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    公开号:WO1988001362A1
    申请号:PCT/CH1987/000106
    申请日:1987-08-21
    公开日:1988-02-25
    发明作者:Emil Bader
    申请人:Emil Bader；
    IPC主号:F28D7-00
    专利说明:
    [0001] Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit Wendelrohrbündel
    [0002] Die Erfindung betrifft einen Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit mindestens einem Wendelrohrbündel, das einen geschlosenen Wendelstromkanal zwischen einem Kernrohr und einem Mantelrohr um eine gemeinsame Längsachse bildet, wobei eine Mehrzahl von Wendelrohren in einer entsprechenden Wendelebene mit konstanter Ganghöhe um die Längsachse herum gewunden, lückenlos aneinandergereiht und im Wendelrohrbündel zusammengefasst sind, und wobei ein Primärfluid die Wendelrohre und ein Sekundärfluid den Wendelstromkanal im Gegenstrom duchfliessen.
    [0003] Gegenstrom-Austauscher ergeben bekanntlich einen höheren Wirkungsgrad als Kreuzstrom-Austauscher und sind inbesondere bei relativ geringen Temperaturunterschieden zwischen den Austauschmedien erforderlich.
    [0004] Herkömmliche Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von Rohren haben Nachteile in bezug auf das Anschliessen und Reinigen von zahlreichen unzugänglichen Rohren in geringem Abstand. Ferner ist es meistens schwierig eine Vielzahl von relativ langen und flexiblen Rohren im erforderlichen Abstand zu halten. Solche Wärmeaustauscher eignen sich im allgemeinen nicht für den Betrieb als Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit geringer Wartung und sind damit für verschiedene Anwendungen ungeeignet.
    [0005] Plattenwärmaustauscher eignen sich hingegen als Gegenstrom-Wärmeaustauscher, haben aber den Nachteil, dass sie jeweils zerlegt werden müssen, um die Reinigung der Platten zu ermöglichen, wobei das Abdichten nach jeder Zerlegung problematisch sein kann.
    [0006] Bei einem Gegenstrom-Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art müssen die Wendelrohre lückenlos aneinandergereiht werden, um einen geschlossenen Wendelstromkanal zu bilden und damit den Betrieb im reinen Gegenstromfluss mit hohem Wirkungsgrad zu sichern.
    [0007] Der Aufbau von Rohrbündeln mit aneinanderliegenden Wendelrohren und ihr Anschliessen werden jedoch bei zunehmender Rohrzahl besonders problematisch und waren bisher bestenfalls mit einer sehr geringen Anzahl Wendelrohre möglich. Die diesbezüglichen, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Probleme lassen sich unter anderem dadurch erklären, dass Rohrwendel sich nicht so genau formen lassen, dass sie zu geschlossenen Wendelflächen aneinandergereiht werden können, ohne dabei Spannungen zu verursachen. Bei der seitlichen Berührung von runden Rohren entlang einer Spirallinie wirken sich jedoch Spannungen so aus, dass bei geringen Störungen ein Wendelrohr vom anderen abrutschen kann. Die konvexen Rohrwandungen, die gegeneinander drücken, sind somit im instabilen Gleichgewicht, so dass eine kleine auslenkende Kraft ungesicherte Rohre aus ihrer richtigen Lage bringen kann.
    [0008] Bei einer anderen bekannten Bauart werden hingegen Wendelrohre durch verschiedene Trägerstrukturen mit einem gegebenen Abstand voneinander getrennt gehalten. In diesem Fall durchfliesst ein Primärfluid die Wendelrohre, wobei ein Sekundärfluid im wesentlichen quer zu den Wendelrohren zwischen diesen hindurchfliesst. Diese Anordnung entspricht damit einem Kreuzstrom-Wärmeaustauscher mit einem bedeutend geringeren Wirkunsgrad als ein Gegenstrom-Wärmeaustauscher.
    [0009] Zur Erläuterung der Erfindung können zum Stand der Technik in Bezug auf Wärmeaustauscher der eingangs definierten Art die folgenden Patentveröffentlichungen genannt werden: GB-A- 791843; FR-A- 2482717; und FR-A- 2214093.
    [0010] Diese bekannten Wärmeaustauscher haben Rohrbündel mit nur drei bis vier Wendelrohren und mit einer begrenzten Austauschfläche und einem entsprechend eingeschränkten Anwendungsbereich.
    [0011] Wie bereits erwähnt, wird die Herstellung von Rohrbündeln dieser Art bei zunehmender Rohrzahl insofern besonders problematisch als das Anschliessen der aneinanderliegenden Wendelrohre infolge der Unzugänglichkeit der Rohrenden besonders schwierig wird und deshalb mit herkömmlichen Anschlüssen nicht möglieh ist.
    [0012] Es ist ferner besonders schwierig, starre Rohre zu genauen aneinanderliegenden Wendeln umzubiegen und mit herkömmlichen Anschlussmitteln zu verbinden. Flexible Rohre lassen sich hingegen viel leichter wickeln, müssen aber in ihrer gewünschten Stellung im Rohrbündel gesichert werden, um stabile Rohrbündel zu erzielen.
    [0013] Die Fertigung von kompakten Gegenstrom-Wärmeaustauschern mit einer möglichst grossen Anzahl Wendelrohre wäre besonders vorteilhaft, um eine grosse Wärmeaustauschfläche mit optimalem Wirkungsgrad zu erzielen.
    [0014] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeaustauscher der eingangs definierten Art zu schaffen, der eine beliebige Zahl von Wendelrohren und Rohrbündeln aufweist, aus sehr unterschiedlichen Werkstoffarten einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und dabei die genannten Nachteile weitgehend umgeht.
    [0015] Diese Aufgabe wird erfindungsegmäss dadurch gelöst, dass die Wendelrohre an jedem Ende des Rohrbündels mit einer Anschlusskammer ausgerüstet sind, die aus einer gelochten Anschlussplatte mit einem abnehmbaren Deckel zusammengesetzt und zwischen dem Kernrohr und dem Mantelrohr so angeordnet ist, dass die Enden der Wendelrohre ohne wesentliche Abweichung von der entsprechenden Wendelebene abwechselnd in entsprechenden versetzt angeordneten Bohrungen in der Anschlussplatte aufgenommen werden und mit dieser fest verbunden sind. Der Deckel ist dabei an dieser Anschlussplatte fest angebracht und so angeordnet, dass er die Anschlusskammer mit einem Primäreintritt oder Primäraustritt verbindet.
    [0016] Die Anschlussplatte der erfindungsgemässen Anschlusskammer wird vorzugsweise mit zwei Reihen von versetzt angeordneten Bohrungen versehen, die parallel zur entsprechenden Wendelebene in geringem Abstand an beiden Seiten derselben verlaufen. Die Enden der Wendelrohre sind dabei abwechselnd an beiden Seiten der Wendelebene leicht abgebogen, verlaufen anschli essend parallel zur Wendelebene und sind abwechselnd an den entsprechenden Bohrungen der beiden Reihen angeschlossen. Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Wärmaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass flexible Wendelrohre an einer Mehrzahl von Stützarmen frei anliegen, die mit dem Kernrohr fest verbunden und in der- entsprechenden Wendelebene um das Kernrohr herum verteilt sind, so dass die Wendelrohre gegeneinander in unverrückbarer Lage abgestützt sind.
    [0017] Die flexiblen Wendelrohre können vorteilhaft durch die Stütztarme abwechselnd in entgegengestzten Axialrichtungen gekrümmt sein und abgestützt werden.
    [0018] Die Wendelrohre sowie die erf indungsgemässen Anschlusskammern können vorteilhaft aus beliebigen geeigneten Kunststoffen bestehen, bei spei Iwei se jener Art, die mit dem Warenzeichen "Teflon" oder "Tefzel" von Du Pont bezeichnet sind. In diesem Fall können die Enden der Wendelrohre in den Bohrungen der Anschlussplatte auf einfache Weise durch eine Schmelzverbindung dicht angeschlossen werden. Alle Teile des Wärmeaustauschers können vorzugsweise aus denselben Kunstoffen bestehen, oder zumindest mit diesem, abgedeckt sein, um eine möglichst hohe Beständigkeit des gesamten Wärmeaustauschers gegen chemische Angriffe und dadurch eine maximale Lebensdauer zu erzielen.
    [0019] Die erfindungsgemässen Stützarme werden vorteilhaft mit einer Verzahnung für die Aufnahme der Wendelrohre versehen und zur Versteifung profiliert.
    [0020] Diese Stützarme sind ferner vorteilhaft in bezug auf die gemeinsame Längsachse, vorzugsweise abwechselnd in entgegengestzten Axialrichtungen geneigt.
    [0021] Die in der entsprechenden Wendelebene in Axialrichtung sowie in Umfangsrichtung versetzten Stützarme, die am Kernrohr einseitig befestigt und an denen alle Wendelrohre eines Rohrbündels jeweils frei anliegen und gleichmässig abgestützt sind, ermöglichen die Einhaltung der wendeiförmigen Konfiguration des gesamten Rohrbündels. Die erf indungsgemässen Stützarme erfüllen verschiedene Funktionen in bezug auf den Aufbau der Wendelrohrbündel auf dem Kernrohr, die wie folgt erläutert werden können. Beim Wickeln von flexiblen Rohren aus Kunststoff oder weichem Metall werden die Rohre jeweils infolge der erforderlichen Zugkraft gespannt, damit die nacheinander geformten Rohrwendeln dicht aneinander zu liegen kommen. Diese Zugkraft schmiegt somit die erste bzw. innerste Rohrwendel am Kernrohr und jede weitere Rohrwendel an die vorhergehende an. Diese Zugkraft übt auf die Rohre eine radiale Kraft aus, die sich in zwei Komponenten zerlegen lässt, wovon eine parallel und die andere quer zur Längsachse des Stützarmes gerichtet ist. Die zum Stützarm parallel gerichtete Komponente drückt die jeweils durch Krümmen entstehende Rohrwendel zu der inneren, vorherigen Wendel hin, und die Querkomponente drückt die Rohrwendel gegen den Stützarm. Statisch gesehen wirkt jeder Stützarm als einseitig (am Kernrohr) eingespannter Träger.
    [0022] Es ist bekannt, dass das maximale Biegemoment eines einseitig eingespannten Trägers, der am anderen Ende frei aufliegt, mehrmals kleiner ist als beim einseitig eingespannten, freitragenden Träger.
    [0023] Wenn die erfindungsgemässen Stützarme eine relativ grosse Länge bzw. Tragweite haben sollen, um eine entsprechend grosse Anzahl Rohrwendel abzustützen, können die äusseren Enden der Stützarme durch seitliche Spannbänder gehalten werden, so dass die Stützarme durch diese Bänder abgestützt und damit versteift sind, und dass ihre Bauhöhe entsprechend klein gehalten werden kann.
    [0024] Gemäss einer vorteilhaften Ausführung sind die erfin- dungsgemässen Stützarme in verschiedenen Radialebenen verteilt und an ihrem freien Ende durch Spannbänder in jeder Radialebene miteinander verbunden.
    [0025] Solche Spannbänder werden damit auf vorteilhafte Weise so angeordnet, dass sie einerseits die Abstände zwischen den übereinanderliegenden Stützarmen konstant halten, so dass die Höhe bzw. der Querschnitt der Wendelstromkanäle überall gleich gross gehalten wird. Andererseits sichern die Spannbänder die äussersten Windungen, wobei dies insbesondere beim Verschieben der Wendelrohrbündel-Anordnung relativ zum Mantelrohr wichtig sein kann.
    [0026] Um den Wärmeaustausch zu verbessern kann der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher, insbesondere bei Verwendung von metallischen Wendelrohren, um seine gemeinsame Längsachse drehbar gelagert und mit einem Antrieb verbunden sein, der so ausgebildet ist, dass er den Wärmeaustauscher in eine pendelnde Drehbewegung versetzen kann.
    [0027] Die Wärmeübertragung im erfindungsgemässen Gegenstrom- Wärmeaustauscher mit Wendelrohrbündeln wird hier dadurch gesteigert, dass der gesamte Wärmeaustauscher in steter Folge um seine Längsachse hin- und hergedreht wird. Die Wärmeübertragung zwischen einem strömenden Fluid und einer Rohrwand ist bekanntlich in der Anlaufstrecke am grössten, wobei sie je nach den Strömungsverhältnissen in der Anlaufstrecke vielfach grosser sein kann als nach einer gewissen durchströmten Strecke. Dieses Phänomen wird hier dadurch ausgenützt, dass man den Wärmeaustauscher sich um seine Längsachse hin- und herdrehen Lässt. Dadurch schwellen die zusätzlichen Geschwindigkeiten der beiden Flüssigkeiten gegenüber der Rohrwand, die sich den Grundströmungen überlagern, sowohl in den Rohren, wie auch ausserhalb, ständig an und ab. Liegen die zusätlichen Relativgeschwindigkeiten und die Grundströmung innerhalb deiselben Grössenordnung, werden dadurch im Takt mit der pendelnden Drehbewegung immer wieder hydrodynamische Anlaufbedinungen hervorgerufen, die zur Steigerung des Wärmeüberganges an der Innen- und Aussenseite der Rohrwand führen.
    [0028] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    [0029] Fig. 1 einen schematischen Längschnitt einer Ausführung des erf indungsgemässen Wärmeaustauschers.
    [0030] Fig. 2 einen Querschnitt einer Anschlusskammer der Ausführung gemäss Fig. 1.
    [0031] Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführung mit vier Rohrbündeln und Stützarmen.
    [0032] Fig. 4 eine teilweise perspektivische Ansicht von Stützarmen auf einem Kernrohr. Fig. 5 die Abwicklung eines gemäss Fig. 4 abgestützten Wendelrohrs.
    [0033] Fig. 6 einen teilweisen Längschnitt eines mit Spannbändern versehenen Ausführung des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 3.
    [0034] Fig. 7 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Spannbands der Ausführung gemäss Fig. 6.
    [0035] Fig. 8 einen teilweisen Längschnitt einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers mit einer Variante der Stützarme und Spannbänder.
    [0036] Fig. 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers mit zwei Wendelrohrbündeln 1A, 1B zum Durch- fluss eines Primärfluids im Gegenstromfluss mit einem Sekundärfluid, das zwei entsprechende Wendelstromkanäle 2A, 2B durchfliesst, die zwischen den zwei parallel verlaufenden Wendelrohrbündeln 1A und 1B gebildet sind.
    [0037] Wie durch Pfeile zu oberst in Fig. 1 angezeigt, wird das Primärfluid von einem Primäreintritt 3 über einen Zentralverteiler 4 und zwei Hilfsverteiler 5A, 5B dem oberen Ende der Wendelrohrbündel 1A, 1B zugeführt und an ihrem unteren Ende über zwei Hilfssammler 6A, 6B, einen Zentralsammler 7 und einen oberen Primäraustritt 8 abgeführt.
    [0038] Die Hilfsverteiler 5A, 5B sowie die Hilfssammler 6A, 6B bestehen erfindungsgemäss aus einer zweiteiligen Anschlusskammer und werden nachfolgend als Anschlusskammer bezeichnet.
    [0039] Wie aus Fig. 1 ersichtlich sind die Rohrbündel 1A, 1B mit ihren entsprechenden Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 63 in einem geschlossenen Ringraum zwischen einem Kernrohr 9 und einem koaxialen Mantelrohr 10 mit einer gemeinsamen Längsachse des Wärmeaustauschers angeordnet. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt besteht jedes Rohrbündel 1A, 1B aus zehn Wendelrohren, die um die gemeinsame Längsachse herum in einer entsprechenden Wendelebene mit konstanter Ganghöhe gewunden und zwischen dem Kernrohr 9 und dem Mantelrohr 10 eng aneinandergereiht sind. Das Wärmeaustauschergehäuse besteht aus dem Mantelrohr 10 mit einem Aussenf lansch 11, einem Boden 12 und einem Abschlussdeckel 13, der hier aus einem Stück mit dem Kernrohr 9 besteht und mit dem Aussenf lansch 11 dicht verbunden wird. Dieser Abschlussdeckel 13 bildet zusammen mit dem Kernrohr 9, dem Mantelrohr 10 und dem Boden 12 den geschlossenen Ringraum, der die Rohrbündel 1A, 18 mit ihren vier Anschlusskammern 5A, 5B, 6A, 6B umschliesst, wobei ein Sekundäreintritt 14 im Boden 12 ein Sekundärfluid zuführt, das die Wendelstromkanäle 2A, 2B aufwärts durchfliesst und durch einen seitlichen Sekundäiaustritt 15 am oberen Ende des Mantelrohrs 10 abgeführt wird.
    [0040] Der Aufbau der Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt und besteht aus einer gelochten Anschlussplatte 16 und einem darauf angebrachten abnehmbaren Deckel 17 mit einem Rohrstück 18, das die Anschlusskammer jeweils mit dem entsprechenden im Kernrohr 9 angeordneten Zentralverteiler 4 oder Zentralsammler 7.verbindet.
    [0041] Die Anschlussplatte 16 der erfindungsgemässen Anschlusskammern 5A, 5B, 6A, 6B ist senkrecht zur entsprechenden Wendelebene angeordnet und mit Bohrungen versehen, die zur Aufnahme der Enden der Wendelrohre in zwei R&ihen versetzt angeordnet sind und parallel zur Wendelebene in kurzem Abstand verlaufen. Die Enden der aneinandergereihten Wendelrohre sind in den entsprechenden versetzten Bohrungen der zwei Reihen in der Anschlussplatte 16 aufgenommen, mit dieser dicht verbunden und damit an die entsprechende Anschlusskammer 5A, 5B oder 6A, 6B parallel angeschlossen.
    [0042] Der Deckel 17 wird nach dem Anschliessen der Wendelrohre mit der Anschlussplatte 16 auf irgende eine geeignete Weise, z. B. mit Schrauben und Dichtungsmitteln dicht verbunden.
    [0043] Zum Anschliessen an die erfindungsmäss vorgesehenen Anschlusskammern wie beschrieben, müssen die Enden der Wendelrohre nur geringfügig verbogen werden, um abwechselnd in zwei benachbarten Ebenen versetzt angeordneten Reihen von entsprechenden Bohrungen parallel zur entsprechenden Wendelebene in der gelochten Anschlussplatte 16 eingesetzt und befestigt zu werden. Diese spezielle Anordnung der Anschlusskammern bietet entscheidende Vorteile gegenüber bekannten Rohranschlüssen, die eine bedeutende Verbiegung der Rohrenden erfordern, um sie mit einer herkömmlichen Anschlussplatte oder dergleichen dicht zu verbinden. Diese erfindungsgemässe Anordnung der Anschlusskammern umgeht damit auf sehr einfache Weise die wichtigen Probleme beim Anschliessen der Rohrbündel, wobei das komplizerte Abbiegen zum Anschliessen von zahlreichen unzugänglichen aneinandergrenzenden Rohren sowie jede Beinträchtigung ihrer Festigkeit durch ihre Verformung beim Abbiegen mit einem zu kleinen Biegeradius einfach umgangen werden.
    [0044] Nach dem Lösen des Abschlussdeckels 13 vom Aussenflansch 11 kann der gesamte Einsatz, bestehend aus dem Abschlussdeckel 13 mit dem Kernrohr 9 und den Rohrbündeln 1A, 1B mit den Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B, dem Primäreintritt 3, dem Zentralverteiler 4 und dem Zentralsammler 7 mit dem Primäraustritt 8, als ganzes aus dem Mantelrohr 10 herausgezogen werden.
    [0045] Dank dieser speziellen erfindungsgemässen Anordnung der Wendelrohrbündel 1A, 1B mit den Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B auf dem Kernrohr 9, können damit die Rohrbündel auf besonders einfache Weise freigelegt und durch geeignete Mittel, z.B. mit Flüssigkeitsstrahlen oder Bürsten, die seitlich eingebracht werden, nach Bedarf rasch und wirksam gereinigt werden.
    [0046] Dies stellt insofern einen besonders wichtigen Vorteil der erfindungsgemässen Wärmeaustauscheranordnung dar, als eine wirksame Reinigung der Wendelrohrbündel bei vielen Anwendungen unerlässlich ist, insbesondere wenn das Sekundärfluid auf der Aussenfläche der Wendelrohre einen Belag bildet, der den Wärmeaustausch mehr oder minder rasch beinträchtigt.
    [0047] Die oben beschriebene Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauchers umfasst zwei Wendelrohrbündel, wobei ihre Anzahl leicht erhöht werden kann. Im Gegensatz zu bekannten Wärmeaustauschern derselben Art, kann jedoch beim erfindungsgemässen Wärmeautauscher sowohl die Anzahl der aneindergrenzenden Wendelrohre des Rohrbündels als auch die Anzahl der Rohrbündel durch eine entsprechende Ausrüstung des Wärmeaustauschers mit den jeweils erforderlichen Anschlusskammern ohne besondere Schwierigkeit erhöht werden.
    [0048] Es ist ferner möglich, bei zunehmender Anzahl der Rohibündel, die erfindungsgemässen Anschlusskammern in mehreren Querebenen anzuordnen d. h. in bezug auf die gemeinsame Längsachse so zu versetzen, dass eine beliebige Anzahl Rohrbündel mit gleicher Ganghöhe an beiden Enden derselben erfindungs- gemäss mit Hilfsverteilern und Hilfssammlern zwischen dem Kernrohr und dem Mantelrohr ausgerüstet werden kann.
    [0049] Wenn die Rohrbündel des Wärmeaustauschers aus Rohren mit geringer Steifigkeit bestehen, z. B. aus Kunststoff roh ren oder weichen Meta l Iröhrchen, werden die Rohrbündel aus flexiblen Rohren erf i ndungsgemass durch versetzt angeordnete Stützarme abgestützt, wie in Fig. 3 bis 7 gezeigt.
    [0050] Der im Querschnitt in Fig. 3 gezeigte Wärmeaustauscher entspricht im wesentlichen der beschriebenen Anordnung gemäss Fig. 1, 2, wobei gleichartige Teile in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
    [0051] Die Ausführung gemäss Fig. 3 weist jedoch vier Wendelrohrbündel 1A bis 1D mit je vier entsprechenden Hilfsverteilern und Hilfssammlern auf, die jeweils der beschriebenen Anschlusskammer gemäss Fig. 2 entsprechen.
    [0052] In Fig. 3 sind die vier Wendelrohrbündel 1A bis 1D mit den vier Hilfsverteilern bzw. Anschlusskammern 5A bis 5D, sowie Stützarme 20 und Spannbänder 21 gezeigt.
    [0053] Bei den Ausführungen gemäss Fig. 3 bis 8 ist der Wärmeaustauscher mit einer Mehrzahl von Stützarmen 20 ausgerüstet, die jeweils ein Wendelrohrbündel abstützen, am Kernrohr 9 befestigt und in den den Rohrbündeln entsprechenden Wendelebenen verteilt sind, wobei die Wendelrohre an diesen Stützarmen 20 frei anliegen und abgestützt sind. Es ist ferner aus Fig. 3 und 6 ersichtlich, dass diese Stützarme 20 sich vom Kernrohr 9 radial nach aussen bis zur Innenseite des Mantelrohrs 10 erstrecken, wobei sie an ihrem freien äusseren Ende durch Spannbänder 21 festgehalten werden. Die erfindungsgemässen Stützarme 20 sind in verschiedenen Radialebenen verteilt, so dass sie jeweils in entsprechenden Reihen parallel zur gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, wobei der axiale Abstand zwischen den Stützarmen in jeder Reihe dem Abstand zwischen den benachbarten Windungen der Rohrbündel entspricht und damit die axiale Höhe jedes Wendelstromkanals bestimmt.
    [0054] Fig. 4 zeigt zur Vereinfachung der Zeichnung nur zwei Wendelrohrabschnitte und zwei am Kernrohr 9 befestigte Stützarme 20, die in der entsprechenden Wendelebene angeordnet und in bezug auf die Senkrechte zur Längsachse in entgegegengesetzten Richtungen leicht nach aussen geneigt sind. Dabei liegen die Wendelrohre abwechselnd an entgegengestzten Seiten der aufeinanderfolgend angeordneten Stützarme 20 frei an und sind dadurch in entgegegengesetzt en Axialrichtungen abwechselnd leicht gekrümmt.
    [0055] In Fig. 5 ist die Abwicklung eines Wendelrohrs gezeigt, das auf diese Weise durch die Stützarme 20 abgestützt und abwechselnd geringfügig verbogen ist. Die Wendelrohre werden durch eine derartige wellenartige Anordnung an den Stützarmen 20 verspannt und damit in ihrer Stellung an jedem Stützarm gehalten.
    [0056] Fig. 6 und 7 zeigen insbesondere eine Ausführung der Spannbänder 21 zum Festhalten der Stützarme 20 an ihren freien Enden in derselben Radialebene und mit dem erforderlichen Abstand, der die axiale Höhe der Wendelstromkanäle bestimmt. Diese Spannbänder 21 bestehen je aus einem Längsband mit einer glatten Aussenseite, haben etwa dieselbe Breite wie die Stützarme 20 und sind in regelmässigen Abständen gefaltet, die der erforderlichen axialen Höhe der Wendelstromkanäle entsprechen. Diese gefalteten Spannbänder 21 weisen damit eine Reihe von parallelen nach innen gerichteten Stützflächen 22 zum Tragen der entsprechenden Stützarme 20 auf, die an ihrem freien Ende je mit einem Einschnitt 23 versehen sind. Die Stellung der Stützarme 20 wird hier mit einer Schnappverbindung gesichert, die aus dem Einschnitt 23 am Ende jedes Stützarmes 20 und einem entsprechenden Widerhaken 24 besteht, der von der Stützfläche 22 hervorsteht und zum Einhaken im Einschnitt 23 vorgesehen ist. Fig. 7 zeigt im wesentliche die Form des Spannbandes 21 und seine Zusammenwirkung mit einem Stützarm 20. Die hier gezeigten Spannbänder 21 können z. B. aus Metallstreifen von 0,2 mm Dicke hergestellt werden, wobei sie infolge ihrer gefalteten Form eine hohe Steifheit aufweisen.
    [0057] Wie aus Fig. 6 and 7 ersichtlich, sind die Wendelrohre aneinanderliegend an den Stützarmen 20 angeordnet, wobei die äussersten Windungen jeweils in ihrer Stellung am Ende der Stützarme 20 dadurch gesichert sind, dass die Widerhaken 24 der Spannbänder 21 zur Aufnahme in den entsprechenden Einschnitten 23 an den Enden der Stützarme 20 angepasst sind.
    [0058] Die Spannbänder 21 sichern hier sowohl den erforderlichen Aussenradius der Rohrbündel als auch ihre genaue Anpassung an den Innendurchmesser des Mantelrohrs 10, wobei damit die erforderliche Abdichtung der Wendelstromkanäle sowie ihre konstante axiale Höhe am Umfang der Rohrbündel gesichert werden.
    [0059] Diese seitlichen Spannbänder 21 dienen ferner zur Aufnahme von Kräften, die eventuell auf die äussersten Rohrwindungen infolge einer axialen Bewegung des Mantelrohrs 10 in bezug auf die Rohrbündel, auf diese einwirken, insbesondere wenn das Mantelrohr zwecks Reinigung der Rohrbündel entfernt wird.
    [0060] Die in Fig. 6 und 7 gezeigte Anordnung der Spannbänder 20 ergibt keine bedeutende Verringerung des Durchflussquerschnitts der Wendelstromkanäle und der Aussenfläche der Wendelrohrbündel. Fig. 8 zeigt eine Ausführung mit Wendelrohrbündeln 1A, 1B, 1C, die beidseitig an doppelflanschigen Stützarmen 120 mit Querstegen 121 anliegen.
    [0061] In diesem Fall besteht jedes Spannband gemäss Fig. 8 aus einem flachen Längsband 122 und ist mit dem äussersten Steg des Stützarmes 120 durch geeignete Befestigungsmittel verbunden, z. B. nach innen ragende Sperrstifte, die in entsprechenden Öffnungen im äussersten Steg des doppelflanschigen Stützarms 120 einrasten, um als Schnappverschluss zu wirken.
    [0062] Die seitlichen Spannbänder können auch jede andere geeignete Form aufweisen, um die erfindungsgemässe Zusammenwirkung mit den Stützarmen zu erzielen.
    [0063] Die Ausführung gemäss Fig. 8 ist insbesondere für Anwendungen geeignet, die eine Ausführung des Wärmeaustauschers aus Kunststoff erfordern, um eine ausreichende Beständigkeit gegen korrosive Medien zu sichern.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit mindestens einem Wendelrohrbündel, das einen geschlossenen Wendelstromkanal zwischen einem Kernrohr und einem Mantelrohr um eine gemeinsame Längsachse bildet, wobei eine Mehrzahl von Wendelrohren in einer entsprechenden Wendelebene mit konstanter Ganghöhe um die gemeinsame Längsachse herum gewunden, lückenlos aneinandergereiht und in einem Wendelrohrbündel zusammengefasst sind, und wobei ein Primärfluid die Wendelrohre und ein Sekundärfluid den Wendelstromkanal im Gegenstrom durchfliessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelrohre an jedem Ende des Rohrbündels (1A, 1B) mit einer Anschlusskammer (5A, 5B; 6A, 63) ausgerüstet sind, die aus einer gelochten Anschlussplatte (16) mit einem abnehmbaren Deckel (17) zusammengesetzt und zwischen dem Kernrohr (9) und dem Mantelrohr (10) so angeordnet ist, dass die Enden der Wendelrohre ohne wesentliche Abweichung von der entsprechenden Wendelebene abwechselnd in entsprechenden versetzt angeordneten Bohrungen in der Anschlussplatte (16) aufgenommen werden und mit dieser fest verbunden sind, wobei der Deckel (17) an dieser Anschlussplatte (16) fest angebracht und so angeordnet ist, dass er die Anschlusskammer (5A-5D; 6A-6D) mit einem Primäreintritt (3) oder Primäraustritt (8) verbindet.
    2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatte (16) mit zwei Reihen von versetzt angeordneten Bohrungen versehen ist, die parallel zur entsprechenden Wendelebene in geringem Abstand an beiden Seiten derselben verlaufen, wobei die Enden der Wendelrohre abwechselnd an beiden Seiten der Wendelebene leicht abgebogen sind, anschliessend parallel zur Wendelebene verlaufen und abwechselnd an den entsprechenden Bohrungen der beiden Reihen angeschlossen sind.
    3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass flexible Wendelrohre an einer Mehrzahl von Stützarmen (20) frei anliegen, die mit dem Kernrohr (9) fest verbunden und in der entsprechenden Wendelebene um das Kernrohr (9) herum verteilt sind, so dass die Wendelrohre gegeneinander in unverrückbarer Lage abgestützt sind.
    4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die flexiblen Wendelrohre durch die Stützarme (20) in der entsprechenden Wendelebene abwechselnd in entgegengesetzten Axialrichtungen gekrümmt sind und abgestützt werden.
    5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (20) mit einer Verzahnung für die Aufnahme der Wendelrohre versehen sind.
    6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (20) zur Versteifung profiliert sind.
    7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (20) in bezug auf die gemeinsame Längsachse geneigt sind.
    8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (20) abwechselnd in entgegengestzt en Axialrichtungen geneigt sind.
    9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelrohre aus einem Kunststoff bestehen.
    10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskammern (5A, 5B; 6A, 6B) im wesentlichen aus einem Kunstoff bestehen, und dass die Enden der Wendelrohre in den entsprechenden Bohrungen der Anschlussplatte (16) durch eine Schmelzverbindung angeschlossen sind.
    11. Wärmeaustauscher nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Wärmeaustauscher um seine gemeinsame Längsachse herum drehbar gelagert und mit einem Antrieb verbunden ist, der so ausgebildet ist, dass er den Wärmeaustauscher in eine pendelnde Drehbewegung versetzen kann.
    12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (20) in verschiedenen Radialebenen verteilt sind und an ihrem freien Ende durch Spannbänder (21) in jeder Radialebene miteinander verbunden sind.
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    1988-02-25| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-04-20| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987905169 Country of ref document: EP |
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    1990-10-31| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987905169 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CH334886||1986-08-21||
    CH3348/86-3||1986-08-21||DE19873765930| DE3765930D1|1986-08-21|1987-08-21|Gegenstrom-waermeaustauscher mit wendelrohrbuendel.|
    AT87905169T| AT58012T|1986-08-21|1987-08-21|Gegenstrom-waermeaustauscher mit wendelrohrbuendel.|
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