DE3014506A1

DE3014506A1 - Waermeaustauscher mit einem spiralenfoermigen raum fuer den waermeaustausch zwischen wenigstens zwei medien

Info

Publication number: DE3014506A1
Application number: DE19803014506
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Fillios
Original assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Current assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1980-11-06
Also published as: CH635922A5; ES8100724A1; GB2048452B; ES490766A0; NL8002250A; ATA202980A; DE3014506C2; BE882920A; GB2048452A; AT369533B; PT71112A; IT1175394B; LU82393A1; IT8009414A0; BR8002561A

Description

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Wärmeaustauscher mit einem spiralenförmigen Raum für den Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei Medien

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für den indirekten Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei Medien,

Derartige Wärmeaustauscher sind bekannt und werden für zahlreiche Anwendungsfälle eingesetzt; sie haben unterschiedliche Formen und enthalten im allgemeinen wenigstens zwei voneinander durch eine gemeinsame Wandung getrennte Eäume. Die Medien durchströmen je einen der beiden Räume mit unterschiedlichen Temperaturen, wobei der Wärmeaustausch zwischen den Medien durch die gemeinsame Wand stattfindet. Bei der am meisten gebräuchlichen Konstruktion enthalten die Wärmeaustauscher dieser Art ein Netz von Rohren, die einen ersten Hohlraum bilden und von einem der Medien durchströmt werden, wobei das Rohrnetz in einem zweiten Hohlraum angeordnet ist, das von

"■5 dem anderen Medium durchströmt wird. Auf diese Weise erhält man eine beträchtliche Austauschfläche, die im übrigen in vielen Fällen dadurch vergrößert wird, daß man innere und/oder äußere Wandelemente hinzufügt, die angebracht werden können oder nicht. Diese Wandelemente haben im allgemeinen die Form von Flügeln oder Rippen, die senkrecht zur Achse der Rohre angeordnet werden.

Es sind auch Wärmeaustauscher bekannt, bei denen Netze oder Bündel parallel verlaufender Rohre spiralenförmig aufgewickelt und in einem Hohlraum angeordnet sind. Zum Stande der Technik gehören ferner Wärmeaustauscher, bei denen zwei Medien in zwei spiralenförmigen, zueinander' parallel angeordneten Durchgängen verlaufen, wobei eine spiralenförmig in einem Raum angeordnete Leitung vorgesehen ist. Sie werden im allgemeinen für den Wärmeaustausch zwischen nur zwei Medien verwendet. Die Flügel oder Rippen, von denen oben gesprochen wurde, sind häufig völlig nutzlos.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher mit einer einen Hohlraum bildenden spiralenförmig aufgewickelten Wand so auszubilden, daß die Leistung erhöht und die Herstellung mit einfachen Mitteln zu einem niedrigen Preis möglich ist. Ferner soll der Wärmeaustauscher an einen Brenner anschließbar sein und einen Wärmeaustausch auch zwischen mehr als zwei Medien ermöglichen.

Ausgehend von einem Wärmeaustauscher der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß er aus einer zunächst ebenen Wand besteht, die zu einer Spirale aufgewickelt und mit Deckeln verschlossen ist, die an den beiden Enden senkrecht zu der Wand befestigt sind, wobei ein spiralenförmiger Raum für den Umlauf eines der Medien zwischen den Windungen der Wand gebildet wird und Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums vorgesehen sind.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums aus einem Netz von Rohren bestehen, die mit ihren Mantellinien an der spiralenförmig gebogenen Wand befestigt sind und parallel zu einer Achse verlaufen, um die die Wand aufgewickelt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums durch die Wand selbst gebildet, die aus wenigstens zwei parallel verlaufenden Wandungen besteht, die an zwei parallelen Kanten miteinander verbunden sind, so daß eine hohle Wand für den Umlauf des Mediums gebildet wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Wärmeaustauscher mit einem oder mehreren der folgenden Merkmale:

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a. an der Innen- und/oder Außenseite der hohlen Wand sind Hindernisse oder Sperren vorgesehen, die einen oder mehrere, eine Verwirbelung hervorrufende Strömungswege erzeugen,

b. die Wandungen der hohlen Wand sind miteinander durch eine Vielzahl von Verbindungsstellen miteinander verbunden, die in dem Hohlraum zwischen zwei benachbarten Wandungen Schikanen, sowie zwischen den Windungen der hohlen Wand Erhebungen und Vertiefungen bilden,

c. die Verbindungsstellen sind Schweißstellen,

d. die spiralenförmig gebogene Wand weist drei Wandungen auf, um zwei innere, spiralenförmig verlaufende Durchgänge zu bilden, wobei die Verbindungsstellen einer der beiden Wandungen weiter voneinander entfernt sind als die der anderen Wandung und die Umlaufgeschwindigkeit in dem einen Durchgang verschieden von der in dem anderen Durchgang ist,

e. die spiralenförmig gebogene Wand besteht aus n-Wandungen zur Bildung von η - 1 inneren spiralenförmig verlaufenden Durchgängen, wobei die Verbindung spunk te jeder Wandung einen Abstand voneinander haben, der verschieden ist von dem Abstand der Verbindung spunkte der anderen Wandungen und in allen so gebildeten Durchgängen liegen unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten vor,

f. die spiralenförmig gebogene Wand ist senkrecht angeordnet und selbst verschlossen und es ist seitlich an ihrem unteren Ende eine Saugvorrichtung angeordnet, um Kondensat und/oder Nebel zum unteren Ende der Vorrichtung zu fördern,

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g. die spiralenförmig gebogene Wand ist senkrecht angeordnet und verschlossen und es ist im mittleren Bereich eine Absaugvorrichtung angeordnet, die zum Abzug von Kondensat und/oder Nebel zum unteren Abschnitt der Vorrichtung dient,

h. die spiralenförmig gebogene Wand ist senkrecht angeordnet und verschlossen und es ist am unteren Abschnitt des Austauschers ein Abzugsrohr mit einem auswechselbaren Verschluß zum Abzug des Kondensats befestigt,

i. der obere und der untere Abschluß der Wandung erfolgt in der Weise, daß an den beiden Enden vorgesehene Verlängerungen der Wandungen miteinander verbunden werden,

d· die Verbindung der Verlängerungen der Wandungen erfolgt durch Schweißen oder Verklammern,

k. der mittlere Raum oder der Austrittsraum des senkrecht aufgestellten Wärmeaustauschers ist als Brennkammer ausgebildet und mit einem Brenner versehen,

1. die Oberfläche der Wandung der Brennkammer ist so behandelt, daß die Strahlung der Brennerflamme absorbiert wird, um die Temperatur des Brennermaterials möglichst gering zu halten,

m. mindestens einige Verbindungspunkte der Wandungen der hohlen Wand sind mit einer zentralen Bohrung versehen, um die Grenzschichten des zwischen den Windungen der hohlen Wand umlaufenden Mediums zu zerreißen,

n. zwischen dem spiralenförmigen Raum und der Absaugvorrichtung sind Einrichtungen zur Zufuhr einer

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Wärmeströmung zu der Absaugvorrichtung vorgesehen, UTTi die gesättigten Dämpfe zu erhitzen, die in die Absaugvorrichtung eintreten,

o. das Aufrollen der hohlen Wand zu einer Spirale erfolgt veränderbar, um den Wärmeaustausch durch Vergrößerung des Druckverlustes umgekehrt proportional zu dem Temperaturgefälle des Mediums zu optimieren, das zwischen den Windungen der hohlen Wand umläuft,

p. der Abstand der Verbindungspunkte der hohlen Wand ist veränderbar, um den Wärmeaustausch durch Turbulenz je nach der Verringerung des Temperaturgefälles des zwischen den Windungen der hohlen Wand umlaufenden Mediums zu vergrößern,

q_. die spiralenförmig aufgewickelte Wand hat eine konische Form, wobei die Spitze nach oben zeigt, so daß der spiralenförmige Innenraum und die hohle Wand schräg zur Horizontalen verlaufen, um die Kondensation des oder der Medien und das Abziehen des Kondensats aus dem unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers zu erleichtern,

r. die Herstellung des Wärmeaustauschers erfolgt in der Weise, daß man zwei oder mehr Bleche aufeinanderlegt, durch eine Anzahl von Schweißstellen miteinander verbindet, die Ränder schweißt, zwischen den Blechen einen Druck anlegt, den zwischen den Blechen gebildeten Raum mit einem entfernbaren Stoff anfüllt, die Bleche zu der gewünschten Spirale biegt und dann den in dem Hohlraum befindlichen Stoff entfernt,

s. zur Herstellung des Wärmeaustauschers werden zwei oder mehr Bleche aufeinandergelegt, durch eine Anzahl von Schweißstellen miteinander verbunden, die Ränder

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verschweißt, auf die Bleche während des Umbiegens zu einer Spirale ein Zug ausgeübt und zwischen den Blechen, um sie aufzublähen, ein Druck angelegt.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Vorderansicht,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschers ,

Figur 3 eine Draufsicht auf die abgewickelte Wand,

Figur M- eine perspektivische Darstellung eines Teils der Wand vor dem Aufrollen,

Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer anderen

Ausführungsform, bei der die Wand mit Ausschnitten versehen ist,

Figur 6 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung eines Teils der Wand vor dem Aufrollen,

Figur 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vorwärmen von Brenngasen,

Figur 8 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines hohlen Wandabschnittes des auf Figur 8 dargestellten Wärmeaustauschers vor dem Aufrollen,

Figur 10 einen Teilschnitt durch die hohle Wand für einen Anwendungsfall, bei dem ein Wärmeaustausch zwi-

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sehen drei Medien erfolgen soll,

Figur 11 eine perspektivische Darstellung eines Wärmeaustauschers für einen Anwendungsfall, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen drei Medien erfolgen soll, wobei der Wärmeaustauscher mit einem zen

tral angeordneten Brenner und einem Abzugsventilator versehen ist,

Figur 12 einen senkrechten, durch die Achse des Ventilators geführten Teilschnitt durch den auf Figur 11 dargestellten Wärmeaustauscher,

Figur 13 einen waagerechten Teilschnitt durch die hohle

Wandung des auf Figur 11 dargestellten Wärmeaustauschers , der die Verbindung mit den Rohren für den Austritt der Medien zeigt,

Figur 14 eine perspektivische Darstellung eines Wärmeaustauschers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für den Wärmeaustausch zwischen drei Medien, bei der der Wärmeaustauscher mit einem außerhalb der spiralenförmigen Wandung angeordneten Brenner sowie einem zentral ange

brachten Ventilator besteht,

Figur 15 einen senkrechten, durch den Brenner geführten

Teilschnitt durch den auf Figur 14 dargestellten Austauscher und

Figur 16 einen der Figur 10 entsprechenden Teilschnitt durch die hohle Wand, aus der sich die an bestimmten Stellen angebrachten Schweißpunkte ergeben.

Auf allen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen 030045/0684

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Bezugszeichen verwendet worden.

Der auf den Figuren 1 und 2 dargestellte Wärmeaustauscher dient zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien, die durch die Bezugszeichen A und B angedeutet sind. Die Umlaufrichtung der Medien ist durch Pfeile wiedergegeben. Der Austauscher enthält ein Netz von Rohren 1, in denen das Medium B zirkuliert und die fest mit einer Wand 2 verbunden sind, die mit den Rohren über ihre Mantellinien in Kontakt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen das Rohrnetz und die Wand aus einer unter der Bezeichnung "Roll-Bond" bekannten Wand, deren Aufbau sich aus Figur 4 ergibt. Diese Wand erhält man dadurch, daß zwei Bleche a und b aus einer Aluminiumlegierung oder einer rostfreien Legierung teilweise miteinander verschweißt werden, wobei nichts verschweißte Streifen freibleiben. Durch Ausbauchen der nicht verschweißten Abschnitte mit geeigneten Mitteln und Einrichtungen erhält man rohrförmige Abschnitte c, die die Rohre 1 bilden. Das so erhaltene Produkt ist besonders geeignet zur Herstellung von Verdampfern für Kühlaggregate oder Tiefkühltruhen, die im Haushalt verwendet werden. Das Produkt eignet sich auch in besonderer Weise zur Herstellung von Wärmeaustauschern gemäß vorliegender Erfindung; man könnte selbstverständlieh auch andere, mit Rohren versehene Wände benutzen.

Wie sich insbesondere aus Figur 2 ergibt, ist die Wand spiralenförmig aufgewickelt, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Windungen ein freier Raum 3 verbleibt, in dem in diesem Fall das Medium A umläuft. Damit das Medium A den Wärmeaustauscher in einem festgelegten Kreislauf durchströmt, werden Abdeckungen vorgesehen, die aus Deckeln 4- und 5 bestehen und die fest an der unteren bzw. oberen Kante der Wand 2 befestigt sind, so daß für das

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Medium A ein Eingangsstutzen 6 und ein Austritt 7 gebildet wird. Natürlich ist die mittlere oder innere Spirale 8 nicht vollkommen geschlossen, um den Umlauf des Mediums A zu ermöglichen.

Auf Figur 3 ist die Wand 2 mit dem Netz von Rohren 1 für den Umlauf des Mediums B in abgewickelter Form dargestellt. Das Netz enthält Sammelrohre 1a, die durch die Rohre 1 miteinander verbunden sind, die in Parallelschaltung zwischen den Sammlern 1a verlaufen. Die Umlaufrichtung des Mediums B ist mit Pfeilen angedeutet, so daß die Funktion, ohne daß es weiterer Erläuterungen bedarf, eindeutig ersichtlich ist.

Das Medium wird durch Hindernisse oder Sperren 9 gezwungen, von einem Sammler zum nächsten zu strömen. Die Rohre 1 sind praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums A angeordnet.

Die Funktion des Wärmeaustauschers wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem das Medium A ein Gas, beispielsweise ein Verbrennungsgas, und das Medium B eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser eines Heizungskreises, ist. Unter Berücksichtigung des Druckverlustes beim Durchgang der Medien durch den Wärmeaustauscher werden die Medien A und B mit geeigneten, angetriebenen Einrichtungen durch den Wärmeaustauscher gedrückt oder gesaugt. Derartige Einrichtungen sind allgemein bekannt, so daß sich eine Beschreibung erübrigt. Das gasförmige Medium tritt axial mit hoher Temperatur durch den Eintrittsstutzen 6 in den Raum 3 ein, ändert seine Strömungsrichtung praktisch um 90° und tritt durch den Austritt 7 aus. Das Rücklaufwasser des Heizungskreises tritt in die Rohre 1 des Rohrnetzes im Gegenstrom zu dem Gas, d.h. an der in der Nähe des Austritts 7 liegenden

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Seite ein, durchläuft den Austauscher in Richtung der inneren Spirale 8 und tritt durch einen in der Nähe des Eintrittsstutzens 6 für das Gas liegenden Stutzen aus. Während des Umlaufes kühlen sich die Gase durch Kontakt mit den Wänden des Wärmeaustauschers, in denen das kältere Heizungswasser umläuft, ab; gleichzeitig erwärmt sich das Wasser während des Durchgangs durch Wärmeaustausch.

Die aus Figur 3 ersichtliche Ausbildung des Netzes der Rohre 1 ermöglicht es, eine für die Funktion wichtige Aufteilung der Strömung des Mediums B in den Rohren 1 und dadurch gleichzeitig eine große Austauschfläche und eine hohe Umlaufgeschwindigkeit in den Rohren zu erhalten, wodurch der Austauschkoeffizient der Vorrichtung verbessert wird. Man erhält auf diese Weise einen äußerst leistungsfähigen Wärmeaustauscher. Bei dem vorstehend erwähnten Anwendungsfall ist es möglich, den Taupunkt der Gase für eine Betriebsweise mit Kondensation zu erreichen.

Um die Wirksamkeit des oben beschriebenen Austauschers zu verbessern, kann die Oberfläphe der Wand 2, die nicht mit der Außenluft in Verbindung steht, mit Unterbrechungen versehen werden, die beispielsweise aus öffnungen oder Löchern 10a, 10b, 10c bestehen können, die die ganze Wand durchsetzen, wie sich aus den Figuren 5 und 6 ergibt. Es kann sich dabei um Löcher 10a mit kleinen Abmessungen, oder um Langlöcher 10b, die in der Nähe eines Randes der Vorrichtung angeordnet sind oder um noch längere Schlitze 10c handeln.

Die Unterbrechungen werden selbstverständlich nur an bestimmten Windungen vorgesehen. Die Vorderkanten der Unterbrechungen bewirken ein Zerreißen der angrenzenden Schichten, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird. Darüber hinaus vermindern die Unterbrechungen den durch die Zirkulation der Flüssigkeit in dem spiralen-

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- 16 förmigen .Raum auftretenden Druckverlust erheblich.

Die Unterbrechungen können auch aus Einbuchtungen, die sich nur über einen Teil der Wandstärke erstrecken oder aus Vorsprüngen bestehen oder es können alle drei Arten von Unterbrechungen vorgesehen werden, die auch nur an einem Abschnitt der Oberfläche der Wand 2 angeordnet werden können, der keine Außenwand bildet.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades wird dadurch erzielt, daß die spiralenförmige Wand so gebogen wird, daß der Abstand zwischen den Windungen sich zum Austrittsende der Gase fortlaufend verringert; auf diese Weise wird der Wärmeaustausch in dem Maße vergrößert, wie sich die Temperatur der Gase verringert.

Auf Figur 7 ist eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Trocknen von Verbrennungsgasen schematisch dargestellt. An dem oberen Deckel 4 ist ein U-förmig ausgebildetes Element 11 angebracht. Ein Teilstrom des Mediums A tritt bei A_-1 in das eine Ende des U-förmigen Elementes ein und an der mit Ap gekennzeichneten Stelle, an der es sich mit dem Medium A vermischt und dieses trocknet, wieder aus.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert, die sich durch einen noch besseren Wirkungsgrad und eine äußerst einfache Konstruktion auszeichnet. Sie ermöglicht den Wärmeaustausch zwischen mehr als zwei Medien.

Auf Eigur 8 ist ein Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen zwei Medien dargestellt, die mit den Buchstaben A und B bezeichnet sind und deren Strömungsrichtung sich aus den eingezeichneten Pfeilen ergibt. Das Medium A ist beispielsweise Warmluft, das Medium B Wasser.

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Der Wärmeaustauscher besteht im wesentlichen aus einer hohlen, spiralenförmig aufgerollten Doppelwand 101, die senkrecht aufgestellt ist und deren Wandungen mit 101a und 101"b (Figuren 8 und 9) bezeichnet sind. Eine solche Wand erhält man, indem zwei Bleche 101a und 101b aus rostfreiem Stahl aufeinandergelegt und an einer, Reihe von Schweißpunkten 102 miteinander verschweißt werden. Die Bleche sind entweder eben oder vorher geprägt. Die Schweißungen werden vorzugsweise durch Widerstandsschweißung mit programmierten Prägeeinrichtungen durchgeführt. Beim Schweißen der Ränder werden über die Schweißstellen hinaus nicht geschweißte Streifen belassen, die zu einem späteren Zeitpunkt nach der Verformung zur Bildung des Hohlraumes zwischen den Wandungen, die weiter unten beschrieben wird, durch Stumpfschweißen verbunden werden.

Durch Anlegen eines hohen Druckes zwischen den beiden Blechen, der beispielsweise hydraulisch aufgebracht werden kann, erhält man Ausbuchtungen an den nicht verschweißten Stellen, wie aus Figur 9 ersichtlich ist. Die so gebildete hohle, aus den beiden Wandungen 101a und 101b bestehende Wand, enthält eine Anzahl von Punkten, an denen die beiden Wandungen miteinander verschweißt sind. Zur Bildung der Spirale füllt man zunächst den Raum zwischen den beiden Blechen mit einem Stoff, der wieder entfernt werden kann, beispielsweise einem löslichen oder sublimierbaren Salz. Wenn man diese Maßnahme nicht vorsieht, besteht die Gefahr, daß sich die Bleche während des Biegens plattdrücken. Nach dem Biegen wird das Salz durch Auflösen oder Sublimieren entfernt. Die hohle, spiralenförmig gebogene, auf diese Weise hergestellte Wandung enthält Durchgänge 103 mit Schikanen für eins der Medien, beispielsweise das Medium B.

Eine andere Methode zur Herstellung einer hohlen, spira-030045/0684

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lenförmigen Wand ohne die "Verwendung eines Salzes besteht darin, die Bleche nach dem Schweißen zu verformen, indem man sie einer Zugbelastung während des Aufwickeins unterwirft. Dieser Zug verhindert das Zusammendrücken des Bleches, das den kleinsten Radius hat. Das Aufblähen wird dann nach der Herstellung der Bleche, eventuell nach dem Glühen, vorgenommen.

Das Aufwickeln der Wand zu einer Spirale erfolgt so, daß die Windungen dicht beieinanderliegen, wobei in der Kitte eine öffnung 104 verbleibt, von der weiter unten noch gesprochen wird. Zwischen den Windungen bleibt ein Raum frei, in dem das andere Medium, beispielsweise das Medium A, zirkuliert. Das obere Ende wird mit einem Deckel Gy., das untere Ende mit einem Boden Cp verschlossen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist ein schematisch dargestellter, zentral angeordneter Brenner 106 vorgesehen, der dazu dient, Warmluft zwischen den Windungen hindurchzuleiten, während das Medium B, beispielsweise Wasser, durch die Durchgänge 103 strömt, denen es über ein Eintrittsrohr 107 zugeleitet und aus denen es über das Austrittsrohr 108 abgeleitet wird. Selbstverständlich sind übliche Druck- oder Saugeinrichtungen erforderlich, um die Zirkulation der Medien zu ermöglichen; diese sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Der Strömungsweg der beiden Medien durch den Wärmeaustauscher ist weder vollkommen rechtwinklig noch spiralförmig. Darüber hinaus verursachen die zahlreichen Schweißpunkte für den Durchgang 103 eine Strömung mit Schikanen. Die Schweißpunkte bilden darüber hinaus an den äußeren Oberflächen der hohlen Wandung Unebenheiten und Hohlräume, so daß in dem Raum 105 ebenfalls Wirbel

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beim Umlauf des Mediums A hervorgerufen werden. Diese für beide Medien gleichzeitig auftretende Wirkung hat sich als äußerst günstig für den Wärmeaustausch erwiesen.

Das Konstruktionsprinzip der hohlen Wand ermöglicht die Bildung mehrerer Durchgänge im Inneren der Wand. Figur 10 zeigt eine Wand mit zwei Durchgängen, wobei ein zweiter Durchgang 109 mit einem dritten Blech 101c gebildet wurde, das praktisch eben ist und deren Schweißpunkte mit dem Blech 101a beispielsweise doppelt so nah aneinanderliegen wie die Schweißpunkte des Durchganges 103-Wenn das Medium B Wasser ist, besteht die Möglichkeit, gleichzeitig Heizungswasser und Wasser mit einer weniger hohen Temperatur für sanitäre Zwecke zu erhalten.

Figur 11 zeigt einen Wärmeaustauscher gemäß vorliegender Erfindung, bei dem die hohle Wandung zwei Durchgänge aufweist. Den beiden Rohren 107, 108, die den entsprechenden Rohren des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen, wurden zwei weitere Rohre 110, 111 für den Durchgang 109 hinzugefügt. Figur 13 zeigt, wie die Rohre 108 und 111 an die Durchgänge 103 und 109 angeschlossen sind. Der mit einem zentral angeordneten Brenner 106 versehene Wärmeaustauscher enthält einen Ventilator 112, der von einem Motor 113 angetrieben wird und am unteren Teil einer Blechwandung 114 befestigt ist, die den spiralenförmigen Raum seitlich abschließt und einen Austrittsraum außerhalb der Spirale bildet. Der Ventilator saugt über die öffnung 115 an. Die Medien in den Durchgängen 103 und 109 werden durch nicht dargestellte Umwälzpumpen gefördert, die an die Rohre 107, 110 oder 108, 111 angeschlossen sind.

Der Ventilator 112 fördert nicht nur das gasförmige Medium, sondern auch kondensierte Flüssigkeit und/oder Nebel im unteren Teil der Vorrichtung. Das Kondensat

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wird über ein fiohr 116 abgezogen, das mit einem nicht dargestellten, auswechselbaren Verschluß versehen ist. Mit dem Bezugszeichen 117 ist ein Rohr angedeutet, das an die öffnung 115 des Ventilators eine Wärmeströmung liefert, die aus dem spiralenförmigen Raum kommt, um die gesättigten Dämpfe zu erhitzen, die in den "Ventilator eintreten.

Wie bei dem auf Figur 8 dargestellten Beispiel ist ein Deckel CL am oberen Ende des Austauschers vorgesehen; der obere und untere Abschluß kann jedoch auch in einer anderen, auf Figur 12 dargestellten Weise erfolgen. Dabei sind die sich gegenüberliegenden Wandungen 101b und 101c der Wand verlängert, umgebogen und zusammengeführt; sie werden an ihren oberen und unteren Enden verschweißt oder geklammert.

Bei der auf den Figuren 14 und 15 dargestellten Ausführungsform ist die spiralenförmig verlaufende Wand an ihrem Ausgangsende mit einer Ausbuchtung 118 versehen, die die Brennkammer eines Brenners 106 bildet. Andererseits ist der Ventilator 112 mit seinem Motor 113 im mittleren Bereich 104 des Austauschers angeordnet.

Die Oberfläche der Brennkammer ist bei dieser Ausführungsform, ebenso wie bei dem auf Figur 11 dargestellten Beispiel, vorteilhafterweise geschwärzt. Die so behandelte Oberfläche absorbiert teilweise die intensive Strahlung der Flamme des Brenners, wodurch die Temperatur des Brennermaterials erniedrigt und die Lebensdauer erhöht wird.

Figur 16 zeigt einen Teil der spiralenförmig gebogenen Wandung, bei der die Schweißpunkte mittig an der mit 119 bezeichneten Stelle durchbohrt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht die Unterbrechung der Grenzschichten

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des Mediums, das zwischen den Windungen der hohlen Wand umläuft.

Die Bleche 101a, 101t) und 101c aus rostfreiem Stahl, die an den Punkten 102 verschweißt sind, haben beispielsweise eine Stärke von 0,3 bis 0,8 mm, vorzugsweise von 0,4 mm, während der Abstand der Punkte 102 zwischen 15 und 50 mm, vorzugsweise bei etwa 35 nun für den Durchgang von Heizungswasser liegt; die Anzahl der Windungen des Wärmeaustauschers kann zwischen 2 und 10, vorzugsweise bei etwa 4 oder 5 liegen; der Abstand der Windungen beträgt etwa 10 bis 30 mm; der hydraulische Druck, der zum Aufblähen der Wandungen, d.h. zur Bildung der Durchgänge für das Medium B in der hohlen Wand benutzt und nach dem Schweißen aufgebracht wird, liegt zwischen 20 und A-O bar für den Fall, daß die geschweißten Bleche nicht vorher geprägt, d.h. durch Anbringen von Eindrücken an den späteren Schweißpunkten verfornt sind.

Der Gesamtplatzbedarf der Wärmeaustauscher gemäß vorliegender Erfindung ist sehr viel geringer als der bekannter Austauscher mit vergleichbaren Wärmetauschzahlen. Seine Außenabmessungen über alles sind mehrfach geringer als die bekannter Austauscher.

Selbstverständlich können anstelle der Ansaugeinrichtungen Druckfördereinrichtungen verwendet werden. Auch das Aufrollen des Wärmeaustauschers zu einer Spirale könnte veränderbar erfolgen, um den Wärmeaustausch durch Vergrößerung des Druckverlustes umgekehrt proportional zu dem Temperaturgefälle des die Wärme liefernden Mediums zu optimieren. Auch der Abstand der Schweißpunkte kann verändert werden, um den Austausch durch Turbulenz je nach der Verringerung des Temperaturgefälles des Mediums, das zwischen den Windungen der hohlen Wandung umläuft, zu vergrößern.

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Ferner besteht die Möglichkeit, der aufgewickelten Spirale eine konische Form zu geben, wobei die Spitze nach oben zeigt, damit der spxralenformige Innenraum und die hohle Wand schräg zur Horizontalen verlaufen, um die Kondensation der Medien und das Abziehen des Kondensats zu erleichtern.

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Claims

Radt, Finkener, Ernesti _ΟΛ1κηβ

Patentanwälte JU I H O U Q

Heinrich-König-Straße^K
Bochum

F-CTiMprcchCT (02JJ) 4 Π Vl 28
icictirdmmddrfssc Rddtpdlent Bochum

80 114
EEF/US

Patentansprüche

M.. Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei Medien, dadurch gekennzeichnet , daß er aus einer zunächst ebenen Wand (2) besteht, die zu einer Spirale aufgewickelt und mit Deckeln (4-, 5) verschlossen ist, die an den beiden Enden senkrecht zu der Wand (2) befestigt sind, wobei ein spiralenförmiger Raum (3) für den Umlauf eines der Medien (A) zwischen den Windungen der Wand gebildet wird und Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums (B) vorgesehen sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums (B) aus einem Netz von Rohren (1) bestehen, die mit ihren Mantellinien an der spiralenförmig gebogenen Wand (2) befestigt sind und parallel zu einer Achse verlaufen, um die die Wand aufgewickelt ist.
3- Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer Spirale aufgewickelte Wand (2) an ihrer nicht mit der Außenluft in Verbindung stehenden Oberfläche mit Ausbuchtungen oder Vorsprüngen versehen ist, die Angriffskanten für den Umlauf des Mediums bilden, das den durchgehenden spiralenförmigen Raum (3) durchströmt.
4·. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für den Umlauf des anderen Mediums (B) durch die Wand selbst gebildet werden,

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die aus wenigstens zwei parallel verlaufenden Wandungen besteht, die an zwei parallelen Kanten miteinander verbunden sind, so daß eine hohle Wand für den Umlauf des Mediums gebildet wird.
5· Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innen- und/oder Außenseite der hohlen Wand Hindernisse oder Sperren vorgesehen sind, die einen oder mehrere, eine Verwirbelung hervorrufende Strömungswege erzeugen.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (10"Ia, 101b) der hohlen Wand miteinander durch eine Vielzahl von vorzugsweise geschweißten Stellen (102) miteinander verbunden sind, die in dem Hohlraum (103) zwischen zwei benachbarten Wandungen Schikanen, sowie zwischen den Windungen der hoülen Wand (ΙΟΙ) Erhebungen und Vertiefungen bilden.
7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmig gebogene Wand (101) drei Wandungen (101a, 101b, 101c) aufweist, um zwei innere, spiralenförmig verlaufende Durchgänge (103, 109) zu bilden, wobei die Verbindungsstellen (102) einer der beiden Wandungen (101b) weiter voneinander entfernt sind als die der anderen Wandung (101a) und die Umlaufgeschwindigkeit in dem einen Durchgang (103) verschieden von der in dem anderen Durchgang (109) ist.
8. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4· bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmig gebogene Wand (101) aus η-Wandungen zur Bildung von η - 1 inneren spiralenförmig verlaufenden Durchgängen (103, 109) besteht, wobei die Verbindungspunkte (102) jeder Wandung (iO1a) einen Abstand voneinander haben, der verschieden ist von dem Abstand der Verbindungspunkte der anderen Wandungen

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(101b) und daß in allen so gebildeten Durchgängen unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten vorliegen.
9. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmig gebogene Wand (101) senkrecht angeordnet und selbst verschlossen ist und daß seitlich an ihrem unteren Ende eine Saugvorrichtung (112) angeordnet ist, um Kondensat und/oder Nebel zum unteren Ende der Vorrichtung zu fördern.
10. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmig gebogene Wand (101) senkrecht angeordnet und verschlossen ist und daß eine Absaugvorrichtung (112) im mittleren Bereich (104) der Wandung angeordnet ist, die zum Abzug von Kondensat und/ oder Nebel zum unteren Abschnitt der Vorrichtung dient.
11. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmig gebogene Wand (101) senkrecht angeordnet und verschlossen ist und daß am unteren Abschnitt des Austauschers ein Abzugsrohr (116) mit einem auswechselbaren Verschluß zum Abzug des Kondensats befestigt ist.
12. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Abschluß der Wandung in der Weise erfolgt, daß an den beiden Enden vorgesehene Verlängerungen der Wandungen (101a, 101b) miteinander verbunden werden.
13. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 bis 12., dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Raum (104) oder der Austrittsraum des senkrecht aufgestellten Wärmeaustauschers als Brennkammer ausgebildet und mit einem Brenner (106) versehen ist.

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14·. Wärmeaustauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wandung der Brennkammer so behandelt ist, daß die Strahlung der Brennerflamme absorbiert wird, um die Temperatur des Brennermaterials zu senken.
15. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 6 bis.14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Verbindungspunkte (102) der Wandungen der hohlen Wand mit einer zentralen Bohrung (119) versehen sind, um die Grenzschichten des zwischen den Windungen der hohlen Wand umlaufenden Mediums zu zerreißen.
16. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 9 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem spiralenförmigen Raum und der Absaugvorrichtung (112) Einrichtungen zur Zufuhr einer Wärmeströmung zu der Absaugvorrichtung vorgesehen sind, um"die gesättigten Dämpfe zu erhitzen, die in die Absaugvorrichtung eintreten.
17· Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4- bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufrollen der hohlen Wand zu einer Spirale veränderbar erfolgt, um den Wärmeaustausch durch Vergrößerung des Druckverlustes umgekehrt proportional zu dem Temperaturgefälle des Mediums zu optimieren, das zwischen den Windungen der hohlen Wand umläuft.
18. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 6 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Verbindungspunkte der hohlen Wand veränderbar ist, um den Wärmeaustausch durch Turbulenz je nach der Verringerung des Temperaturgefälles des zwischen den Windungen der hohlen Wand umlaufenden Mediums zu vergrößern.
19. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4- bis 18, da-

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durch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Wärmeaustauschers in der Weise erfolgt, daß man zwei oder mehr Bleche (101a, 101b) aufeinanderlegt, durch eine Anzahl von Schweißstellen (102) miteinander verbindet, die Ränder schweißt, zwischen den Blechen einen Druck anlegt, den zwischen den Blechen gebildeten Raum (103) mit einem entfernbaren Stoff anfüllt, die Bleche zu der gewünschten Spirale biegt und dann den in dem Hohlraum befindlichen Stoff entfernt.
20. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4· bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß seine Herstellung in der Weise erfolgt, daß man zwei oder mehr Bleche (101a, 101b) aufeinanderlegt, sie durch eine Anzahl von Schweißstellen (102) miteinander verbindet, die Ränder schweißt, auf die Bleche während des Umbiegens zu einer Spirale einen Zug ausübt und zwischen den Blechen, um sie aufzublähen, einen Druck anlegt.

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