Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zwei ineinander verlaufenden, spiralförmigen Kanälen für den Durchlauf eines Wärme abgebenden und eines Wärme aufnehmenden Mediums, wobei für jeden Kanal eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung vorgesehen ist, die die Kanäle radial nach außen und nach innen begrenzenden, spiralförmigen Wandflächen eine gerade Erzeugende haben und die axialen Enden der Kanalwände jeweils gegen eine elastisch nachgiebige Dichtfläche gedrückt sind, die an einer die zugehörige Stirnseite des Wärmetauschers abschließenden Platte vorgesehen ist.
In dem DE-GM 66 05 139 ist ein Wärmetauscher beschrieben und dargestellt, dessen Kanalwände aus zwei Blechstreifen bestehen, nämlich einem sogenannten Außenband und einem sogenannten Innenband. Das Außenband ist an einem axialen Ende zum Innenband hin abgekröpft und mit diesem verschweißt, so daß der Kanal an dieser Stirnseite dicht abgeschlossen ist. Der andere Kanal ist in entsprechender Weise an der anderen Stirnseite durch Verschweißung der beiden Blechstreifen dicht abgeschlossen. Durch diese Konstruktion wird die Reinigung des Wärmetauschers erschwert, denn einerseits ist jeder Kanal nach Abnahme der entsprechenden Platte nur von einer Stirnseite her zugänglich, und andererseits können sich an der der offenen Stirnseite des Kanals gegenüberliegenden Schweißstelle Verschmutzungen absetzen, die nur sehr schwer oder gar nicht entfernt werden können. Nachteilig ist ferner die aufgrund der Abkröpfungen und Verschweißungen arbeitsaufwendige Herstellung dieses Wärmetauschers.
Die DE-PS 128 288 hat eine Flüssigkeitskühlvorrichtung mit quadratischer Grundfläche zum Gegenstand, deren Kanäle für den Durchlauf der zu kühlenden Flüssigkeit, beispielsweise Bier, etwa schneckenförmig verlaufen und an den Quadratecken jeweils rechtwinklig umgelenkt sind. Die Kanäle werden durch zwei mit etwa schneckenförmigen, im Querschnitt halbkreisförmigen Eindrückungen versehene Platten und eine ebene Zwischenplatte gebildet. Zur Kühlung der Flüssigkeit muß dieser Wärmetauscher in einen Kühlbehälter gestellt werden.
Bei einem weiteren Wärmetauscher, der in der DE-PS 19 13 226 erläutert ist, sind zwischen zwei Endplatten spiralförmige Kanäle aufweisende Hohlscheiben angeordnet, die ihrerseits jeweils aus zwei Platten bestehen, die miteinander durch Schweißen oder dgl. verbunden sind. Eine Reinigung dieser Kanäle ist damit nur bedingt möglich.
Ein Wärmetauscher der eingangs angegebenen Gattung ist aus der DE-C-594278 bekannt. Bei diesem sind zwei Blechstreifen spiralig ineinander angeordnet, wobei die inneren Enden an einem Rohrstutzen befestigt sind, der an einem Ende durch einen Boden abgeschlossen ist und am anderen Ende in einen Stutzen mündet. Der Raum um den Rohrstutzen herum steht mit einem Einlaßstutzen in Verbindung, der an einer Platte befestigt ist. Diese Platte sowie die gegenüberliegende Befestigungsplatte des Auslaßstutzens sind ihrerseits an der Innenseite von zwei ringförmigen Böden befestigt, welche die Kanäle axial nach außen abschließen. An der Oberseite des Wärmetauschers münden in axialer Richtung Stutzen für die Zufuhr eines Mediums und die Abfuhr des anderen Mediums.
Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist die Tatsache, daß trotz der in der Beschreibung angegebenen Hinweise eine einfache Zerlegung des Wärmetauschers zu dessen Reinigung nicht möglich ist, da an beiden Stirnseiten je ein Anschlußstutzen vorgesehen ist, der seinerseits an einer Platte befestigt ist, die ihrerseits wiederum an der Innenseite der ringförmigen Böden angebracht ist. Außerdem behindern die beiden Anschlußstutzen an der Oberseite des Wärmetauschers die einfache Zerlegbarkeit. Wegen der geschilderten Konstruktion mit den vorstehenden Anschlußstutzen ist eine Kombination mit weiteren Wärmetauschern nicht möglich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, der so einfach aufgebaut ist, daß er nicht nur eine kostengünstige Herstellung erlaubt, sondern vor allem auch mit weiteren Wärmetauschern kombiniert und leicht auseinandergenommen werden kann, um ihn bei Bedarf gründlich reinigen zu können. Trotz der Möglichkeit der einfachen und raschen Zerlegung soll dabei die einwandfreie Abdichtung der Kanäle nicht beeinträchtigt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wärmetauscher der angegebenen Bauart dadurch gelöst, daß eine stimseitige Platte des Wärmetauschers zugleich einen axial dahinter geschalteten, zweiten Wärmetauscher derselben Bauart abdeckt, wobei im mittleren Bereich dieser Zwischenplatte eine axiale Durchtrittsöffnung für das Wärme aufnehmende Medium und eine axiale Durchtrittsöffnung für das im Gegenstrom durchlaufende, Wärme abgebende Medium eingearbeitet sind, und daß die Einlaß- und die Auslaßöffnung jedes der beiden miteinander gekoppelten Wärmetauscher von dessen gekrümmter Mantelfläche aus i. w. tangential in den zugehörigen Kanal bzw. aus diesem mündet.
Ein derartiger Zwillingswärmetauscher mit Gegenstrombetrieb hat einen ausgezeichneten Wirkungsgrad und wegen seiner kompakten Bauweise und seiner geringen Außenfläche nur geringe Wärmeverluste.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Kanalwände beider Kanäle aus einem einzigen, zusammenhängenden Blechstreifen, der bis zur Mitte hin spiralförmig gebogen ist, um an dieser Stelle in die nach außen führende, zweite Spirale überzugehen. Nach Abnahme der Platten ist eine einwandfreie Reinigung der Kanäle möglich ist, weil keine Ecken und Kanten oder Verbindungsstellen die bequeme Zugänglichkeit erschweren. Dies ist besonders wichtig bei der Anwendung des Wärmetauschers in der Lebensmittelindustrie mit strengen Anforderungen an die Hygiene, beispielsweise in Brauereien, Brennereien oder dgl.
Die Kanalwände und die Platten können durch Klemmbefestigungsmittel zusammengehalten werden, wodurch nicht nur der Zusammenbau erleichtert wird, sondern vor allem die Zerlegung zum Zwecke der Reinigung.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigen :
Wie Figur 1 zeigt, sind die Kanäle des « Zwillingswärmetauschers » an beiden Stirnseiten durch je eine Platte 10 und in der Mitte durch eine Zwischenplatte 10' abgedeckt. Die Platten bestehen beispielsweise aus Stahl. Jeder der beiden Wärmetauscher des Zwillingswärmetauschers hat zwei ineinander verlaufende, spiralförmige Kanäle 12 und 14, von denen der Kanal 12 für den Durchlauf eines Wärme abgebenden Mediums und der Kanal 14 für den Durchlauf eines Wärme aufnehmenden Mediums dient; selbstverständlich kann dies auch umgekehrt sein. Die Kanalwände 16 bestehen aus einem zunächst ebenen Blechstreifen, beispielsweise aus Stahlblech, der bis zum mittleren Bereich i. w. spiralförmig nach innen gebogen ist; im Anschluß daran ist derselbe Blechstreifen spiralförmig nach außen gebogen (vgl. Figuren 2 und 3). Auf diese Weise ergeben sich die beiden ineinanderverlaufenden, spiralförmigen Kanäle 12 und 14.
An der Mantelfläche ist der Wärmetauscher durch eine zylindrische Hülse 18 abgeschlossen, von der an beiden Enden radial nach außen je ein Flansch 20 absteht, welcher über nicht weiter dargestellte Schrauben 22 mit der Platte 10 bzw. der Zwischenplatte 10' verbunden ist.
Zur Herstellung einer Abdichtung der Kanäle 12 und 14 ist an den Innenseiten jeder Platte 10 bzw. 10' eine Dichtscheibe 24 aus elastisch nachgiebigem Werkstoff, beispielsweise Gummi oder Kunststoff, vorgesehen, gegen die die axialen Enden der Kanalwände 16 gedrückt sind. Die Schrauben 22 stellen dabei eine Klemmbefestigung zwischen den Kanalwänden 16 und den Platten 10, 10' her, so daß sich, wie vor allem in Figur 1 angedeutet ist, die axialen Enden der Kanalwände 16 in diese Dichtscheiben 24 eindrücken.
Beim Beispiel der Figur 1 ist die Dichtscheibe 24 der Zwischenplatte 10' auf der ganzen Fläche fest mit dieser verbunden, während zwischen der gegenüberliegenden Dichtscheibe 24 und der äußeren Platte 10 ein Zwischenraum 26 besteht, in den über eine Anschlußleitung 28 ein Druckmedium (Flüssigkeit oder Gas) eingeführt werden kann. Dieses Druckmedium verbessert die Abdichtung der Kanäle 12 und 14 untereinander und nach außen und gleicht Verformungen der Platte 10 aus, die durch den Innendruck im Wärmetauscher ausgelöst werden können.
Um eine etwa gleichbleibende Höhe der Kanäle 12 und 14 sicherzustellen, sind an dem die Kanalwände 16 bildenden Blechstreifen in bestimmten Abständen Abstandsstifte 30 befestigt, die in den Figuren 1 und 2 angedeutet sind und die im spiralförmig gebogenen Zustand des Blechstreifens axial miteinander fluchten und dadurch die Kanalwände 16 auf dem gewünschten Abstand voneinander halten.
Dieser beträgt für die meisten Anwendungsfälle nur etwa 5 mm. Auf diese Weise ergibt sich trotz einer geringen Außenfläche und einem kleinen Bauraum eine große Austauschfläche. Wenn diese vergrößert werden soll, wird vorzugsweise nicht der Außendurchmesser des Wärmetauschers vergrößert, sondern über die Breite der Blechstreifen die axiale Ausdehnung des Wärmetauschers.
Die Figuren 1-3 zeigen, daß jeder Wärmetauscher eine Einlaßöffnung 32 und eine Auslaßöffnung 34 hat. Diese sind übereinander angeordnet und münden von der Mantelfläche der Hülse 18 ausgehend im wesentlichen tangential in den zugehörigen Kanal 12 bzw. 14.
In Figur 4 ist angedeutet, daß für den Zusammenbau des Zwillingswärmetauschers an der Zwischenplatte 10' Befestigungslaschen 36 angebracht sein können, an deren Enden die beiden stimseitig vorgesehenen Platte 10 befestigt werden können. Die Zwischenplatte 10' ist dabei auf einer Grundplatte 38 befestigt, auf der zwei parallel zur Zwischenplatte 10' verlaufende Leisten 39 vorgesehen sind, deren Abstand etwa der Breite der Kanalwände 16 entspricht und die zwischen sich den jeweiligen Wärmetauscher mit seiner stimseitig abschließenden Platte 10 aufnehmen. An einer Vertikalseite der Zwischenplatte 10 sind die Befestigungslaschen 36' mit einem Befestigungsauge 40 ausgerüstet, dem zwei an der Zwischenplatte 10' vorgesehene Befestigungsaugen 40' entsprechen. Mittels Durchsteckbolzen können die Befestigungsaugen 40, 40' miteinander verbunden werden. Diese Ausbildung ergibt eine besonders einfache Zerlegungsmöglichkeit für den Wärmetauscher, dessen Reinigung dadurch sehr erleichtert wird.
Die Figur 5 zeigt eine der stimseitig vorgesehenen Platten 10, an der Befestigungsösen 42 oder dgl. vorgesehen sind, die mit den Enden der an der Zwischenplatte 10' vorgesehenen Befestigungslaschen 36 verbunden werden können.
Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das zu kühlende Medium beispielsweise über die Einlaßöffnung 32 im in Figur 1 rechten Wärmetauscher in den Kanal 12 bis zur Mitte, wo es über eine Durchtrittsöffnung 44 in der Zwischenplatte 10' in den entsprechenden Kanal 12 des benachbarten Wärmetauschers fließt und diesen über die Auslaßöffnung 34 wieder verläßt. Das die abgegebene Wärme aufnehmende Kühlmedium fließt im Gegenstrom zunächst über. die in Figur 3 gezeigte Einlaßöffnung 32 in den Kanal 14 des in Figur 1 linken Wärmetauschers, wo es im mittleren Bereich über die Durchtrittsöffnung 46 in den entsprechenden Kanal 14 im in Figur 1 rechten Wärmetauscher überströmt und diesen durch die Auslaßöffnung 34 verläßt.