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Wärmeaustauscher mit aus Draht fortlaufend geformten Wärmeleitgittern
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, dessen die Wärmeaustauschmittel
trennende Wandung mit aus Draht fortlaufend :geformten Wärmeleitgittern bewehrt
ist, bei denen jeder Gitterstab an seinem der Wand abgekkehrten Ende mit dem anderen
der aus benachbarten Drahtteilen gebildeten Gitterstäbe durch abgebogene Drahtscheitel
oder Verbindungsstege zusammenhängt.
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Bekannte Wärmeleiter dieser Art sind so angeordnet, daß das aus U-förmig
hin und her gebogenem Draht hergestellte Drahtband mit den versetzt zueinander liegenden
Querstücken seiner Scheitelteile mit zwei parällelen Austauschwandungen in Berührung
gebracht ist. Diese Anordnung erfordert eine genau gleiche Länge der von der Wandung
abliegenden Drahtteile, weil sonst das erforderliche Anliegen an-beiden Austauschwandungen
nicht gewährleistet ist. Die Herstellung eines so genau passenden Drahtgitters ist
jedoch ,nur mittels genau arbeitender und daher teurer Maschinen möglich. Auch ist
es bekannt, ein zickzackförmiges Drahtband auf ein Rohr so aufzuschieben, @daß @dieses
innerhalb der D@raht-,vindungen liegt und von .den Windungen umgeben wird. Hierbei
kommt infolge der Eigenspannung jeder Drahtwindung :im wesentlichen nur eine punktweisse
Berührung der Drahtteile am Umfang ,der Austauschwandung zustande. Es ist jedoch
im Interesse eines guten. Wärmeüberganges wenigstens eine Linienberührung des Drahtes
mit derAustauschwandung anzustreben. Auch die Zugänglichkeit von außen zu den wandungsseitig
anliegenden Drahtteilen isst bei dem bekannten Drahtgitter nur unvollkommen gewahrt.
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Weiterhin, ist es bekanntgeworden, einen U-förmig a-ebogenen Draht
auf :der Wandung des Austauschkörpers so aufzubringen, daß die [-.Schenkel durch
ein Tragband hindurchtreten, das die an der Wandung liegenden Querstücke ([-Basis)
der Drahtscheiteltedle lediglich gegen die Wandung andrücken kann. Es ist hierbei
keine metallische Verbindung
vorgesehen; auch ist eine solche nicht
möglich, weil das über die rohranliegenden Drahtteile ([)-Basis) gezogene Tragband.
diese völlig überdeckt und anderseits über diesem Tragband außen noch Drahtwindungsteile
dien freien Raum über dem Tragband versperren, so,daß etwaige Hilfsmittel für die
Herstellung einer metallischen Verbindung, insbesondere eine Schweißelektrode, nicht
an die wandun!gsseitig anliegenden Drahtteile herangebracht werden können.
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Es ist zudem auch bekannt, je zwei Gitterreihen dieser Art mit den
zugehörigen Verbindungsstegen in Form einer Wendel von rechteckigem Querschnitt
aus Draht fortlaufend zu wickeln. Derartige Drahtwendeln werden in der Regel mit
ihren wandseitigen Verbindungsstegen an der Wärmeaustauschwand befestigt durch einen
in die Drahtwindungen eingezogenen Metallstreifen oder einen Draht, der schon beim
Herstellen der Drahtwendel in die Maschine eingelegt werden muß. Diese Notwendigkeit
in Verbindung mit der Tatsache, daß die Drahtwendeln das Bestreben haben, sich infolge
der Eigenfederung des Drahtwerkstoffes schraubenförmig zu verwinden, erschwert sowohl
die Herstellung derartiger Wärmeleitgitter als auch deren Anbringung an den dem
Wärmeaustausch dienenden Rohrwandungen. Auch bei einer ebenfalls bekanntgewordenen
Ausführungsform ,dieser Art, bei der die wandseitigen Stege etwas in Richtung auf
die Drahtgitter hin abgekröpftsind, bestehen die gleichen Schwierigkeiten.
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Die Nachteile der bekannten Ausführungen werden vermieden, wenn erfindungsgemäß
die von der Wärmeaustauschwand abgekehrten Verbindungsstege bzw. Drahtscheitel benachbarter
Gitterstäbe in einer anderen Richtung verlaufen als die an der Wandung anzubringenden
Verbindungsstege, und zwar so, ,daß zwischen .den Gitterstaibreihen eine von außen
frei zugängliche, fortlaufende Gasse (q., 14, 24., 3d.) verbleibt. Zweckmäßig werden
die der Wärmeaustauschwand abgekehrten Verbindungsstege längs der Gitterstabreihen
verlaufend angeordnet. Diese Formgebung der aus Draht zusammenhängend hergestellten
Wärmeleitgitter ermöglicht es, den zur Befestigung der Gitter auf der Rohrwand .gegebenenfalls
benötigen Draht oder Streifen erst nachträglich, beispielsweise erst währenddes
Aufwindens der Gitter auf das Rohr, unter zweckentsprechender Spannung auf die an
der Wand festzulegenden Verbin dlungsstege auflaufen zu lassen; im Bedarfsfalle
können nunmehr auch Schweißelektroden bzw. Löteinrichtungen oder -mittel von oben
her unmittelbar an die wandseitig zu befestigenden Stege herangebracht werden. Damit
wird bei den mit Wärmneleitgittern bewehrten Wärineaustauschvorrichtungen überhaupt
erst die Anwendung der Widerstandsschweißung oder -lötung und infolgedessen erstmalig
auch die Verwendung solcher Werkstoffe wie z. B. der Leichtmetalle und ihrer Legierungen
ermöglicht, die sich nur mit Hilfe eines Schweiß-oder Hartlötverfahrens xneta.llisch
und gut wärmeleitend mit der Rohrwand verbinden lassen.
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Die Formgestaltung der Wärmeleitgitter gemäß der Erfindung kann auf
wesentlich einfacherem Wege als bei den bekannten Ausführungs:fommen, nämlich mit
Hilfe einfacher Biege- oder Faltwerkzeuge vollkommen verwind ungs@frei erfolgen.
Beispielsweise können zweireihige, durch wandseitige Verbindungsstege miteinander
verbundene Wärmeleitgitter durch Abkanten eines Drahtbandes hergestellt werden,
-das aus einem mäanderförmig hin .und her gebogenen Draht geformt ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung,
in der die in der Zeichnung dargestellten Ausführungbeispiele gemäß den Fig. i bis
2o erläutert werden.
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Der für die Wärmeableitungsgitter zu verwendende Draht ist zunächst,
wie Fig. i und 2 zeigen, U-fömig oder gemäß F ig. 3 v-förmig hin und her gebogen.
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Die Fig. q. ,und 5 veranschaulichen in perspektivischer Ansicht je
einen Teil von fertigen Drahtbändern, bei denen die mittleren Teile der zickzackförnii.g
gestalteten Drähte nach den Fig. i bis 3 durch Abbiegen der Drahtleiterteile 3 reit
den Drahtuinkehrstellen zu Verbindungsstegen 2 für die Wärmeleiterteile 3 geworden
sind, die zwischen sich einen einschnittartigen Zwischenraum (Gasse) . bilden. Das
Biegen kann in an sich bekannter Weise auf Abkantmaschinen oder mit Hilfe von Biegerollen
erfolgen. Mit 53 sind die OOuerstücke der Scheitelteile des Drahtbandes bezeichnet.
Die in Fig.4 und 5 dargestellten fertigen Drahtbänder können auch unter Umgehung
der in den Fig. i bis 3 dargestellten Zwischenformen unmittelbar mittels geeigneter
Falt- @bzw. Biegeeinrichtungen gefertigt werden. Es können auch mehrere parallel
zueinander auf der Rohrwandung vorgesehene Drahtbänder dieser Art so aufgebracht
werden, daß ein Drahtband in die Lücken 6 des benachbarten Drahrbandes eingreift,
wobei auch die :in ,die Lücken greifenden Drahtbandteife mehr oder weniger in die
Gasse .l hineinragen können. Die Neiguug der strahlenartig verlaufenden Wärmeleiterteile
3 oder die Höhe der Wärmeleiterreilien können verschieden sein.
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Fig 6 zeigt ein den Wärme- oder Kältet r. 'iger führend-es Rohr i,
uni das ein Drahtband
der in Elg.4dargestellten Art teilweise herumgelegt
ist. Auf die rohranliegenden Verbindungsstege-2 :wird nach oder gleichzeitig mit
dem Aufbringen des. Drahtbandes um die Rohrwandung i von außen in die Gasae 4 ein
Befestigungsidraht 5 aufgewickelt, der die Stege 2 an die Rohrwand i andrückt. Die
von außen zugängliche Gasse 4 ermöglicht ohne weiteres ein Einlaufen des Befestigungsidrahtes
unter beliebiger und von der des Drahtbandes unabhängiger Spannung. Drahtband und
Befestigungsband laufen dabei von getrennten Rollen.
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Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch das Rohr i der Fig. 6 und veranschaulicht
-die Zugänglichkeit für eine Schweißel-ktrade 7 an die Vetbindungsste@ge z. Bei
enger Gasse 4 wird die Zugänglichkeit dadurch verbessert, .daß die strahlenartig
verlaufenden Drahtleiterteile 3 von der Elektrode 7 .seitwärts. abgebogen werden
oder in dieser schrägen Stellung schon aufgewickelt werden. Nach der Schweißung
können die Wärmeleiter durch eine geeignete Vorrichtung in eine zur Rohrwand: senkrechte
Richtung gebogen werden.
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Wie aus Fig. 8 und: 9 hervorgeht, können zwei verschiedene Drahtbänder
so ineinandergreifen, daß> sie eine gemeinsame in Drahtbandrichtung verlaufende
Gasse 4. bilden und mit ihren Verbindungsstegen 2, 2' wechselseitig hintereinander
an .der Wandung i anliegen. Die Drahtleiterteile 3, 3' können unter verschiedener
Neigung zur Wärmeaustauschwand gerichtet sein.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. io und i i unterscheidet sich von
den vorher beschriebenen nur dadurch, daß die rohranliegenden Verbindungsstege 2"
des einen Drahtbandes länger sind als die Stege 2 des anderen Drahtbandes und daß
die Wärmeleiter 3" parallel zu den Drahtleitern 3 verlaufen.
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Fig. 12 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Drahtband, das aus der
in Fig. 2 dargestellten Zwischenstufe dadurch hergestellt ist, -daß die Scheitelteile
an einer Seite,des Drahtbandes aus der ursprünglichen Drahtbandebene abgebogen 'sind
und dadurch :die Basis 12 zum Anbringen des Drahtbandes an der Austauschwandung
bilden. Hierdurch ist ein L-förmiges Drahtbandprofil entstanden. Das benachbarte
Drahtband gleicher Form kann- in die Lücken 16 mit seinen Verbindungsstegen 12 eingreifen
und dabei zweckmäßig parallel zudem ersten Drahtband in solchem Abstand verlaufen,
daß der gewünschte eirischnittärtigeZwischenraum (Gasse) 14 zwischen den Wärmeleiterteilen
entsteht. Hierbei sei gleichzeitig geze igt, daß bei einem Drahtband mit U-förmigen
Scheitelteilen die außenliegenden Drahtquerstücke 53 etwa die gleiche Länge a halben
können wie der freie äußere Abstand b zwischen zwei in derselben Reihe hintereinanderliegenden
Drahtquerstücken 53 (vgl. auch in Fig. q. die Lücke 6 zwischen den Drahtquerstükken
53).
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Fig. 13 zeigt ein in gleicher Weise wie Fi:g. 12 aus der Zwischenform
nach Fig. 3 heraus.-gestelltes Drahtband mit dem L-Profil.
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Wie Fig.14 zeigt, können auch die Scheitelteile z. B. eines in Fig.
2 dargestellten Drahtbandes beiderseitig abgebogen werden, so daß dasselbe Drahtband
auf beiden Seiten Verbindungsstege i2 zum Anbringen des Drahtbandes auf (der Austauschwand
besitzt, nachdem das ursprünglich ebene Drahtband im mittleren Teil gefaltet worden
ist. Das so hergestellte Drahtband hat somit ein hutförförmiges Profil erhalten.
Auch hierbei können die Wärmeleiterteile 33 eine verschiedene Neigung vaum Rohrmantel
haben. Das benachbarte Wärmeleitgitter kann mit seinen entsprechend gestalteten
Stegen 12 in die zwischen den Stegen 12 des ersten Gitters befindlichen Lücken (vgl.
Ziffer 16 in Fig. 12) eingeschoben sein, so daß die Stege zweier benachbarter Wärmeleitgitter
sich in einer von außen zugänglichen Gasse befinden.
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Durch mehrfaches zickzackartiges Abbiegen der in den Fi:g. i und 2
dargestellten Zwischenformen lassen sich, wie Fig. 15 zeigt, solche Drahtbänder
herstellen, die mehr als zwei parallele Drahtleiterreihen 3 aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel
sind je zwei derartige Reihen, die durch Verbindungsstege 2 an der Wandung i festgelegt
sind, durch Scheitelquerteile 9 miteinander verbunden.
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Fig. 16 zeigt ein mehrreihiges W ärmeleitgitter mit strahlenartig
gegen die Wandung i gerichteten Drahtleitern 23. Dieses Gitter kann entweder
aus einer flachen, fortlaufend gewickelten Drahtwendel der in Fig. 17 dargestellten
Querscbnitts£orm oder aus einem in stetig sich folgenden Schleifen der in Fig. 18
dargestellten Form hin und her gebogenen Draht in (der Weise hergestellt werden,
@daß zunächst die (durch die gestrichelten Linien in Eng. 17 und 18 begrenzten mittleren
Drahtteile 22 so verschoben werden, daß sie längs einer in der Winkelrichtung des
Drahtes verlaufenden Ebene hintereinanderliegen, und (d@aß danach die hierbei entstandenen
Drahtschlaufen, die aus je zwei durch einen bogenförmigen Drahtscheitel miteinander
verbundenen Drahtleitern 23 bestehen und sämtlich durch .die Drahtteile 22 paarweise
zusammenhängen, um (die durch die gestrichelten Linien in Fig. 17 und 18 angedeuteten
Knickstellen abgebogen werden, so d,aß nunmehr die in Fig.16 -dargestellte Querschnittsform
entsteht. Die die windseitigen Verbindungsstege bildenden Drahtteile 22 können durch
einen in
die von oben her offne Gasse 24 eingebrachten Draht 5 und/oder
durch eine Schweißelektrode an der Wandung i befestigt werden. Danach können im
Bedarfsfalle die Drahtleiter oder Gitterstäbe23 dn die in Fig.16 gestrichelt dargestellte
Lage gebogen werden.
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Die Fig. ig und 2o zeigen im Längsschnitt zwei parallel zueinander
liegende, den Wärme-bzw. Kälteträger führende Rohre i mit aufgebrachten Drahtbändern,
wobei die strahlenartig verlaufenden Wärmeleiter 3 von einem oder mehreren benachbarten
Rohren in den einschnittarti.gen Zwischenräumen (Gassen) gegenseitig zahnartig ineinandergreifen.
Hierdurch ist es möglich, die Oberfläche je Raumeinheit zu vergrößern. Dieses ist
besonders bei auf die Rohrm.antelfläche schraubenförmig oder kreisringförmig aufgebrachten
Drahtbändern vorteilhaft, die sowohl gleichsinnig als auch mit verschiedenem Wicklungssinn
auf die Rohre aufgebracht sein können. Die Oberflächenvergrößerung ist deshalb vorteilhaft,
weil in,der ,der Rohrwand fernliebgenden Zone der Wärmeleiter die Zwischenräume
zwischen ,den einzelnen Drahtleitern größer sind als in der Nähe,der Rohrmantelfläche.
Da in diesen größeren Zwischenräumen aber nur eine kleinere wärmeaustauschende Oberfläche
je Raumeinheit vorhanden ist, könnte bei nicht zahnartigem Ineinandergreifen der
Drahtleiter 3 das in dieser Zone durchströmende Mittel nur eine geringere Wärmemenge
austauschen als in der Zone nahe dem Rohrmantel. Durch geeignete Wahl der Höhe der
ineinandergreife-nden Wärmeleiterteile zweier oder mehrerer benachbarter Rohre ist
es demgemäß möglich, eine gleichmäßigere Verteilung der wärmeaustauschenden Oberfläche
je Raumeinheit und dadurch auch eine gleichmäßigere Erwärmung bzw. Kühlung des durchströmenden
Wärmeaustauschmittels zu erreichen. Weiterhin kann bei dieser ,#ulordnung der Widerstand
über die wärmeaustauschenden Flächen gleichmäßiger gehalten werden. Im Gegensatz
zu den bekannten Wärmeaustausch,ern mit drahtförmiger Oberflache kann beim Erfindungsgegenstand
ein derartiger Ausgleich in sehr günstiger Weise herbeigeführt werden. Das zahnartige
Ineinandergreifen,der Rippen benachbarter Wärmeaustauschkörper ist an sich bekannt.
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Bei allen vorerwähnten und noch möglichen Ausführungsformen des Erfin
dungsgefdankens können die Drahtbänder sowohl schraubenförmig als auch ringförmig
um die die Wärmeaustauschmittel trennende Wandung herumgelegt werden; ebenso können
auch die Drahtbänder in Richtung der Rohrachse, also parallel dazu, auf das Rohr
aufgebracht werden. Die letztere Drahtbandano.rdnung hat besonders beim Schweißen
mit einer Rollen- i elektrode den Vorteil, daß sich gerade und gegebenenfalls lange
Schweißnähte ausführen lassen.