WÄRMEÜBERTRAGERSYSTEM UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragersystem mit mindestens zwei Wärmeübertragerelementen, von denen jedes mindestens ein in einer Ebene oder einer Zylinderfläche gebogenes Rohr für ein erstes an der Wärmeübertragung beteiligtes Medium aufweist, wobei benachbarte Abschnitte des Rohres oder der Rohre jeweils eines Wärmeübertragerelementes zu einer dichten, an der wärmeübertragung beteiligten Wand verbunden sind.

[0002] Bei einem bekannten Wärmeübertragersystem dieser Art (DE-A-2237430). das insbesondere als Dampferzeuger in Kernkraftwerken dienen soll, sind die benachbarten Rohrabschnitte zum Bilden der dichte'n' Wand direkt oder über Stege miteinander verschweisst, um Rohrschwingungen zu vermeiden und die Aufhängung der Wärmeübertragerelemente zu erleichtern. Diese Vorteile kommen insbesondere bei hoher Temperatur voll zur Geltung.

[0003] Soll ein solches Wärmeübertragersystem bei mässigen Temperaturen im Bereich von 0-200 °C betrieben werden, so ist es verhältnismässig kostspielig, insbesondere wenn das die Wand bestreichende, zweite Medium einen relativ schlechten Wärmeübergang und eventuelle korrosive Eigenschaften aufweist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Wärmeübertragersystem nach der DE-A-22 37 430, ein bei mässigen Temperaturen im Bereich von 0 bis 200 °C zu betreibendes Wärmeübertragersystem zu schaffen, das eine kompakte Bauweise ermöglicht, das auf der Seite des zweiten Mediums eine sehr grosse Wärmeübertragungsfläche aufweist und damit einen grossen Wärmeübergang sicherstellt und das kostengünstig herstellbar ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wand durch einen die Abschnitte des Rohres oder der Rohre dicht umhüllenden, metallischen Gusskörper gebildet ist, der wärmeleitende Vorsprünge, deren Oberfläche ein Mehrfaches der auf sie entfallenden Rohrinnenfläche beträgt, vorzugsweise etwa parallel zueinander verlaufende Rippen, aufweist, und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein geschlossener Kanal, in welchen die Vorsprünge hineinragen, für ein zweites an der Wärmeübertragung beteiligtes Medium gebildet wird. Durch diese Gestaltung ergibt sich ein kleineres, gedrungeneres Wärmeübertragersystem, das noch den zusätzlichen Vorteil hat, dass im Falle von korrosiven Eigenschaften des zweiten Mediums das Rohrmaterial durch den Gusskörper vor Korrosionsangriffen geschützt ist. Ausserdem wird hierdurch erreicht, dass die beiden Medien immer voneinander getrennt bleiben.

[0006] Aus der GB-A-987739 ist es bekannt, zwei parallele Stahlrohre durch einen Gusskörper miteinander zu verbinden, wobei die Giessform derart ausgebildet ist, dass beim Giessen quer zu den Rohren sich erstreckende Gussrippen entstehen. Die so gebildeten Wärmeübertragerelemente werden z.B. als Economiser in Dampferzeugern verwendet, wobei die Stahlrohre durch den Gusskörper gegen Korrosion geschützt werden sollen. Der Gusskörper hat hier offenbar keinerlei tragende Funktion.

[0007] In der FR-A-1 031 374 wird ein für einen Heissgaskolbenmotor bestimmter Wärmeübertrager beschrieben, in dem mehrere flüssigkeitsdurchströmte, je zu einer Schleife gebogene Rohre in einem Kreisring verteilt angeordnet sind, wobei jede Rohrschleife in einer radialen Ebene des Ringes liegt. Dabei sind alle Rohre in einem einheitlichen Gusskörper eingeschlossen, der parallel zu den Rohrschleifen verlaufende, schlitzförmige, auf der Innenseite des Kreisringes offene Kanäle ohne Vorsprünge aufweist. Die Kanäle sind durch eine besondere, am Innenumfang des Kreisringes anliegende Hülse geschlossen. Dieser bekannte Wärmeübertrager beansprucht viel Raum und ist teuer in seiner Herstellung.

[0008] Da hier keine aus einem Rohr und einem dieses umhüllenden Gusskörper bestehende Wärmeübertragerelemente vorhanden sind, die zu einem Wärmeübertragersystem zusammengebracht werden müssten, konnte der bekannte Wärmeübertrager kein Vorbild für die Erfindung sein, denn seine Konzeption steht in engem Zusammenhang mit den Erfordernissen eines Heissgaskolbenmotors.

[0009] Soll das Wärmeübertragersystem die Form eines Quaders aufweisen, so wird dies am besten dadurch erreicht, dass das Rohr oder die Rohre jedes Wärmeübertragerelementes in einer einzigen Ebene schlangen- oder mäanderartig verläuft. Haben die Zu- und Abführleitungen kreis-oder kreisringförmige Anschlussquerschnitte, so wird man die Wärmeübertragerelemente zweckmässig derart ausbilden, dass das Rohr oder die Rohre nach Schraubenlinien auf einem einzigen, fiktiven Rohrzylinder verlaufen. Eine solche Ausbildung hat auch besondere Vorteile, wenn das zweite Medium einen vom Atmosphärendruck stark unterschiedlichen Druck aufweist, weil dann wegen der Rohrwendel mit ihrem Gusskörper jedes Wärmeübertragerelement eine tragende Wand bildet. Wird zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Seite des zweiten Mediums eine hohe Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen, so kann es im Falle einer Kreiszylindrischen Ausbildung der Wärmeübertragerelemente vorteilhaft sein, die Vorsprünge als radial ausspringende Rippen auszubilden, die im wesentlichen in Achsrichtung des Rohrzylinders verlaufen. Auf diese Weise kann der Gesamtdruckabfall verhältnismässig klein gehalten werden.

[0010] Ist dagegen der Mengenstrom des zweiten Mediums relativ klein, und kann man, z.B. aus Verschmutzungsgründen, die Strömungsquerschnitte für das zweite Medium nicht beliebig verkleinern, so werden vorteilhaft die Vorsprünge als radial ausspringende, im wesentlichen nach Schraubenlinien verlaufende Rippen ausgebildet.

[0011] Um die Temperaturdifferenz am Gussmaterial des Wärmeübertragers möglichst klein und gleichmässig zu halten, lassen sich bei nach Schraubenlinien gewundenen Rohren die Vorsprünge vorzugsweise als Windungen ausbilden, die in umgekehrtem Sinn zu den Windungen der Rohre ansteigen. Eine erhebliche Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Seite des zweiten Mediums kann dadurch erzielt werden, dass die Vorsprünge einen baumartig verästelten Querschnitt aufweisen, wobei jeweils die Durchtrittsfläche für den Wärmestrom mit wachsender Entfernung von der Basis des Vorsprunges abnimmt.

[0012] Die Wärmeübertrager lassen sich nach einem erfindungsgemässen Verfahren besonders einfach dadurch herstellen, dass das Rohr jedes Wärmeübertragerelementes gebogen und in eine Giessform eingelegt wird, dass die Form mit einem Metall ausgegossen wird und die Vorsprünge spanabhebend aus dem Gusskörper herausgearbeitet werden, und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

[0013] Zur Verringerung der Zerspanungsarbeit kann es nach einem anderen Verfahren zweckmässig sein, dass das Rohr jedes Wärmeübertragerelementes gebogen und in eine Giessform eingelegt wird, dass die Form mit einem Metall ausgegossen und der Gusskörper derart spanabhebend bearbeitet wird, dass Vertiefungen zur Verankerung von die Vorsprünge bildenden rippenartigen Teilen entstehen, die in diese Vertiefungen eingestemmt, eingelötet oder eingeschweisst werden, und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

[0014] Bei der Massenproduktion von Wärmeübertragern lassen sich nach einem weiteren Verfahren dadurch Einsparungen erzielen, dass das Rohr jedes Wärmeübertragerelementes gebogen und zusammen mit die Vorsprünge bildenden, rippenartigen Teilen in die Giessform eingelegt wird, die so mit Metall ausgegossen wird, dass die rippenartigen Teile ausschliesslich mit ihrem Fuss in den Gusskörper eingeschlossen werden, und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

[0015] Die Erfindung wird nun an einigen in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0016] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein kastenförmiges Wärmeübertragersystem mit mehreren, ebenen Wärmeübertragerelementen.

[0017] Figur 2 stellt einen Querschnitt 11-11 durch das Wärmeübertragersystem nach Fig. 1 dar.

[0018] Figur3 ist ein Querschnitt durch ein Wärmeübertragersystem mit zwei konzentrisch angeordneten, kreiszylindrischen Wärmeübertragerelementen.

[0019] Figur4 zeigt, in vergrössertem Massstab, einen Längsschnitt IV-IV des Wärmeübertragersystems nach Fig.3.

[0020] Figur 5 ist, analog zu Fig. 3, ein Querschnitt durch ein abgewandeltes Wärmeübertragersystem mit zwei konzentrisch angeordneten Wärmeübertragerelementen.

[0021] Figur 6 stellt einen Längsschnitt einer Variante zu Fig. 5 dar.

[0022] Figur 7 zeigt einen Längsschnitt durch ein Wärmeübertragersystem mit mehreren Wärmeübertragerelementen, in denen jeweils ein Rohr nach einer Spirale angeordnet ist.

[0023] Figur 8 ist ein in den Ebenen VIII_1, VII₂ und Vii1₃ der Fig.7 verlaufender Horizontalschnitt durch ein Wärmeübertragerelement.

[0024] Figur 9 veranschaulicht den Querschnitt durch zwei Rippen mit Aesten.

[0025] Figur 10 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform von verästelten Rippen sowie deren gegenseitige Anordnung.

[0026] Figuren 11 und 12 stellen je einen Querschnitt durch weitere verästelte Rippen dar.

[0027] Figur 13 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines kreiszylindrischen Wärmeübertragerelementes mit einfachen Rippen, die nach Schraubenlinien verlaufen.

[0028] Figur 14 zeigt die Abwicklung eines Zylinders mit schraubenförmig verlaufenden, unterbrochenen Rippen.

[0029] Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind mehrere ebene Wärmeübertragerelemente 1, von denen in Fig. 2 nur zwei gezeichnet sind, zu einem kastenförmigen Wärmeübertragersystem 2 zusammengefügt. Jedes der Wärmeübertragerelemente besteht aus einem Rohr 3, das in einer vertikalen Ebene hin und her gebogen ist. Die benachbarten Abschnitte jedes Rohres 3 sind je mit einem Aluminiumkörper 4 umgossen, dessen beide zur Biegeebene parallele Seitenflächen eingegossene Vorsprünge 5 in Rippenform aufweisen. Die äussersten Rippen 5' jedes Elementes 1 sind etwas länger als die übrigen Rippen und jeweils durch eine Schweissnaht 6 mit einer anstossenden Rippe 5' eines benachbarten Wärmeübertragerelementes verbunden, wodurch die erwähnte Kastenform und zwischen diesen Elementen geschlossene Kanäle entstehen. Bei den an den beiden Enden des Wärmeübertragersystems 2 befindlichen Wärmeübertragerelementen ist jeweils auf der freien Seite eine Endplatte 8 angeschweisst, die sich über die ganze äussere berippte Fläche des jeweiligen Wärmeübertragerelementes erstreckt. Am oberen Ende jeder Endplatte 8 ist eine Trichterwand 9 und an den beiden Querkanten der Wärmeübertragerelemente, die durch die oberen Enden der Rippen 5' gebildet werden, sind zwei Trichterflächen 10 und 11 angeschweisst. An den so gebildeten Trichter ist-was aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist-eine Abfuhrleitung für das zweite Medium angeschlossen. Ein gleicher Trichter mit einer Zufuhrleitung für das zweite Medium befindet sich am unteren Ende des Wärmeübertragersystems 2.

[0030] Die Rohre 3 treten oben und unten seitlich aus dem Wärmeübertragersystem 2 aus und enden an Flanschen 13. Die Flansche 13 sind mit Flanschen von Rohrstutzen 14 verbunden, von denen die oberen in einen Verteiler 15 und die unteren, auf der Zeichnung nicht ersichtlich, in einen Sammler münden. Der Verteiler 15 und der Sammler sind, wegen der Wärmedehnungsunterschiede zwischen ihnen einerseits und dem Aluminiumgusskörper 4 andererseits, durch Faltenbälge 17 unterteilt.

[0031] Im Betrieb werden die Kanäle zwischen den beiden Endplatten 8 und den ihnen benachbarten Wärmeübertragerelementen 1 sowie die Kanäle zwischen einander benachbarten Wärmeübertragerelementen 1 von unten nach oben von dem zweiten, wärmeabgebenden, gasförmigen Medium durchströmt. Durch die Rohre 3 fliesst Wasser als erstes Medium von oben nach unten, das aus dem Verteiler 15 kommt und in den nicht gezeichneten Sammler gelangt. Durch die grosse, von den Rippen 5 gebildete Wärmeübertragungsfläche wird die relativ schlechte Wärmeübergangszahl des Gases kompensiert, sodass die Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeabgebenden Gas und der wärmeaufnehmenden Oberfläche der Rippen 5 verhältnismässig klein bleibt. Die Rippen 5 sind keilförmig ausgebildet, sodass der im Bereich des Rippendusses erhöhte Wärmestrom mit verhältnismässig geringem Temperaturabfall zum Rohr 3 strömen kann. Da das Im Rohr 3 fiiessende Wasser einen guten Wärmeübergang gewährleistet, treten auch wasserseitig keine hohen Temperaturdifferenzen auf.

[0032] Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 sind Rohre 3a und 3b nach Schraubenlinien gewunden. Jede so gebildete Rohrwendel ist durch einen Aluminiumkörper 4a bzw. 4b umgossen und bildet ein kreiszylindrisches Wärmeübertragerelement 1a bzw. 1b. Das Wärmeübertragerelement 1a weist auf seiner Innenseite radiale Längsrippen 5 auf, während seine Aussenseite glatt ist. Ausser den normalen Rippen 5 weist das Wärmeübertragerelement 1b eine stark verbreiterte Rippe 23 auf, in der ein mit dem oberen Ende der Rohrwendel verbundenes Rohrstück 24 achsparallei nach unten verläuft. Unterhalb des Wärmeübertragersystems führt das Rohrstück 24, eine nicht gezeichnete Trichterwand durchstossend, nach aussen.

[0033] Im Betrieb wird der von den Oberflächen der Rippen 5 begrenzte, stark zerklüftete Ringkanal zwischen den beiden Wärmeübertragerelementen 1a und 1b in axialer Richtung von einem Gas durchströmt, während die beiden Rohre 3a und 3b, die vorzugsweise parallel geschaltet sind, von einer Flüssigkeit durchströmt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind auch auf der Innenseite des Wärmeübertragerelementes 1b Rippen 5 angeordnet. Der Strömungskanal für das Gas wird innen durch einen kreiszyiindrischen Verdränger 25 begrenzt. Ebenso könnte auch das Wärmeübertragerelement 1a auf der Aussenseite mit Rippen versehen und von einem kreiszylindrischen Mantel umgeben sein. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 5 dadurch, dass das innere Wärmeübertragerelement 1b zwei Rohrwendeln 3c und 3d aufweist, die beide an ihrem oberen Ende in ein gemeinsames Sammeirohr26 münden, das von einem Aiuminiumgusskörper27 umgeben ist, durch die Wand eines Trichters 28 führt und schliesslich im Freien mit einem Flansch 29 endet. Das obere Ende der Rohrwendel 3a verlässt das Wärmeübertragerelement 1a ausserhalb des Trichters 28 und ist mit einem Flansch 29' versehen.

[0034] Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 sind fünf Wärmeübertragerelemente als kreisringförmige gegossene Scheiben 4f bis 4k ausgebildet und koaxial übereinander angeordnet, innerhalb denen nach Spiralen gebogene Rohre 3f...3k verlaufen. Die Rippen 5 stehen jeweils senkrecht zur Ebene der Rohre und sind nach Evolventen gebogen.

[0035] Die Wärmeübertragerelemente sind aussen von einem zylindrischen Mante130 umgeben, der durch ebene Ringbleche 31, 32 und 33 mit den Gusskörpern 4f, 4h bzw. 4k dicht verbunden ist.

[0036] Auf der Innenseite der Wärmeübertragerelemente sind zwei Absperrscheiben 35 und 36 in der Bohrung der Gusskörper 4g bzw. 4i angeordnet.

[0037] Am zweitobersten Gusskörper 4g (Fig. 8) führen die evolventenförmigen Rippen 5, wenn man sie in Gegenzeigerrichtung verfolgt, an der Oberseite des Elementes (Schnitt VIII₁) von aussen nach innen und auf der Unterseite von innen nach aussen (Schnitt VIII₃). Der oberste Gusskörper 4f hat nur auf seiner Unterseite Rippen, die wie diejenigen auf der Oberseite der Nachbarscheibe 4g verlaufen. Der Gusskörper 4i ist gleich ausgebildet wie 4g, während der dazwischenliegende Gusskörper 4h umgekehrt verlaufende Rippen aufweist: auf der Oberseite führen sie - immer auf den Gegenzeigersinn bezogen - von innen nach aussen und auf der Unterseite von aussen nach innen. Der unterste Gusskörper 4k trägt nur auf seiner Oberseite Rippen, die von innen nach aussen verlaufen.

[0038] Durch diese Rippenanordnung wird erreicht, dass das gasförmige Medium, das von unten durch den Eintritt 50 des Wärmeübertragersystems zentral in den Stapel der Wärmeübertragerelemente eintritt, in dem Kanal zwischen den einander zugewendeten Rippen 5 der Gusskörper4i und 4k im Gegenzeigersinn nach aussen strömt, durch den unteren Ringraum 42 zwischen dem Gusskörper 4i und dem Mantel 30, weiter im Gegenzeigersinn rotierend, aufsteigt und im Gegenzeigersinn durch den Kanal zwischen den Gusskörpern 4h und 4i nach innen strömt. Gleichsinnig weiterrotierend strömt es im Kanal zwischen den Gusskörpern 4g und 4h nach aussen in den oberen Ringraum 42' und gelangt schliesslich, über den Kanal zwischen den Gusskörpern 4f und 4g, nach innen strömend, zur Austrittsöffnung 51 des Wärmeübertragersystems.

[0039] Jedes der Rohre 3g bis 3i erstreckt sich von aussen her zunächst radial bis zum zugehörigen Gusskörper, wobei der innerhalb des Mantels 30 befindliche radiale Abschnitt 38 mit Aluminium umgossen ist. Im scheibenförmigen Gusskörper verläuf jedes Rohr 3g bis 3i als Spirale 40, vorzugsweise als Evolvente mit geringer radialer Tei lung gewickelt, bis gegen den Innenrand des Gusskörpers. Dort tritt jedes der Rohre 3g bis 3i jeweils in die Etage der Rippen 5 auf der Unterseite des betreffenden Wärmeübertragerelementes über, wo es als Evolventenrohr 41 in einer verdickten Rippe 23' eingegossen ist, die - wie die Nachbarrippen - evolventenförmig verläuft. Am äusseren Rand des Gusskörpers geht jedes Evolventenrohr 41 in einen radialen Rohrabschnitt 43 über, der den Mantel 30 durchdringt und innerhalb des Mantels mit Aluminium umgossen ist. Die Rohre 3f und 3k haben ebenfalls je einen radialen, jedoch ausserhalb der Ringräume 42 und 42' befindlichen Rohrabschnitt 39. Am inneren Rand der beiden Gusskörper 4f und 4k sind die Spiralrohre 3f bzw. 3k nach oben bzw. unten aus dem Gusskörper herausgeführt und setzen sich als Rohr 44 bzw. 45 fort. Um die Strömungsverluste wasserseitig klein zu halten, sind die Richtungsänderungen des Rohres dadurch möglichst gering gewählt, dass das Wasser innerhalb eines Wärmeübertragerelementes im Spiralrohr40 wie auch im Evolventenrohr41 im gleichen Sinne kreist. Da die Richtung der Evolventenrohre 41 wegen der abwechselnden Richtung der aufeinanderfolgenden unteren Rippen abwechselt, wechseln auch die Drehrichtungen der Spiralrohre 40 aufeinanderfolgender Wärmeübertragerelemente. So ist das Spiralrohr 40 in den Gusskörpern 4g und 4i von aussen nach innen im Gegenzeigersinn gewunden, während dasjenige der Gusskörper 4h und 4k im Uhrzeigersinn von aussen nach innen läuft.

[0040] Durch die Anordnung der Evolventenrohre 41 sowie des Rohres 45 auf der Unterseite der Gusskörper 4g bis 4i bzw. 4k wird erreicht, dass die Spiralabschnitte 40 der Rohre 3g bis 3k besser entwässerbar sind und dass die Gasquerschnitte gleichmässig verlaufen. Am obersten Gusskörper 4f ist auf diese beiden Vorteile verzichtet worden, da das Evolventenrohr 44 nach oben weggeführt ist. Hierdurch wird andererseits das Gewicht für den Aluminiumgusskörper 4f etwas herabgesetzt.

[0041] Die Rohre 3f...3k werden zweckmässig in Serie geschaltet, und zwar nach dem Gegenstromprinzip, das sich allerdings hier nicht konsequent verwirklichen lässt. Nach einer zweckmässigen Schaltungsform ist deshalb der Rohrabschnitt 39 des Gusskörpers 4f mit dem Evolventenrohr 41 des Gusskörpers 4g verbunden, wobei das Evolventenrohr 44 den Wassereintritt bildet. Der Rohrabschnitt 38 des Gusskörpers 4g ist mit dem Abschnitt 38 des Gusskörpers 4h, dessen Evolventenrohr mit dem Abschnitt des Gusskörpers 4i und schliesslich das Evolventenrohr des Gusskörpers 4i mit dem Abschnitt 39 des untersten Gusskörpers 4k verbunden. Praktische Ueberlegungen wie auch thermodynamische Rechnungen können auch zu einer anderen Schaltung führen.

[0042] Während in den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen stets einfache Rippen vorgesehen sind, kann es auch zweckmässig sein, die Rippen zu verästeln, wie dies in Fig. 9 bis 12 dargestellt ist. Gemäss Fig. 9 sind in den Gusskörper 55, der das Rohr 3 dicht umhüllt, flache Nuten 56 eingedreht, in die je eine Rippe 57 eingelötet ist. Die Rippen 57 weisen eine stammförmige Mittelrippe 58 auf, von denen beidseitig je vier Astrippen 59 abzweigen.

[0043] Bei einer verbesserten Form verzweigter Rippen gemäss Fig. 10 verdickt sich die Stammrippe 38 entsprechend dem zunehmenden Wärmestrom gegen den Rippenfuss 54 hin, und die Astrippen 59 sind schräggestellt, sodass der Wärmestrom auf kürzerem Weg den Rippenfuss 54 erreicht. Die Astrippen 59 sind überdies so angeordnet, dass die Zwischenräume für das die Rippen umströmende Medium einen möglichst wenig sich ändernden, hydraulischen Radius aufweisen.

[0044] Rippen nach Fig. 10 lassen sich leicht giessen, während das Strangpressen wegen der ungleichmässigen Querschnittverteilung Schwierigkeiten bietet. Diesbezüglich sind die Querschnittformen nach den Fig. 11 und 12 günstiger, die durch Verlöten einfacher Winkelprofile 60 zusammengesetzt sind. Diese können durch Abkanten von Blechen oder durch Strangpressen gebildet werden. Die Profile 60 werden vorzugsweise mit einem ersten, hochschmelzenden Lot zu einer verästelten Rippe zusammengefügt, die hernach mit einem zweiten weniger hochschmelzenden Lot in die Nuten 56 des Gusskörpers 55 eingelötet wird.

[0045] Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 13 erstrecken sich von einem kreiszylindrischen Wärmeübertragerelement 60 mehrere Rippen 61 radial nach innen, wobei die Rippen nach Schraubenlinien verlaufen. Durch diese Anordnung wird der Strömungsweg für das zweite Medium länger und gleichzeitig der Strömungsquerschnitt geringer, was mithelfen kann, den Wärmeübergang zu optimieren.

[0046] Bei den unterteilten Rippen gemäss Fig. 14 ist jeweils die eine (70) der Austrittskanten 70, 71 mit grossem Radius abgerundet. Dies hat zur Folge, dass durch den Coanda-Effekt jeweils eine dünne Schicht des zwischen den Rippen strömenden Mediums durch die Lücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rippen in den benachbarten Strömungspfad hinüberwechselt. Durch dieses Phänomen kann der Wärmeübergang zusätzlich verbessert werden. Die in Fig. 14 geneigt verlaufenden Rippen können auch in axialer Richtung verlaufen, wobei dann die Unterbrüche zwischen den Rippen einer Schraubenlinie folgen können.

[0047] Selbstverständlich lässt sich das in Fig. 14 dargestellte Prinzip auch an den ebenen Wärmeübertragerelementen nach Fig. anwenden.

Ansprüche

1. Wärmeübertragersystem mit mindestens zwei Wärmeübertragerelementen (1), von denen jedes mindestens ein in einer Ebene oder einer Zylinderfläche gebogenes Rohr (3) für ein erstes an der Wärmeübertragung beteiligtes Medium aufweist, wobei, wobei benachbarte Abschnitte des Rohres oder der Rohre (3) jeweils eines Wärmeübertragerelementes (1) zu einer dichten, an der Wärmeübertragung beteiligten Wand verdunden sind, dadurch gekennzeichnet, das die Wand durch einen die Abschnitte des Rohres oder der Rohre dicht umhüllenden, metallischen Gusskörper (4) gebildet ist, der wärmeleitende Vorsprünge (5), deren Oberfläche ein Mehrfaches der auf sie entfallenden Rohrinnenfläche beträgt, vorzugsweise etwa parallel zueinander verlaufende Rippen, aufweist, und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente (1) derart zueinander angeordnet sind, dass mindestens ein geschlossener Kanal, in welchen die Vorsprünge (5) hineinragen, für ein zweites an der Wärmeübertragung beteiligtes Medium gebildet wird.

2. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusskörper (4) zweier einander benachbarter Wärmeübertragerelemente (1) im Bereich ihrer Peripherie miteinander dicht verbunden sind.

3. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 1, mit als Rippen ausgebildeten Vorsprügen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rippen (23) verdickt ist und ein neben den Abschnitten der Rohre (3b) angeordnetes Rohrstück (24) dicht umhüllend enthält, das als Zulauf- oder Ablaufrohr dient.

4. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 1 oder3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerelemente (4f bis 4k) als etwa kreis- und/oder kreisringförmige Scheiben ausgebildet sind, in denen die Rohrabschnitte nach mindestens einer ebenen Spirale verlaufen, und dass die Vorspringe (5) nach Evolventen gekrümmt sind.

5. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Teil der Wärmeübertragerelemente (4g bis 4i) die Vorsprünge (5) auf der Oberseite in umgekehrtem Sinn gewunden sind als auf der Unterseite.

6. Wärmeübertragersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeübertrageretemente (4f bis 4k) in Kreisscheiben- und in Kreisringscheibenform einander abwechselnd koaxial aufgereiht sind, wobei sich zwischen den Wärmeübertragerelementen mehrere, in Serie geschaltete Kanäle für das zweite an der Wärmeübertragung beteiligte Medium ergeben, und dass die Vorsprünge (5) jeweils so gewunden sind, dass das zweite Medium beim Durchströmen aufeinanderfolgender Kanäle seine Drehrichtung nicht ändert.

7. Wärmeübertragersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Gusskörper jedes zweiten Wärmeübertragerelementes (4f, 4h, 4k) im Bereich ihrer Peripherie miteinander dicht verbunden sind.

8. Wärmeübertragersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Vorsprünge (57) einen baumartig verästelten Querschnitt aufweist, wobei jeweils die Durchtrittsfläche für den Wärmestrom mit wachsender Entfernung von der Basis des Vorsprunges abnimmt.

9. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) jedes Wärmeübertragerelementes (1) gebogen und in eine Giessform eingelegt wird, dass die Form mit einem Metall ausgegossen wird und die Vorsprünge (5) spanabhebend aus dem Gusskörper (4) herausgearbeitet werden und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente (1) zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

10. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) jedes Wärmeübertragerelementes (1) gebogen und in eine Metall ausgegossen und der Gusskörper (4) derart spanabhebend bearbeitet wird, dass Vertiefungen (56) zur Verankerung von die Vorsprünge (5) bildenden rippenartigen Teilen entstehen, die in diese Vertiefungen (56) eingestemmt, eingelötet oder eingeschweisst werden und dass mindestens zwei derart hergestellte Wärmeübertragerelemente (1) zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

11. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) jedes Wärmeübertragerelementes (1) gebogen und zusammen mit die Vorsprünge (5) bildenden, rippenartigen Teilen in eine Giessform eingelegt werden, die so mit Metall ausgegossen wird, dass die rippenartigen Teile ausschliesslich mit ihrem Fuss in den Gusskörper (4) eingeschlossen werden und dass mindestens zwei Wärmeübertragerelemente (1) zu einem Wärmeübertragersystem verbunden werden.

Claims

1. A heat-exchanger arrangement comprising at least two heat-exchanger elements (1), at least one of each of which has a tube (3) bent in one plane or a cylindrical surface for a first heat-exchange medium, adjacent sections of the tube or tubes (3) of each heat-exchanger element (1) being connected to form a sealed wall participating in the heat exchange, characterised in that the wall is formed by a metal casting (4) which encloses the sections of the tube or tubes in sealingtight relationship and which has thermally conductive projections (5), the area of which is a multiple of the tube inner surface they occupy, preferably in the form of fins extending substantially parallel to one another, and at least two heat-exchanger elements (1) are so disposed in relation to one another as to from at least one closed duct, into which the projections (5) extend, for a second medium participating in the heat exchange.

2. A heat-exchanger arrangement according to claim 1, characterised in that the castings (4) of two adjacent heat-exchanger elements (1) are interconnected in sealingtight relationship in the region of their periphery.

3. A heat-exchanger arrangement according to claim 1, in which the projections are formed as fins, characterised in that at least one of the fins (23) is thickened and encloses in sealing-tight relationship a length of tube (24) which is disposed adjacent the sections of the tubes (3b) and which acts as a supply or discharge tube.

4. A heat-exchanger arrangement according to claim 1 or 3, characterised in that the heat-exchanger elements (4f to 4k) are constructed as substantially circular and/or circular annular discs in which the tube sections extend as at least one flat spiral and the projections (5) are curved . to an involute pattern.

5. A heat-exchanger arrangement according to claim 4, characterised in that the projections (5) of at least some of the heat-exchanger elements (4g to 4i) extend in the reverse direction on the top to those on the bottom.

. 6. A heat-exchanger arrangement according to claim 4, characterised in that heat-exchanger elements (4f to 4k) are arranged coaxially in the form of circular discs and circular discs alternately, a plurality of series-connected ducts for the second heat-exchange medium being formed between the heat-exchanger elements, and the projections (5) so extend in each case that the second medium does not change its direction of rotation as it flows through successive ducts.

7. A heat-exchanger arrangement according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the castings of every other heat-exchanger element (4f, 4h, 4k) are interconnected in sealing-tight relationship in the region of their periphery.

8. A heat-exchanger arrangement according to any one of claims 1 to 7, characterised in that at least some of the projections (57) have a tree-like branched cross-section, the surface for the passage of the thermal flow decreasing with increasing distance from the base of the projection.

9. A method of producing a heat-exchanger arrangement according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the tube (3) of each heat-exchanger element (1) is bent and placed in a mould, the mould is filled with a metal and the projections (5) are formed by machining from the casting (4) and at least two heat-exchanger elements (1) are connected to form a heat-exchanger arrangement.

10. A method of producing a heat-exchanger arrangement according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the tube (3) of each heat-exchanger element (1) is bent and placed in a mould, the mould is filled with a metal and the casting (4) is so machined as to form recesses (56) for anchoring fin-like parts forming the projections (5), said parts being caulked, soldered or welded into said recesses and at least two heat-exchanger elements (1) produced in this way are connected to form a heat-exchanger arrangement.

11. A method of making a heat-exchanger arrangement according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the tube (3) of each heat-exchanger element (1) is bent and is placed, together with fin-like parts forming the projections (5), into a mould which is so filled with metal that the fin-like parts are cast in the casting (4) solely by their feet and at least two heat-exchanger elements (1) are connected to form a heat-exchanger arrangement.

Revendications

1. Système de transfert de chaleur avec au moins deux éléments (1) de transfert de chaleur, dont chacun présente au moins un tube (3) coudé dans un plan ou une surface cylindrique pour un premier fluide prenant part à la transmission de chaleur, des tronçons voisins du tube ou des tubes (3) de chaque élément (1) de transfert de chaleur considéré étant reliés à une paroi étanche prenant part à la transmission de chaleur, système caractérisé par le fait que la paroi est formée par un corps métallique (4) venu de fonderie qui, entourant de manière étanche les tronçons du tube ou des tubes, présente des saillies thermoconductrices (5), de préférence des nervures sensiblement parallèles les unes aux autres, dont la surface est égale à plusieurs fois la face interne du tube coïncidant avec elle; et par le fait qu'au moins deux éléments (1) de transfert de chaleur sont disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que soit formé au moins un canal fermé, à l'intérieur duquel les saillies (5) pénètrent, pour un second fluide prenant part à la transmission de chaleur.

2. Système de transfert de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les corps (4) venus de fonderie de deux éléments (1) de transfert de chaleur voisins sont reliés entre eux de manière étanche dans la région de leur périphérie.

3. Système de transfert de chaleur selon la revendication 1, avec des saillies conformées en nervures, caractérisé par le fait qu'au moins l'une (23) des nervures est épaissie et entoure hermétiquement un organe tubulaire (24) qui, disposé à côté des tronçons des tubes (3b), sert de tube d'admission ou d'évacuation.

4. Système de transfert de chaleur selon la revendication 1 ou 3, caractérisé par le fait que les éléments (4f à 4k) de transfert de chaleur consistent en des plaques circulaires et/ou annulaires, dans lesquelles les tronçons des tubes décrivent au moins une spirale plane ; et par le fait que les saillies (5) sont arquées selon des développantes.

5. Système de transfert de chaleur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, au moins pour une partie des éléments (4g à 4i) de transfert de chaleur, les saillies (5) sont enroulées sur la face supérieure dans le sens contraire par rapport à la face inférieure.

6. Système de transfert de chaleur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que des éléments (4f à 4k) de transfert de chaleur sont alignés coaxialement en alternance sous la forme de plaques discoidales et annulaires, ce qui donne naissance à plusieurs canaux, branchés en série entre les éléments de transfert de chaleur, pour le second fluide prenant part à la transmission de chaleur ; et par le fait que les saillies (5) sont enroulées à chaque fois de telle sorte que le second fluide ne change pas son sens de rotation en parcourant des canaux successifs.

7. Système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les corps venus de fonderie d'un élément (4f ; 4h ; 4k) sur deux de transfert de chaleur sont reliés entre eux ,de manière étanche dans la région de leur périphérie.

8. Système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'au moins une partie des saillies (57) présente une section en forme de tronc ramifié, la section de passage du flux de chaleur décroissant à chaque fois au fur et à mesure de l'éloignement de la base de la saillie.

9. Procédé de réalisation d'un système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le tube (3) de chaque élément (1) de transfert de chaleur est coudé et placé dans un moule de fonderie ; par le fait que ce moule est empli d'un métal en fusion et les saillies (5) sont façonnées avec enlèvement de copeaux à partir du corps moulé (4) ; et par le fait qu'au moins deux éléments (1) de transfert de chaleur sont reliés pour former un système de transfert de chaleur.

10. Procédé de réalisation d'un système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le tube (3) de chaque élément (1) de transfert de chaleur est coudé et placé dans un moule de fonderie ; par le fait que ce moule est empli d'un métal fondu, le corps moulé (4) étant usiné avec enlèvement de copeaux de manière à donner naissance à des renfoncements (56) pour l'ancrage de parties en forme de nervures qui, constituant les saillies (5), sont matées, brasées ou soudées dans ces renfoncements (56) ; et par le fait qu'au moins deux éléments (1) de transfert de chaleur ainsi réalisé sont reliés pour former un système de transfert de chaleur.

11. Procédé de réalisation d'un système de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le tube (3) de chaque élément (1) de transfert de chaleur est coudé et placé, conjointement avec des parties en forme de nervures constituant les saillies (5), dans un moule de fonderie, qui est empli de métal fondu d'une manière telle que les parties en forme de nervure soient noyées dans le corps moulé (4) uniquement par leur pied ; et par le fait qu'au moins deux éléments (1) de transfert de chaleur sont reliés pour constituer un système de transfert de chaleur.

Zeichnung