls als Strömungskanäle für einen zweiten Stoffstrom dienen, der durch die Öffnung 9 geleitet wird.
Dieser zweite Stoffstrom wird über eine einzige Zuströmöffnung größeren Durchmessers, die in der linken, gegen den Uhrzeigersinn gewundenen Spirale angeordnet ist und mit 7 bezeichnet ist, zugeführt. Diese zweite Spirale weist die Abströmöffnungen 8-8'" auf, über die der erste Stoffstrom, der über die Zuströmöffnungen 3-3"' der rechten Spirale eintritt, wieder abgeleitet wird.. Die Abströmöffnung 8 befindet sich somit am Ende des Strömungskanals 4, der von der Zuströmöffnung 3 abgeht. Die verbleibenden, jeweils einander zugeordneten Zuström- und Abströmöffnungen 3'-3"' und 8'-8"' weisen jeweils den gleichen Index auf.
Der über die größere Zuströmöffnung 7 in der linken Spirale zuströmende zweite Stoffstrom tritt in durch Pfeile schematisiert angedeuteten Bereichen in die Spiralräume zwischen den Strömungskanälen ein und strömt durch die Spiralräume zur rechten Spirale und somit im Gegenstrom zu dem der rechten Spirale zugeführten Stoffstrom, wo er durch die dort befindliche Abströmöffnung 9 wieder aus dem Gehäuse des Wärmetauschers austritt.

Claims

Rekuperativer Spiralwärmetauscher mit in Spiralform verlaufenden, aus hochkant nebeneinander stehenden Blechbändern gebogenen Trennwänden zwischen den das ausnutzbare Temperaturgefälle aufweisenden fluiden Stoffströmen, von denen zwei zueinander benachbarte Trennwände jeweils einen Strömungskanal für einen der beiden Stoffströme zwischen sich einschließen und der zwischen zwei Strömungskanälen befindliche Spiralraum den Strömungsweg für den jeweils anderen Stoffstrom bildet, und mit Zu- und Abströmöffnungen für beide Stoffströme, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei in einem geschlossenen Gehäuse hintereinander angeordnete mehrgängige Spiralen mit einander entgegengesetztem Drehsinn aufweist und daß die Zu-und Abströmöffnungen (3-3'" und 8-8'" ; 7 und 9) für die beiden Stoffströme im Zentrum der Spiralen angeordnet sind.