Spiral-Wärmeübertrager und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiral-Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Stand der Technik

[0002] Bei solchen Spiral-Wärmeübertragern durchströmt ein Wärmeübertragermedium einen zwischen den beiden Rohren liegenden und durch die Dichtung bestimmten spiralförmig verlaufenden Kanal. Durch die spiralförmige Strömung wird der Wärmeübergang verbessert.

[0003] Bei bekannten derartigen Wärmeübertragern ist ein Rohr nach Art eines Gewindeganges mit einer spiralförmig verlaufenden Rippe versehen, die als Dichtung dient und in Verbindung mit den Mantelflächen der ineinander geschobenen Rohre einen spiralförmig verlaufenden Kanal bestimmt, durch den ein Wärmeübertragungs-Medium strömt. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass die Herstellung der Einzelteile eines solchen Wärmeübertragers einen sehr erheblichen Fertigungsaufwand erfordert, und auch der Zusammenbau eines Wärmeübertragers erfordert einen hohen Aufwand. So wird es in den meisten Fällen erforderlich sein, die beiden Rohre auf stark unterschiedliche Temperaturen zu bringen, um sie ineinander schieben zu können und bei im Wesentlichen gleichem Temperaturniveau der beiden Rohre ein dichtendes Anpressen der spiralförmigen Rippe an der entsprechenden Mantelfläche des jeweils anderen Rohres sicherzustellen, siehe hierzu z.B. EP519252.

Darstellung der Erfindung

[0004] Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Wärmeübertrager der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, dessen Einzelteile sich einfach herstellen lassen und der auch sehr einfach zusammengebaut werden kann.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies bei einem Wärmeübertrager der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Solch ein Wärmeübertrager lässt sich ganz einfach gemäß den Ansprüchen 7 oder 8 herstellen.

[0006] Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, dass die Nuten einfach auf einer Drehbank oder bei entsprechend geringer Wandstärke der Rohre durch Drücken der Nuten hergestellt werden können. Die Dichtung kann je nach den zu erwartenden Belastungen aus einem Kunststoff hergestellt werden. Bevorzugt ist jedoch Federstahl, in diesem Fall kann man im Handel zu sehr günstigen Preisen erhältliche Spiralfedern einsetzen.

[0007] Durch die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 ergibt sich der Vorteil, dass solche Wärmeübertrager nicht nur zur Übernahme oder Abgabe von Wärme von einem Wärmeübertragermedium, wie z.B. Wasser, von oder an die Umgebung verwendet werden können, sondern auch zum Übertragen von Wärme von einem Medium zu einem anderen, die in den Kanälen zwischen dem Innenrohr und dem Rohr bzw. diesem und dem nächsten Rohr strömen.

[0008] Um auf einfache Weise ein hohes Maß an Dichtheit der einzelnen Kanäle zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 4 vorzusehen. Auf diese Weise drücken sich nämlich die Kanten der Nuten in die Dichtung.

[0009] Um einen einfachen Zusammenbau eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruchs 5 vorzusehen. So lässt sich der Wärmeübertrager mit geringem Kraftaufwand zusammenschrauben.

[0010] Um einen robusten Aufbau des Wärmeübertragers zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 6 vorzusehen.

[0011] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zusammenbau eines erfindungsgemäßen Spiral-Wärmeübertragers anzugeben, das einen sehr einfachen und raschen Zusammenbau ermöglicht.

[0012] Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 7 oder 8 erreicht.

[0013] Dabei genügt es, auf das Innenrohr eine Dichtung aufzubringen und diese in die Nut des Innenrohres einzulegen. Danach kann das dieses Innenrohr umgebende Rohr einfach auf das erstere aufgeschraubt werden. Dies kann sehr einfach erfolgen, wenn ein kleines Spiel zwischen der Dichtung und dem Grund der Nut des auf- oder einzuschraubenden Rohres vorgesehen ist. Die Abdichtung des jeweiligen zwischen zwei Rohren verlaufenden Kanals erfolgt einfach dadurch, dass die beiden Rohre gegeneinander verschoben werden. Dabei gleitet die Dichtung aus einer der beiden Nuten heraus und presst sich daher an die Mantelfläche des anderen Rohres an, wodurch ein hohes Maß an Dichtheit erreicht wird.

[0014] Grundsätzlich kann man die Dichtung auch gemäß Anspruch 8 zunächst in das äußere Rohr einschrauben. Dabei erkennt man aber nicht so leicht, ob die Dichtung zur Gänze in der Nut liegt. Außerdem neigt die Dichtung dazu, ihren Durchmesser beim Aufschrauben etwas zu vergrößern, sodass sie leichter klemmt, wenn man sie in ein äußeres Rohr einschraubt als wenn man sie auf ein inneres Rohr aufschraubt.

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen

[0015] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht des Innenrohres des Wärmeübertragers; Fig. 2 einen Längsschnitt des Rohrs des Wärmeübertragers, das das Innenrohr umgibt, entlang der Linie A-A in Fig. 3; Fig. 3 dieses Rohr in Ansicht; Fig. 4 eine Ansicht eines zusammengebauten erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Wärmeübertrager nach Fig. 4 entlang der Linie B-B; Fig. 6 ein Detail des Wärmeübertragers nach Fig. 4 und 5; und Fig. 7 schematisch den Zusammenbau eines Wärmeübertragers nach Fig. 4 und 5.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

[0016] Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager gemäß Fig. 4 und 5 weist ein Innenrohr 1 auf (siehe Fig. 1), das an seiner äußeren Mantelfläche 2 mit einer spiralförmig verlaufenden Nut 3 versehen ist. Das Innenrohr 1 ist über den größten Teil seiner Länge von einem Rohr 5 umgeben (siehe Fig. 5). Dieses Rohr 5 weist an dessen inneren Mantelfläche 6 eine spiralförmig verlaufende Nut 7 auf (siehe Fig. 2). Dabei weist die Nut 7 die gleiche Ganghöhe wie die Nut 3 des Innenrohres 1 auf. An den beiden Enden des Rohrs 5 sind Dichtkappen 4 angebracht (z.B. angeschweißt), die einen Anschluss von nicht dargestellten Anschlussrohren ermöglichen (siehe Fig. 1 und 2). Diese Anschlussrohre stehen dann mit dem Kanal zwischen dem Innenrohr 1 und dem Rohr 5 in Verbindung (siehe Fig. 2), sodass ein Wärmeträgermedium durch diesen Kanal geleitet werden kann.

[0017] Zur Festlegung eines spiralförmigen Kanals 8 zwischen dem Innenrohr 1 und dem Rohr 5 ist eine Dichtung 9 vorgesehen, die in einer der beiden Nuten 3 und 7, z.B. - wie in Fig. 5 dargestellt - in der Nut 7 des Rohres 5, eingelegt ist und unter Pressung an der Mantelfläche des anderen Rohres anliegt, z.B. an der Mantelfläche 2 des Innenrohres 1.

[0018] Das Rohr 5 weist an seiner äußeren Mantelfläche 10 (siehe Fig. 3) eine weitere spiralförmige Nut 11 auf. Dieses Rohr 5 ist über den größten Teil seiner Länge von einem weiteren Rohr 5' umgeben (siehe Fig. 4 und 5), das an seiner inneren Mantelfläche 6' (siehe Fig. 2) mit einer weiteren Nut 7' versehen ist. Diese Nut 7' weist die gleiche Ganghöhe auf wie die Nut 11 in der äußeren Mantelfläche 10 des Rohrs 5.

[0019] Zwischen den Rohren 5 und 5' ist eine weitere spiralförmige Dichtung 9' eingelegt, die in einer der Nuten 7', 11 gehalten ist. Dadurch wird ein weiterer spiralförmiger Kanal 8' gebildet.

[0020] Das Rohr 5' ist von einem Außenrohr 12 umgeben, das an seiner inneren Mantelfläche 13 mit einer weiteren Nut 14 versehen ist. Diese Nut 14 weist im Wesentlichen die gleiche Ganghöhe wie die Nut 11' in der äußeren Mantelfläche 10' des Rohres 5' auf.

[0021] Zwischen dem Rohr 5' und dem Außenrohr 12 ist eine weitere spiralförmige Dichtung 9" eingelegt, die in einer der Nuten 11', 14 gehalten ist. Dadurch wird ein dritter spiralförmiger Kanal 8" bestimmt.

[0022] An den Enden des Rohres 5' sind Dichtkappen 4' angebracht, und an den Enden des Außenrohres 12 sind ebenfalls Dichtkappen 4" angebracht. Durch entsprechende Rohrleitungen kann daher ein Wärmeträgermedium in den spiralförmigen Kanal 8' bzw. 8" zugeführt bzw. (am anderen Ende) aus diesem abgeführt werden.

[0023] Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, weist die die Dichtung 9 aufnehmende Nut 7 im Querschnitt einen kleineren Radius als die Dichtung 9 auf. Dadurch ergeben sich zwei Dichtkanten, durch die ein hohes Maß an Dichtheit erreicht wird. Dabei liegt die Dichtung unter Pressung weiters an der Mantelfläche 2 des Rohres 1 an. Dabei kommt es zu einer entsprechenden Verformung der Dichtung 9.

[0024] Fig. 7 zeigt schematisch den Zusammenbau eines Wärmeübertragers. Dabei wird eine Dichtung 9, die z.B. aus Federstahl hergestellt sein kann, in die Nut 3 des Innenrohres 1 eingelegt und das Innenrohr 1 in das Rohr 5 eingeschraubt. Dies ist leicht möglich, da bei in der Nut 3 gehaltener Dichtung 9 ein geringes Spiel zwischen dieser und der entsprechenden Nut 7 des zugeordneten Rohres 5 verbleibt. Zur Herstellung der Abdichtung werden die beiden Rohre 1 und 5 in axialer Richtung gegeneinander verschoben. Dies kann z.B. mittels einer Presse erfolgen.

[0025] Versuche haben bestätigt, dass dabei die Dichtung 9 immer in einer der beiden Nuten verbleibt und nur aus der anderen Nut herauskommt. Die Dichtheit ist über die gesamte Länge in hervorragender Weise gegeben.

[0026] Typische Maße sind: Länge der Rohre 1,5 m. Durchmesser des Drahtes der Dichtung: 3 mm. Tiefe der Nuten: 0,3 mm. Unterschied zwischen Außendurchmesser eines Rohres und Innendurchmesser des nächsten Rohres: 2,7 mm. Damit ergibt sich ein Abstand vom Nutengrund des inneren Rohres zum Nutengrund des nächsten Rohres von 3,3 mm, was theoretisch ein Spiel von 0,3 mm bedeutet. Dieses Spiel steht aber wegen der geringeren Radien der Nuten im Vergleich zum Radius des Federdrahtes nicht zur Gänze zur Verfügung, d.h. die Dichtung kann den Nutengrund nicht erreichen (siehe Fig. 6). Der Abstand zwischen dem Nutengrund und der Oberfläche des anderen Rohres beträgt genau 3 mm, d.h. theoretisch liegt keine Pressung vor, wenn die Dichtung in einer Nut liegt und das andere Rohr verschoben ist. Da aber wie gesagt die Dichtung den Nutengrund nicht erreichen kann (siehe nochmals Fig. 6), liegt dennoch eine Pressung vor.

Ansprüche

1. Spiral-Wärmeübertrager mit einem Innenrohr (1) und einem Rohr (5), in das das Innenrohr (1) konzentrisch eingesetzt ist, wobei zwischen dem Innenrohr (1) und dem Rohr (5) eine spiralförmig verlaufende Dichtung (9) angeordnet ist, sodass ein spiralförmiger Strömungskanal gebildet wird, wobei das Innenrohr (1) an seiner äußeren Mantelfläche (2) mit einer spiralförmig verlaufenden Nut (3) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) an seiner inneren Mantelfläche (6) mit einer spiralförmigen Nut (7) versehen ist, die im Wesentlichen die gleiche Ganghöhe wie die Nut (3) des Innenrohres (1) aufweist, dass in der Nut (3, 7) eines dieser Teile (1, 5) eine elastisch verformbare Dichtung (9) gehalten ist, die an der Mantelfläche (2, 6) des jeweils anderen Rohres (1, 5) dichtend und unter Pressung anliegt, wobei die Nuten (3, 7) der beiden Rohre (1, 5) gegeneinander axial verschoben sind.

2. Spiral-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) von einem weiteren Rohr (5') umgeben ist und Innenrohr eines weiteren Spiral-Wärmeübertragers nach Anspruch 1 ist.

3. Spiral-Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Rohr (5') von einem Außenrohr (12) umgeben ist und wiederum Innenrohr eines weiteren Spiral-Wärmeübertragers nach Anspruch 1 ist.

4. Spiral-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Querschnitts der Nuten (3, 7, 11, 7', 11', 14) kleiner als der Radius der jeweiligen Dichtung (9, 9', 9") im entspannten Zustand ist.

5. Spiral-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei in eine Nut (3, 11, 11') eingelegter Dichtung (9, 9', 9") diese mit Spiel in die Nut (7, 7', 14) des auf- oder eingeschraubten weiteren Rohres (5, 5', 12) eingreift.

6. Spiral-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9, 9', 9") aus Federstahl hergestellt ist.

7. Verfahren zum Zusammenbau eines Spiral-Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei man in die Nut (3) des Innenrohres (1) die spiralförmige Dichtung (9) aufschraubt oder wobei man die Dichtung (9) auf das Innenrohr (1) aufschiebt und in die Nut (3) einrasten lässt und wobei man danach das Innenrohr (1) samt Dichtung (9) in die Nut (7) des Rohrs (5) einschraubt, wonach die Rohre (1, 5) gegeneinander um weniger als die Ganghöhe axial verschoben werden.

8. Verfahren zum Zusammenbau eines Spiral-Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei man in die Nut (7) des Rohres (5) die spiralförmige Dichtung (9) einschraubt oder wobei man die Dichtung (9) in das Rohr (5) einschiebt und in die Nut (7) einrasten lässt und wobei man danach das Innenrohr (1) mit dessen Nut (3) in die spiralförmige Dichtung (9) im Rohr (5) einschraubt, wonach die Rohre (1, 5) gegeneinander um weniger als die Ganghöhe axial verschoben werden.

Claims

1. A spiral heat exchanger having an inner pipe (1) and a pipe (5) into which the inner pipe (1) is introduced concentrically, wherein a spirally extending seal (9) is arranged between the inner pipe (1) and the pipe (5) so that a spiral flow channel is formed, wherein the inner pipe (1) on its outer lateral surface (2) is provided with a spirally extending groove (3), characterised in that the pipe (5) on its inner lateral surface (6) is provided with a spiral groove (7) which has substantially the same patch as the groove (3) of the inner pipe (1), in that held in the groove (3, 7) of one of these portions (1, 5) there is an elastically deformable seal (9) that rests against the lateral surface (2, 6) of the other respective pipe (1, 5) in a sealing manner and under pressure, wherein the grooves (3, 7) of the two pipes (1, 5) are shifted axially with respect to each other.

2. A spiral heat exchanger according to claim 1, characterised in that the pipe (5) is surrounded by a further pipe (5') and is the inner pipe or a further spiral heat exchanger according to claim 1.

3. A spiral heat exchanger according to claim 2. characterised in that the further pipe (5') is surrounded by an outer pipe (12) and in turn is the inner pipe of a further spiral heat exchanger according claim

4. A spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterised in that the radius of the cross section of the groves (3, 7, 11, 7', 11', 14) is Smaller than the radius of the respective seal (9, 9', 9") in the relaxed state.

5. A spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterised in that when the seal (9, 9', 9") is inserted into a groove (3, 11, 11') it engage with clearance into the groove (7, 7' , 14) of the further pipe (5, 5', 12) screwed thereon or therein.

6. A spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterised in that the seal (9, 9', 9") is produced from spring steel.

7. Method for assembling a spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 6, wherein the spiral seal (9) is screwed on into the groove (3) of the inner pipe (1) or wherein the seal (9) is pushed onto the inner pipe (1) and caused to snap into the groove (3), and wherein then the inner pipe (1) together with the seal (9) is screwed into the groove (7) of the pipe (5), whereupon the pipes (1, 5) are shifted axially with respect to each other by less than the pitch.

8. Method for assembling a spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 6, wherein the spiral seal (9) is screwed into the groove (7) of the pips (5) or wherein the seal (9) is pushed into the pipe (5) and caused to snap into the groove (7), and wherein then the inner pipe (1) with its groove (3) is screwed into the spiral seal (9) in the pipe (5), whereupon the pipes (1, 5) are shifted axially with respect to each other by less than the pitch.

Revendications

1. Echangeur de chaleur hélicoïdal comportant un tube intérieur (1) et un tube (5) dans lequel le tube intérieur (1) est inséré de manière concentrique, un joint (9) étant disposé entre le tube intérieur (1) et le tube (5) selon un tracé hélicoïdal, de façon à former un canal d'écoulement hélicoïdal, la surface extérieure (2) du tube intérieur (1) étant pourvue d'une rainure (3) laquelle suit un tracé hélicoïdal, caractérisé en ce que la surface intérieure (6) du tube (5) est pourvue d'un rainure (7) laquelle suit un tracé hélicoïdal et laquelle présente sensiblement le même pas que la rainure (3) du tube intérieur (1), qu'un joint (9) élastiquement déformable est tenu dans la rainure (3, 7) de l'une des pièces (1, 5) pour ainsi venir en appui contre la surface (2, 6) de l'autre tube (1, 5) en faisant l'étanchéité, les rainures (3, 7) des deux tubes (1, 5) présentant un décalage axial l'un par rapport à l'autre.

2. Echangeur de chaleur hélicoïdal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (5) est entouré d'un autre tube (5') et constitue ainsi le tube intérieur d'un autre échangeur de chaleur hélicoïdal selon la revendication 1.

3. Echangeur de chaleur hélicoïdal, selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre tube (5') est entouré d'un tube extérieur (12) et constitue ainsi lui-même le tube intérieur d'un autre échangeur de chaleur hélicoïdal, selon la revendication 1.

4. Echangeur de chaleur hélicoïdal selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rayon de la coupe transversale des rainures (3, 7, 11, 7', 11', 14) est inférieur au rayon que le joint concerné (9, 9', 9") présente à l'état détendu.

5. échangeur de chaleur hélicoïdal selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le joint (9, 9', 9"), lorsqu'il est inséré dans une rainure (3, 11, 11'), s'engage dans la rainure (7, 7', 14) de l'autre tube (5, 5', 12), disposé ou inséré par vissage, en laissant un jeu.

6. Echangeur de chaleur hélicoïdal selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint (9, 9', 9") est réalisé en acier à ressort.

7. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur hélicoïdal, selon l'une des revendications 1 à 6, consistant disposer par vissage la joint hélicoïdal (9) dans la rainure (3) du tube intérieur (1) ou à pousser le joint (9) sur le tube intérieur (1) jusqu'à ce qu'il s'encliquète dans la rainure (3) et à insérer ensuite par vissage le tube intérieur (1) muni du joint (9) dans la rainure (7) du tube (5), les tubes (1, 5) subissant ensuite un décalage axial l'un par rapport à l'autre qui est inférieur à un pas.

8. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur hélicoïdal selon l'une des revendications 1 à 6, consistant à insérer par vissage le joint hélicoïdal (9) dans la rainure (7) du tube (5) ou à pousser le joint (9) dans le tube (5) jusqu'à ce qu'il s'encliquète dans la rainure (7) et insérer ensuite par vissage le tube intérieur (1) avec sa rainure (3) dans le joint hélicoïdal (9) du tube (5), les tubes (1, 5) subissant ensuite un décalage axial l'un par rapport à l'autre qui est inférieur un pas.

Zeichnung