DE2745021C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem axial von einem Medium durchströmten Wärmetauschbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 15 01 479 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus zwei ineinanderliegenden Windungen für das Wärmetauschermedium besteht und bei dem zwischen den benachbarten äußeren Windungen ein eine Wärmeübertragung weitgehend verhinderndes biegsames Material angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dagegen, die Wärmeleitfähigkeit des Wärmetauschers der eingangs genannten Art zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Außerdem geben die Ansprüche ein Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers an.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind zwischen den benachbarten Windungen der Wärmetauscherrohre Gitter aus Fasern oder Drähten angeordnet, und zwar sind diese zwischen die Windungen gepreßt und gegen diese verformt. Der Druck der Zusammenpressung der verformten Fasern mit den Windungen läßt die Wärme an den Fasern zwischen den Windungen und dem von den Windungen umgebenen Raum durch die Windungen führen, wodurch Gas oder Dampf zur Wärmeübertragung durch die Gitter quer zu den Ebenen der entsprechenden Rohr­ windungen strömen kann. Hierdurch wird der Wärmeübergang bzw. -austausch wesentlich verbessert.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei ist

Fig. 1 ein Querschnitt an der Linie 1-1 der Fig. 2 bei einem Wärmetauscher nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Horizontalschnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ein Längsschnitt an der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 ein Teilschnitt in größerem Maßstab mit mehreren verteilt liegenden Windungen und Schichten von nicht zusammengepreßten Wärme­ übertragungsgittern vor deren Zusammenpressung;

Fig. 5 ein Teilschnitt, ebenfalls in größerem Maß­ stab von verschiedenen Windungen und Wärme­ übertragungsgittern nach deren Zusammenpres­ sung;

Fig. 6 ein Vertikalschnitt, der der Fig. 4 ent­ spricht, aber in kleinerem Maßstab, von einem Paar Klemmbacken, bereit zum Zusammenpressen;

Fig. 7 ein Vertikalschnitt ähnlich der Fig. 1, bei dem aber die Klemmbacken nach Fig. 6 mit zusätzlichen Sätzen von Klemmen und bei Beendigung des Klemmvorgangs gezeigt wird;

Fig. 8 ein Horizontalschnitt, der der Fig. 2 ent­ spricht und einen weiteren Klemmensatz und bei Beendigung des Klemmvorganges zeigt;

Fig. 9 eine Teil-Seitenansicht mit den inneren Tei­ len und einer anderen Form nach der Erfin­ dung;

Fig. 10 ein Horizontalschnitt an der Linie 10-10 der Fig. 9;

Fig. 11 ein der Fig. 3 ähnlicher Vertikalschnitt, der aber eine weitere Form der Erfindung zeigt;

Fig. 12 ein Vertikalschnitt quer zur Fig. 11 an der Linie 12-12 dieser und

Fig. 13 ein Horizontalschnitt an der Linie 13-13 der Fig. 11.

Der Wärmetauscher, der in den Fig. 1 bis 3 gezeigt wird, enthält eine in ein Wärmeübertragungsmedium H eingebettete und in Kontakt mit ihr befindliche Spirale C. Fig. 2 zeigt die Spirale C mit den Seiten 10 und den Enden 11 der Windungen, die um 90° gekrümmte Ecken verbunden sind, die eine rechteckige Ausbildung haben, obwohl auch viele andere Ausbildungen möglich sind und auch mehr als eine Spirale verwendet werden kann. Die Fasern des Wärmeübertragungsmediums sind zwischen die Windungen gepreßt, die zwischen einer oberen und einer unteren Lochplatte 13 bzw. 14 geklemmt gehalten werden. Das Gehäuse enthält ferner eine Vorderwand 18 und eine Rückwand 19 wie auch eine obere Wand 20 und eine untere Wand 21. Zu noch zu beschreibenden Zwecken kann die Seitenwand 16 an die Vorderwand 18 und die Seitenwand 17 an die Rückwand 19 mit zwei Winkelteilen angeformt sein, die an gegenüberliegenden aneinanderstoßenden Ecken miteinander verbunden sind (Fig. 2).

Der Raum zwischen der oberen Lochplatte 13 und der oberen Wand 20 enthält eine Einlaßkammer oder einen Verteiler, wobei eine Einlaßöffnung 23 an der Rückwand 19 mit einem Einlaßrohr oder dgl. für Gas oder Dampf, z. B. Luft, verbunden ist, das bzw. der in den oberen Verteiler und dann durch das Medium H geführt wird, die sich beide im Gebiet der Windungen der Spirale C und auch außerhalb der Windungen und entsprechenden Wänden, was in Fig. 3 durch Pfeile angezeigt wird, quer zu den Ebenen der jeweiligen Windungen befinden. In ähnlicher Weise befindet sich neben dem Boden ein und zwischen der unteren gelochten Platte 14 und der unteren Wand ein Auslaßverteiler.

Das Gas oder der Dampf strömt vom Wärmeübertragungs­ material H in diesen Auslaßverteiler zum Austritt durch eine Auslaßöffnung 24 in der Rückwand 19, an dem zum Führen von Gas oder Dampf zum Verwendungspunkt ein entsprechendes Rohr angebracht sein kann. Durch die Vorderwand 18 gehen an unteren und oberen Stellen ein Einlaß 25 und ein Auslaß 26 für die Spirale C hindurch, daß so die Gegenströmung der Flüssigkeit und des Gases erfolgt. Auch wenn sich der Gas- oder Dampfeinlaß unten und der Auslaß oben befindet, kann die Flüssigkeit dann zum Rohr 26 gelangen und tritt durch das Rohr 25 aus.

Zwischen der oberen Lochplatte 13 und dem Merkmal H wie auch zwischen der unteren Lochplatte 14 und dem Material H kann sich ein Sieb 27 befinden, um das Material sicher zwischen den Platten zu halten. Über der oberen Lochplatte 13 kann ein Filter 28 (Fig. 3) aus Glasfasern untergebracht sein.

Die Windungen der Spirale können zu Anfang so geformt oder gezogen sein, daß sie zwischen entsprechenden Teilen benachbarter Windungen mit erheblichem Abstand einen Spalt ergeben, so wie bei zu großem Rohrdurchmesser (Fig. 4). Dann werden verschiedene Schichten 30 von nicht zusammengepreßtem Gitter, wie bereits beschrieben, zwischen benachbarte Windungen gebracht, wobei die Kreuzung der Gitter mit dem gegenüberliegenden Ende 11 der Spirale von einem Schlitz 31 aufgenommen wird (Fig. 2). Wie Fig. 4 zeigt, ermöglicht der Schlitz mehrere nicht zusammengepreßte Gitterschichten 30, die im nicht zusammengepreßten Zustand etwas dicker als die einzelne Windung sein sollen, um zwischen benachbarte Windungen gebracht werden zu können. Weitere nicht gepreßte Schichten 30′ gelangen an das Oberteil der obersten Windung, wobei ein gleicher Satz Maschenschichten unter der untersten Windung liegt, so daß die Spirale durch ihre ganze Länge hindurch sowohl oben als auch unten mit dem Gitter verbunden ist.

Nach der Erfindung werden die Windungen der Spirale gegen die vorher nicht gepreßten Gitterschichten 30 zusammengepreßt, um nach Fig. 5 zwischen den Windungen und für einen erheblichen Abstand um die Windungen herum gepreßte Gitter 32 zu erhalten. Dies ergibt nicht nur einen Kontakt mit den Fäden, Fasern oder Drähten, sondern auch einen festen Kontakt im gepreßten Gebiet.

Außer den zusammengepreßten Fäden oder Fasern, Drähten usw. der Gitterschichten zwischen den Windungen der Spirale C ergibt sich ein Zusammenpressen jedes Gitters 30 sowohl innerhalb des Umfanges der Spirale als auch außerhalb dieses, da die Anfangsdicke der Schichten zwischen Windungen (Fig. 4) größer als der Durchmesser der Windungen sein kann. Das Zusammenpressen der Schichten gegeneinander an von der Spirale entfernten Punkten aus ergibt anscheinend einen weiteren Wärmeaustausch, da die Wärme durch Leitung zwischen den Fasern einer Maschenschicht und denen benachbarter Schichten übertragen werden kann.

Das Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers nach der Erfindung wird in den Fig. 6 bis 8 gezeigt.

Die Gitter 30 befinden sich, wie bereits erwähnt, zwischen benachbarten Windungen mit einem Schlitz 31 an einem Ende jeder Windung, so daß jede Gruppe von Schichten und Windungen leichter in die Preßstellung gebracht werden kann. Nachdem die weiteren Schichten 30′ an die Ober- und Unterseite der Spirale gebracht worden sind, kann ein Sieb 27 sowohl an die untere als auch an die obere Maschenschicht zusammen mit der oberen und der unteren Lochplatte 13 bzw. 14 gebracht werden. Dieser Zusammenbau wird dann, wie es Fig. 6 zeigt, in eine Presse, normalerweise eine hydraulische Presse mit Backen 35 und 36 gebracht, die gegeneinander geführt werden, um sowohl die Spirale als auch das Material H gleichzeitig aus dem in Fig. 4 in den nach Fig. 5 zu pressen.

Während diese Einrichtung noch zusammengedrückt ist, und nachdem die Ausbauschungen korrigiert worden sind, werden die Winkelstücke, eine mit der Seitenwand 16 und der Vorderwand 18 und die andere Seitenwand 17 und die Rückwand 19 in ihrer Lage zusammengepreßt, wobei die Vorderwand 18 entsprechende Schlitze für das Einlaß- 25 und das Auslaßrohr 26 besitzt. Die Seitenwände werden z. B. durch Klammern 27 und 38 (Fig. 7 und 8) zusammengedrückt, während die Klemmen 39 und 40 nach Fig. 8 an die Vorderwand 18 bzw. die Rückwand 19 angreifen. Die Klemme 40 ist mit Löchern 41 versehen, um die auslaufenden Rohre 25 und 26 aufzunehmen. Die Klemmenpaare 37, 38 und 39, 40 werden gegeneinander gedrückt und führen die Winkelstücke diagonal, bis die Innenseite der Gehäusewände nahe oder dicht neben dem Rand der Lochplatten 13 und 14 anstoßen. Dann können die aneinanderstoßenden Kanten der Winkelstücke bei 22 verschweißt werden, während die Kanten der Lochplatten mit der Innenseite der Seitenwände 16 und 17 naht- oder punktverschweißt (15 in Fig. 7) sind. Die Anordnung kann dann von den Klemmen und Pressen befreit werden, wenn die obere und die untere Platte 20 bzw. 21 an vorher zusammengebauten Wänden z. B. durch Schweißen befestigt werden können.

Dieses Verfahren kann durch Einfügen der jeweiligen Gitter zwischen benachbarte Windungen und Zusammendrücken der Schichten zwischen den Windungen nacheinander abgeändert werden. Die Spiralen können mit entsprechend verteilt liegenden Windungen gewickelt werden, werden aber vorzugsweise mit den dicht zusammenliegenden Windungen gewickelt, um die Preßkräfte zu verringern. Eine erste Windung kann somit wie am Boden von der nächsten darüberliegenden getrennt werden, während sie praktisch parallel gehalten werden. Die Gitterschichten können anfangs zwischen eine Lochplatte 14 oder auch ein Sieb 27 und die Bodenwicklung gebracht werden. Dann werden die Schichten nach der Trennung zwischen die Bodenwindung und die nächste darüberliegende gebracht. Gleichzeitig kann ein Druckplatte unter die nächste Windung gebracht werden und dann die untere Backe 36 nach oben geführt werden, um die Gitter rund um die Bodenwindung zusammenzupressen. Die Preßplatte wird dann entfernt, die nächsten Windungen werden getrennt, die Schichten und eine Druckplatte eingesetzt und dann die Gitter rund um die Windung heruntergepreßt, wobei die vorhergehende Schicht gegen dieselbe Windung aufgepreßt wird.

Bei einer anderen Wärmetauscherkonstruktion nach den Fig. 9 und 10 können zwei Spiralen C′, die durch ein Verbindungsrohr 44 miteinander verkuppelt sind, in einer seitlichen Entfernung im Übertragungsmaterial H angeordnet werden, das aus verformbaren Gitterschichten in der Art eines Drahtgewebes besteht. Eine Spirale C′ besitzt einen Einlaß 45 und die andere einen Auslaß 46. In einer Spule fließt somit die Flüssigkeit im Gegenstrom zu Gas oder Dampf, während die Strömung für die gegenüberliegende Spule umgekehrt ist.

Die Schichten der Maschen können zwischen die Spiralen in etwas größerem Abstand als ihr Durchmesser in der Art nach Fig. 4 gebracht werden, wobei zwei Schlitze 47 ein Ende der seitlich benachbarten Spiralen überlappen, um die Spiralform aufzunehmen. Wie vorher können weitere Maschenschichten sowohl über als auch unter die Spiralen gebracht werden, während diese und die Schichten zwischen einer oberen Lochplatte 48 und einer unteren Lochplatte 49 zusammengepreßt werden, wobei ein Sieb 27′ sich zwischen den Lochplatten und dem Gitter befinden kann. Die Anordnung wird dann gepreßt, bis die Schichten zwischen benachbarten Spiralen zusammengepreßt und geklemmt sind, nicht nur um einen Druckkontakt des Gitters mit den jeweiligen Spiralen zu erhalten, sondern auch zum Vergrößern der Fläche jeder von den Schichten kontaktierten Spirale.

An einer oberen Stelle in der Rückwand 19′ kann sich ein Luft- oder Gaseinlaß befinden, während eine vordere Wand 18′ ebenfalls mit Löchern oder Schlitzen zur Aufnahme des Einlasses 45 und des Auslasses 46 versehen ist. Zum Abgeben von Luft oder einem anderen Gas oder von Dampf kann sich eine untere Auslaßöffnung 24′ in der Seitenwand 17′ oder an einer anderen geeigneten Stelle in der äußeren Platte befinden, die den Auslaßverteiler umgibt und sich zwischen der unteren Lochplatte 49 und der unteren Wand 21′ befindet. Der Raum zwischen der oberen Lochplatte 48 und der oberen Wand 20′ dient als Einlaßverteiler, während die Einlaßöffnung 23′ an eine beliebige andere Stelle am Rand des Einlaßverteilers gesetzt werden kann.

Bei einer anderen in den Fig. 11 und 13 gezeigten Form werden zwei Gruppen von Spiralen C′′ mit drei Spiralen in jeder Gruppe vorgesehen, während die Spiralen jeder Gruppe durch obere und untere Einlaßverteiler 55 bzw. 56 parallel gelegt sind, mit denen Einlaßrohre 45′ bzw. Auslaßrohre 46′ entsprechend für die durch Pfeile angezeigte Strömungsrichtung verbunden sind. Dieses Gehäuse enthält Endplatten 57, die lösbar an den Seitenplatten 56 und der oberen und der unteren Platte 59 bzw. 60 durch Flansch- oder Bolzenverbindungen 61 angebracht sind. Die untere Platte 60 ist mit einem Luft- oder Gaseinlaß 63 versehen, während die obere Platte 59 einen Luft- oder Gasauslaß 64 besitzt. Die beiden Spiralgruppen sind durch eine Gewebeplatte 65 mit einem Flansch 66 voneinander getrennt, der zu jeder Seite an jedem Ende führt, während die Endplatten 57 an ihren Kanten mit nach innen gerichteten Flanschen 66′ versehen sind. Für jede Spirale hält eine obere und eine untere Lochplatte 68 bzw. 69 ein Sieb 27′′ gegen das Wärmeaustauschmaterial H und dieses damit in Druck, bis die Kanten der Lochplatten an die entsprechenden Flansche 66 und 66′ geschweißt sind.

Vor dem Zusammendrücken des Wärmeaustauschmaterials H wird eine Reihe von Stangen 70 in das Material an jeder Seite der längeren Bahnen der rechteckigen Spirale C′′ gedrückt (Fig. 13).

Während des Zusammenpressens des Gitters und der Spiralen hält das Gitter die Stangen und verhindert so ein seitliches Verschieben einer der Spiralen.

Am Lufteintritt des Wärmeaustauschmaterials H kann ein Filter 71 vorgesehen werden, um ein Eindringen äußerer Gegenstände in das Wärmeaustauschmaterial zu verhindern.

Claims (9)

1. Wärmetauscher mit einem axial von einem Medium durchströmten Wärmetauscherbehälter mit spiralförmig gewundenem Wärmetauscherrohr (C), durch das eine Flüssigkeit zur Wärmeübertragung geführt ist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Gittern (30) aus Fasern oder Drähten, die zwischen benachbarten Windungen (10, 11, 12) und dem Mittelraum des Wärmetauscherrohres (C) liegen, wobei die Fasern oder Drähte gegeneinander und zwischen benachbarte Windungen gepreßt und gegen diese verformt sind und durch poröse Behälterzwischenwände (13, 14) an den axialen Enden des Wärmetauscherrohres (C), gegen die die Gitter (30) einen axialen Druck ausüben.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (30) aus Metall bestehen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (30) aus Kupfer oder Aluminium bestehen.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsrohr (C) aus Metall besteht.

5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des eintretenden Mediums zwischen der porösen Behälterzwischenwand (13) und dem Gitter (30) ein Sieb (27) vorgesehen ist.

6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem axialen Ende des Wärmetauscherrohres (C) eine Dampf- oder Gaskammer (19) vorgesehen ist.

7. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren in dem Behälter angeordnet ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Gitter (30) aus Fasern oder Drähten zwischen benachbarten Windungen der Spirale (C) und dem Raum eingesetzt werden, der von verteilt liegenden verbundenen und parallelen Windungen einer Spirale (C) umgeben ist, daß eine Druckkraft auf die Gitterschichten zu den Windungen ausgeübt wird, wobei der Abstand zwischen benachbarten Windungen abnimmt, und die Gitter zwischen die Windungen und gegeneinander gepreßt und in Kontakt mit den Windungen verformt werden, und daß die Gitter so gehalten werden, daß der verformte und zusammengepreßte Zustand und der Druckkontakt der verformten Fasern mit den Windungen aufrechterhalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Gitter zwischen nebeneinanderliegenden Windungen nacheinander zusammengepreßt werden.