Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers

Abstract

 Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bei welchem mindestens zwei im Wärmeaustausch stehende Strö­mungsmittel in, zwischen den Windungen von spiralförmig ineinandergewickelten Bandmaterialien (4,4') gebildeten Strömungs­kanälen (14,14') geführt werden, die sich in radialer Richtung des Gesamtkörpers jeweils abwechseln, wobei die Wärmeübertragung in radialer Richtung durch das Bandmaterial des spiralförmigen Körpers erfolgt, werden die Bandmaterialien an einem, axiale Kanalanschlüsse aufweisenden Innenkörper (1) abgestützt und dort, vorzugsweise auf einer Bandwickelmaschine, zusammen mit rand­nahen bzw. stirnseitigen Distanz- und Seitenbegrenzungspro­filen (6) aufgewickelt und randnahe miteinander gas- bzw. flüs­sigkeitsdicht verbunden.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung