DE10023684C1 - Spiralwärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiralwärmetauscher, welcher umfangsseitig eines Kerns (1) durch spiralförmig verlaufende Metallbänder gebildete Austauscherkanäle aufweist, die mit im Kern vorgesehenen Endkammern (15, 16) zur Zuführung und Abführung von Wärmetauschermedien verbunden sind. Der Kern (1) umfasst einen S-förmig konfigurierten Längskörper (2), der aus zwei konischen gegengleich miteinander verbundenen Halbschalen (9, 10) gebildet ist. Hierdurch verjüngen sich die Endkammern (15, 16) in ihrer Längserstreckung (L1, L2) konisch, wobei die jeweilige Verjüngung der Endkammern (15, 16) umgekehrt zueinander ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralwärmetauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei Spiralwärmetauschern üblicher Bauart werden zwei Metallbänder um einen Kern gewickelt. Hierdurch entstehen zwei Austauscherkanäle. Daraus resultiert beim Betrieb des Apparats, dass ein Medium aus einem Verteiler­ raum am Umfang des Apparats nach innen strömt und vom Kern des Appa­ rats durch einen stirnseitigen Deckel nach außen geführt wird. Das zweite Medium wird vom Kern des Apparats nach außen in einen Sammelraum ge­ leitet.

Der Strömungsquerschnitt wird durch die Breite der spiralgewickelten Metall­ bänder und den Abstand zwischen ihnen gebildet. Der Abstand kann für beide Medien in unterschiedlicher Größe gewählt werden. Dadurch können auf beiden Seiten optimale Strömungsverhältnisse erreicht werden unter Ausnutzung der vorgegebenen Druckverluste.

Die Abdichtung der beiden Medien gegeneinander erfolgt normalerweise durch wechselseitiges Verschweißen der Kanäle. Die offenen Stirnseiten werden durch kräftige Plandeckel und Flachdichtungen nach außen abge­ dichtet.

Die Vorteile eines Spiralwärmetauschers sind hohe Wärmeübertragungs­ werte bei kompakter Bauweise. Es werden kleinste Temperaturdifferenzen durch Führung der beiden Medien im Gegenstrom benutzt. Des weiteren ist eine sichere Trennung der beiden Medien durch beidseitiges oder wechsel­ seitiges Zuschweißen der Austauschkanäle gewährleistet. Ein Vermischen kann ausgeschlossen werden. Eine spezielle Isolierung ist normalerweise nicht notwendig, da das Kühlmedium durchweg in dem äußeren Austausch­ kanal strömt.

Ein Spiralwärmetauscher, der sich betrieblich sehr gut bewährt hat, zählt durch die DE 196 34 988 C1 zum Stand der Technik. Der Spiralwärmetau­ scher weist umfangsseitig eines Kerns durch spiralförmig verlaufende Me­ tallbänder gebildete Austauschkanäle auf. Diese sind mit im Kern vorgese­ henen Endkammern zur Zuführung oder Abführung von Wärmetauscherme­ dien verbunden. Der Kern weist einen einstückigen zylindrischen Zentralkör­ per aus Vollmaterial auf. In diesem sind die Endkammern in Form von längs­ gerichteten mit jeweils einer Stirnseite des Zentralkörpers über Bohrungen in Verbindung stehenden Radialschlitzen ausgebildet.

Der bekannte Spiralwärmetauscher hat sich betrieblich bewährt. Er erscheint jedoch hinsichtlich des Kernbereichs verbesserungsfähig, um den konstrukti­ ven Aufwand zu verringern und die Strömungsverhältnisse zu verbessern.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, den Kernbereich eines Spiralwärmetauschers konstruktiv zu verbessern, strömungstechnisch zu optimieren und in der Herstellung zu vereinfachen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Spiralwär­ metasucher gemäß Anspruch 1.

Danach ist der Kern durch einen S-förmig konfigurierten Längskörper gebil­ det mit stirnseitigen Seitenplatten. Die Endkammern verjüngen sich in ihrer Längserstreckung konisch, wobei die Verjüngung der beiden Endkammern umgekehrt zueinander ausgerichtet ist.

Diese Konstruktion ist selbsttragend für den maximalen Differenzdruck zwi­ schen den Endkammern dimensioniert. Es sind keine versteifenden Einbau­ ten erforderlich. Die konische Ausbildung der Endkammern sorgt zudem für einen gleichmäßgen Geschwindigkeitsverlauf der durchströmenden Medien. Totzonen innerhalb des Kerns sind weitgehend minimiert. Die Ein- bzw. Aus­ strömung aus den Endkammern in den eigentlichen Spiralkanal erfolgt auf der gesamten Breite des Spiralbands. Insgesamt ist der Übergang von den Endkammern in den Spiralkanal strömungstechnisch optimiert.

Grundsätzlich kann der Längskörper einstückig aus einem Blech hergestellt sein, dem die erfindungswesentliche Konfiguration gegeben wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht gemäß Anspruch 2 vor, dass der Längskörper aus zwei konischen Halbschalen gebildet ist. Diese werden umgekehrt aneinander gesetzt, so dass die Verjüngung der einen Halbschale umgekehrt zu der Verjüngung des anderen Halbschalle verläuft. Anschließend werden die Halbschalen an einer Längsseite verbunden. Die beiden Halbschalen können separat gefertigt werden, und zwar mit einer exzentrischen Konizität, so dass sich am zusammengesetzten Längskörper die gewünschte S-förmige Konfiguration ergibt. Zur Herstellung des Längs­ körpers kann auch ein exzentrisches konisches Rohr gefertigt werden, wel­ ches anschließend geteilt und umgekehrt an jeweils einer Längsseite anein­ ander gefügt wird.

Um den mit Stirnseiten versehenen Längskörper wird dann ein Kernmantel angeordnet (Anspruch 3). Anschließend kann der Kern zum Wickeln der die Strömungskanäle ausbildenden Metallbänder genutzt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellungsweise den Kern eines Spiralwärmetauschers;

Fig. 2 den Kern in einer ersten Seitenansicht;

Fig. 3 den Kern in einer zweiten Seitenansicht;

Fig. 4 eine Ansicht auf die Darstellung der Fig. 2 gemäß dem Pfeil A;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 3 entlang der Linie B-B und

Fig. 6 in perspektivischer Darstellungsweise die Fertigungsabfolge bei der Herstellung des Längskörpers eines Kerns.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein Kern 1 eines ansonsten nicht näher veran­ schaulichten Spiralwärmetauschers dargestellt.

Der Kern 1 weist einen S-förmig konfigurierten Längskörper 2 auf. An den beiden Enden 3, 4 des Endkörpers 2 sind stirnseitig Seitenplatten 5 bzw. 6 angeordnet, die jeweils eine zentrale Öffnung 7 bzw. 8 für die Zu- bzw. Ab­ strömung eines Wärmetauschermediums aufweisen.

Der Längskörper 2 ist aus zwei konischen Halbschalen 9, 10 hergestellt. Dies erkennt man anhand der Fig. 6. Hierzu wird ein exzentrisches koni­ sches bzw. kegelstumpfförmiges Rohr 11 mittig längsgeteilt, so dass zwei Halbschalen 9, 10 entstehen (Schritt a). Die Halbschale 9 wird dann umge­ dreht, worauf die beiden Halbschalen 9 und 10 miteinander an jeweils einer ihrer Längskanten 12, 13 verschweißt werden (Schritt b). Die Schweißnaht ist in der Fig. 6 mit 14 bezeichnet. Es entsteht der gegengleich S-förmig geschwungene Längskörper 2.

Die offenen Querschnitte des Längskörpers 2 bilden die Endkammern 15 bzw. 16 eines Spiralwärmetauschers mit einem Kern 1. Der Längskörper 2 wird anschließend mit den Endplatten 5, 6 versehen. Diese weisen jeweils zwei radial einander gegenüberliegende Kerben 17, 18 auf. Anschließend wird ein Kernmantel 19 um den Kern 1 angeordnet und an den Endplatten 5, 6 verschweißt (siehe hierzu Fig. 2 bis 5).

Um den fertigen Kern 1 werden dann zwei hier nicht dargestellte Metallbän­ der spiralförmig gewickelt. Ein Metallband wird an den Kerben 17 an den Kernmantel 19 angesetzt. Das andere Metallband wird an den Kerben 18 an den Kernmantel 19 angesetzt. Beim Wickeln entstehen dann zwei Kanäle für die Durchströmung eines Wärmetauschermediums. Der Strömungsquer­ schnitt wird durch die Breite der spiralgewickelten Metallbänder und den Ab­ stand zwischen diesen gebildet. Zur Gewährleistung des gewünschten Ab­ stands zwischen den Metallbändern kommen Abstandshalter zum Einsatz.

Die Ausbildung des erfindungswesentlichen Kerns 1 des Spiralwärmetau­ schers bewirkt, dass sich die Endkammern 15, 16 jeweils von einem Ende 3 bzw. 4 ausgehend in ihrer Längserstreckung L1, L2 konisch verjüngen, wo­ bei die Verjüngung der Endkammern 15 bzw. 16 umgekehrt zueinander aus­ gerichtet ist.

Der Kern 1 ist selbsttragend. Versteifende Einbauten sind nicht erfordelrich. Der Kern 1 kann für den maximalen Differenzdruck zwischen den Endkam­ mern 15, 16 dimensioniert werden. Die konische Ausbildung der Endkam­ mern 15, 16 sorgt für einen gleichmäßigen Geschwindigkeitsverlauf der ein- bzw. durchströmenden Wärmetauschermedien. Totzonen innerhalb des Kerns 1 sind nahezu nicht vorhanden. Die Ein- bzw. Ausströmung der Wärmetauschermedien in den eigentlichen Spiralkanal erfolgt auf der gesamten Breite des Spiralbands.

Bezugszeichenaufstellung

1

Kern

2

Längskörper

3

Ende v.

2

4

Ende v.

2

5

Endplatte

6

Endplatte

7

Öffnung

8

Öffnung

9

Halbschale

10

Halbschale

11

Rohr

12

Längskante

13

Längskante

14

Schweißnaht

15

Endkammer

16

Endkammer

17

Kerbe

18

Kerbe

19

Kernmantel
L1 Längserstreckung v.

15

L2 Längserstreckung v.

16

Claims (3)

1. Spiralwärmetauscher, welcher umfangsseitig eines Kerns durch spiralför­ mig verlaufende Metallbänder gebildete Austauscherkanäle aufweist, die mit im Kern vorgesehenen Endkammern zur Zuführung und Abführung von Wärmetauschermedien verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) einen S-förmig konfigurierten Längskörper (2) aufweist mit stirnseitigen Endplatten (5; 6), wobei sich die Endkammern (15; 16) in ihrer Längserstreckung (L1; L2) konisch verjün­ gen und die Verjüngung der Endkammern (15; 16) umgekehrt zueinander ausgerichtet ist.

2. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Längskörper (2) aus zwei konischen Halbschalen (9, 10) gebildet ist.

3. Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass um den Kern (1) ein Kernmantel (19) angeordnet ist.