[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Wärmetauscher kann sowohl
in Gleichstrom als auch in Gegenstrom betrieben werden.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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).
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn das windungsäussere Bandmaterial 4 selbst
aus einem wärmeisolierenden Material besteht oder mit einer wärmeisolierenden Beschichtung
ver sehen ist.
[0017] 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.
[0018] Die hier kastenförmigen Zuleitungsrohre 2,2',l2 und l2' ragen achsenparallel an der
gleichen Stirnseite heraus.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] Anstelle der dargestellten im Querschnitt rechteckförmigen Profile 6 können diese
auch einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen.
[0023] Die Materialien des erfindungsgemässen Wärmetauschers können natürlich beliebig sein,
soweit diese überhaupt geeignet sind.
[0024] Ferner kann ein solches Wärmetauschen im Gleichstrom oder Gegenstrom mit den unterschiedlichsten
Strömungsmitteln betrieben werden.
[0025] 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.
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.