EP0214589A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers - Google Patents
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- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
- B21D53/027—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers by helically or spirally winding elongated elements
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a heat exchanger, in which at least two fluids in heat exchange are guided in flow channels formed between the turns of spirally interwoven band materials, which alternate in the radial direction of the entire body, the heat transfer being carried out in the radial direction the band material of the spiral body is made.
- Heat exchangers in a so-called spiral type with a flow of the flowable heat exchange means in the circumferential direction are known, but have so far been largely unsuccessful, since their production has proven to be very complicated and therefore expensive.
- Such a method is characterized according to the invention in that the strip materials are supported on an inner body having axial channel connections and are wound up there, preferably on a strip winding machine, together with edge and end-side distance and side boundary profiles and connected gas-tight or liquid-tight to one another near the edge.
- a heat exchanger produced by the method according to the invention can be operated both in cocurrent and in countercurrent.
- a tape made of a heat-insulating material can be wrapped for the thermal insulation or a tape made of a heat-insulating material or with a heat-insulating coating can be used as the outer winding material.
- a rational winding can be achieved if at least one of the spacer and side delimitation profiles is slipped onto the outer edge of the assigned strip material by means of a lateral longitudinal slot before being wound into one another.
- the present invention further relates to a heat exchanger produced by the method according to the invention.
- This is then expediently characterized by at least two flow channels which are spirally interwoven band materials and edge-side or end-side, co-wound and gas-tight and liquid-tightly connected distance and side limitation profiles which are connected at both ends in supply pipes, preferably on the front side of the arrangement, wherein the flow channel sections lying together in one turn in thermal communication are separated from those of the following turns by thermal insulation and the entire arrangement is surrounded by a heat-insulating jacket.
- the heat exchanger shown here in a manufacturing phase comprises an elongated inner body 1, which is stepped in parallel to the axis and has an approximately oval cross-section, on the step 1 'of which two flat, protruding (FIG. 2) supply pipes 2 and 2' are placed one above the other.
- supply pipes 2 and 2 ' open spiral flow channels l4 and l4', which are delimited in the circumferential direction by two spirally wound strip materials 4 and 4 'and radially by edge and end side co-wound distance and side limitation profiles 6.
- the production is preferably carried out on a tape winding machine that is otherwise used for the production of electrical coils Strip materials and the distance and side limitation profiles are fed continuously via deflection rollers from supply rollers (not illustrated in detail since they are known).
- the strip materials and the distance and side limitation profiles are wound up simultaneously.
- heat heads (not shown in detail) of a welding machine or the like can be guided along a pilot line corresponding to the end winding edges.
- the windings are separated by a heat insulation which, according to FIG. This means that heat can only be exchanged in all turns between the flow channels 14 and 14 'of the turn in question.
- the outer band material 4 itself consists of a heat-insulating material or with a heat-insulating coating see is.
- FIG. 2 shows that the heat exchanger wound in this way is then supplemented by two further, final supply pipes l2 and l2 'and the whole is still provided with a heat-insulating jacket 9.
- the box-shaped supply pipes 2,2 ', l2 and l2' protrude parallel to the axis on the same end face.
- the feed pipes can also be arranged alternately, as shown in FIG. 6.
- the feed pipes 2, 2 'and l2, l2' have a round cross section.
- the heat exchanger is wrapped in a round shape.
- FIG. 3 illustrates that the distance and side delimitation profiles 6 are plugged onto the outer edge of the assigned strip material 4 or 4 'by means of a longitudinal longitudinal slot 6' before being wound into one another.
- the strip materials 4 or 4 ' can alternately engage in the longitudinal slots 6' of the profiles 6 or be inserted between the radially following profiles 6 (FIG. 4) or, according to FIG. 5, the whole may be constructed in layers.
- the materials of the heat exchanger according to the invention can, of course, be as long as they are suitable at all.
- Such a heat exchange can also be carried out in cocurrent or countercurrent with a wide variety of fluids.
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Abstract
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bei welchem mindestens zwei im Wärmeaustausch stehende Strömungsmittel in, zwischen den Windungen von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien (4,4') gebildeten Strömungskanälen (14,14') geführt werden, die sich in radialer Richtung des Gesamtkörpers jeweils abwechseln, wobei die Wärmeübertragung in radialer Richtung durch das Bandmaterial des spiralförmigen Körpers erfolgt, werden die Bandmaterialien an einem, axiale Kanalanschlüsse aufweisenden Innenkörper (1) abgestützt und dort, vorzugsweise auf einer Bandwickelmaschine, zusammen mit randnahen bzw. stirnseitigen Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen (6) aufgewickelt und randnahe miteinander gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bei welchem mindestens zwei im Wärmeaustausch stehende Strömungsmittel in, zwischen den Windungen von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien gebildeten Strömungskanälen geführt werden, die sich in radialer Richtung des Gesamtkörpers jeweils abwechseln, wobei die Wärmeübertragung in radialer Richtung durch das Bandmaterial des spiralförmigen Körpers erfolgt.
- Wärmetauscher in sogenannter Spiralbauart mit einer Strömung der strömungsfähigen Wärmeaustauschmittel in Umfangsrichtung sind zwar bekannt, konnten sich aber bisher nur wenig durchsetzen, da sich deren Herstellung als sehr kompliziert und somit teuer erwiesen hat.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine vergleichsweise unkomplizierte und preisgünstige Herstellung von Wärmetauschern der ge nannten Art gestattet.
- Ein solches Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass die Bandmaterialien an einem, axiale Kanalanschlüsse aufweisenden Innenkörper abgestützt und dort, vorzugsweise auf einer Bandwickelmaschine, zusammen mit randnahen bzw. stirnseitigen Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen aufgewickelt und randnahe miteinander gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden werden.
- Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, Wärmetauscher der vorgenannten Art auf rationellste Weise herzustellen, wobei diese Massnahmen einen grossen Spielraum bezüglich Anzahl Strömungskanäle pro Windung, Durchtrittsquerschnitt der Kanäle, axialer Erstreckung und Anzahl Windungen u.a. gestatten, was eine unmittelbare Anpassung solcherart hergestellter Wärmetauscher an die unterschiedlichsten Betriebsbedingungen ermöglicht.
- Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Wärmetauscher kann sowohl in Gleichstrom als auch in Gegenstrom betrieben werden.
- Für einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den Strömungsmitteln ist ein allfälliger ungewollter Temperaturausgleich zu vermeiden, was dadurch erreicht wird, dass die gemeinsam in einer Windung in Wärmekommunikation liegenden Strömungskanalabschnitte von jeweils jenen der folgenden Windungen durch Wärmeisolation getrennt werden.
- Hierfür kann für die Wärmeisolation ein Band aus einem wärmeisolierenden Material mit eingewickelt oder als windungsäusseres Bandmaterial ein Band aus einem wärmeisolierenden Material oder mit einer wärmeisolierenden Beschichtung verwendet werden.
- Eine rationelle Aufwicklung lässt sich dabei erreichen, wenn mindestens eines der Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile vor dem Ineinanderwickeln mittels seitlichem Längsschlitz auf die Aussenkante des zugeordneten Bandmaterials aufgesteckt wird.
- Um die Anordnung stirnseitig gas- bzw. flüssigkeitsdicht zu verschliessen, kann in Abhängigkeit der verwendeten Materialien ein Kleben, Schweissen, Verschmelzen oder Löten infrage kommen. Die hierfür verwendeten Wärmeköpfe einer Schweissmaschine oder dgl. werden dann zweckmässig entlang einer den stirnseitigen Wickelkanten entsprechenden Pilotlinie geführt.
- Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Wärmetauscher. Dieser zeichnet sich dann zweckmässig aus durch mindestens zwei, von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien sowie randnahen bzw. stirnseitigen, miteingewickelten und mit den Bandmaterialien gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbundenen Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen begrenzte Strömungskanäle, welche an beiden Enden in Zuleitungsrohre vorzugsweise stirnseitig der Anordnung ausmünden, wobei die gemeinsam in einer Windung in Wärmekommunikation liegenden Strömungskanalabschnitte von jeweils jenen der folgenden Windungen durch eine Wärmeisolation getrennt sind und die ganze Anordnung von einer wärmeisolierenden Ummantelung umgeben ist.
- Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. l im schaubildartigen Querschnitt, in Teilfertigstellung einen erfindungsgemässen Wärmetauscher zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens zu seiner Herstellung;
- Fig. 2 einen fertiggestellten Wärmetauscher gemäss Fig. l in schaubildartigem Teilschnitt;
- Fig. 3 bis 5
in ausschnittweiser Schnittdarstellung verschiedene Ausführungsvarianten der Anordnung von miteinander verbundenen Bandmaterialien und Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen; und - Fig. 6 eine schaubildartige Darstellung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Wärmetauschers.
- Gemäss Fig. l umfasst der hier in einer Herstellungsphase gezeigte Wärmetauscher einen achsenparallel stufenförmig abgesetzten länglichen Innenkörper l von hier angenähert ovalem Querschnitt, auf dessen Stufe l' übereinander zwei flache, stirnseitig herausragende (Fig. 2) Zuleitungsrohre 2 und 2' aufgesetzt sind. In diese Zuleitungsrohre 2 und 2' münden spiralförmige Strömungskanäle l4 bzw. l4' ein, die in Umfangsrichtung durch zwei spiralförmig ineinandergewickelte Bandmaterialien 4 bzw. 4' und radial durch randnahe bzw. stirnseitige miteingewickelte Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile 6 begrenzt sind. Die Herstellung erfolgt dabei vorzugsweise auf einer, sonst für die Herstellung von elektrischen Spulen verwendeten Bandwickelmaschine, der die Bandmaterialien und die Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile kontinuierlich über Umlenkrollen von Vorratsrollen zugeführt werden (nicht näher veranschaulicht, da bekannt).
- Hierbei erfolgt das Aufwickeln der Bandmaterialien und der Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile gleichzeitig. Zudem ist es vorteilhaft, wenn dann gleichzeitig auch eine gas- bzw. flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Bandmaterialien und den Randprofilen hergestellt wird. Hierfür können nicht näher gezeigte Wärmeköpfe einer Schweissmaschine oder dgl. entlang einer den stirnseitigen Wickelkanten entsprechende Pilotlinie geführt werden.
- Um einen unerwünschten Wärmeaustausch zwischen den Strömungskanalabschnitten unterschiedlicher Windungen zu verhindern, werden die Windungen durch eine Wärmeisolation getrennt, welche gemäss Fig. l in Form eines Isoliermaterialbandes 8 als windungsinnerstes Band mit eingewickelt wird. Damit kann ein Wärmeaustausch in allen Windungen nur zwischen den Strömungskanälen l4 und l4' der betreffenden Windung stattfinden.
- Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn das windungsäussere Bandmaterial 4 selbst aus einem wärmeisolierenden Material besteht oder mit einer wärmeisolierenden Beschichtung ver sehen ist.
- Fig. 2 zeigt, dass der so gewickelte Wärmetauscher dann durch zwei weitere, abschliessende Zuleitungsrohre l2 und l2' ergänzt und das Ganze noch mit einer wärmeisolierenden Ummantelung 9 versehen wird.
- Die hier kastenförmigen Zuleitungsrohre 2,2',l2 und l2' ragen achsenparallel an der gleichen Stirnseite heraus.
- Alternativ können die Zuleitungsrohre auch wechselseitig angeordnet sein, wie das Fig. 6 zeigt. Hier sind zudem die Zuleitungsrohre 2,2' und l2,l2' von rundem Querschnitt. Zudem ist hier der Wärmetauscher in runder Form gewickelt.
- Fig. 3 veranschaulicht, dass die Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile 6 vor dem Ineinanderwickeln mittels seitlichem Längsschlitz 6' auf die Aussenkante des zugeordneten Bandmaterials 4 bzw. 4' aufgesteckt werden.
- Alternativ können aber auch die Bandmaterialien 4 bzw. 4' wechselweise in die Längsschlitze 6' der Profile 6 eingreifen bzw. zwischen sich radial folgende Profile 6 eingelegt (Fig. 4) oder, gemäss Fig. 5, das Ganze schichtförmig aufgebaut sein.
- Anstelle der dargestellten im Querschnitt rechteckförmigen Profile 6 können diese auch einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen.
- Die Materialien des erfindungsgemässen Wärmetauschers können natürlich beliebig sein, soweit diese überhaupt geeignet sind.
- Ferner kann ein solches Wärmetauschen im Gleichstrom oder Gegenstrom mit den unterschiedlichsten Strömungsmitteln betrieben werden.
- Selbstverständlich beschränken sich das Verfahren und der nach dem Verfahren hergestellte Wärmetauscher nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen, sondern lassen im Rahmen der Erfindung weitere Modifikationen zu.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bei welchem mindestens zwei im Wärmeaustausch stehende Strömungsmittel in, zwischen den Windungen von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien gebildeten Strömungskanälen geführt werden, die sich in radialer Richtung des Gesamtkörpers jeweils abwechseln, wobei die Wärmeübertragung in radialer Richtung durch das Bandmaterial des spiralförmigen Körpers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandmaterialien an einem, axiale Kanalanschlüsse aufweisenden Innenkörper abgestützt und dort, vorzugsweise auf einer Bandwickelmaschine, zusammen mit randnahen bzw. stirnseitigen Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen aufgewickelt und randnahe miteinander gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsam in einer Windung in Wärmekommunikation liegenden Strömungskanalabschnitte von jeweils jenen der folgenden Windungen durch Wärmeisolation getrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmeisolation ein Band aus einem wärmeisolierenden Material mit eingewickelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmeisolation ein windungsäusseres Bandmaterial aus einem wärmeisolierenden Material oder mit einer wärmeisolierenden Beschichtung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Distanz- und Seitenbegrenzungsprofile vor dem Ineinanderwickeln mittels seitlichem Längsschlitz auf die Aussenkante des zugeordneten Bandmaterials aufgesteckt wird.
6. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass zur gas- bzw. flüssigkeitsdichten Verbindung stirnseitig angeordnete Wärmeköpfe einer Schweissmaschine oder dgl. entlang einer den stirnseitigen Wickelkanten entsprechenden Pilotlinie geführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher mit einer Ummantelung aus einem wärmeisolierenden Material versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass in runder oder ovaler Form gewickelt wird.
9. Wärmetauscher, hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch l.
l0. Wärmetauscher nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens zwei, von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien (4 und 4') sowie randnahen bzw. stirnseitigen, miteingewickelten und mit den Bandmaterialien gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbundenen Distanz- und Seitenbegrenzungsprofilen (6) begrenzte Strömungskanäle (l4, l4'), welche an beiden Enden in Zuleitungsrohre (2,2' bzw. l2, l2') vorzugsweise stirnseitig der Anordnung ausmünden, wobei die gemeinsam in einer Windung in Wärmekommunikation liegenden Strömungskanalabschnitte von jeweils jenen der folgenden Windungen durch eine Wärmeisolation (8) getrennt sind und die ganze Anordnung von einer wärmeisolierenden Ummantelung (9) umgeben ist.
Applications Claiming Priority (2)
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17Q | First examination report despatched |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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