Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern sowie mittels dieses Verfahrens hergestellter Wärmeaustauscher. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von -#Värmeau.i- tauschern für Wärmeaustauschmittel mit ver- sehiedenen Wärmeübergangszahlen und mit Wärmeaustausehelementen in der Form von Rohren, die zu einem Rohrbündel zusammen gehalten sind, sowie einen mittels des Ver fahrens hergestellten Wärmeaustauscher.
Bei der Herstellung von Wärmeaus tausehern, insbesondere für den Wärmeaus tausch zwischen Mitteln mit verschiedenen Wärmeübergangszahlen, das heisst a-Werten, ist es wünschenswert, die wärmeaufnehmende bzw. wärmeabgebende Fläche zu vergrössern, die von dem Mittel mit dem niedrigeren a- Wert bestrichen wird.
Es ist zu erwähnen, dass die a-Werte an sieh nicht als konstante Grössen, die für jedes in Frage kommende Mittel spezifisch sind, zu betrachten sind. Dieser Wert ist sogar für ein und dasselbe Mittel äusserst schwankend, da er eine Funktion von mehreren verschie denen Faktoren ist, nämlich dem Aggregat zustand, dem Temperaturbereich, dem Strö- niun-gsverhältnis (turbulente oder laminare Strömung, Linear- oder Querströmung) der Strömungsgeschwindigkeit, der Oberflächen beschaffenheit des Wärmeaustauschelementes,
der Viskosität usw. Dies führt mitunter bei gewissen Zuständen der Mittel dazu, dass ein Mittel mit normal höherem Tabellenwert als ein anderes Mittel statt dessen einen a-Wert aufweist, der erheblich niedriger ist. Es kann auch erwähnt werden, dass kondensierender Dampf einen a-Wert von etwa<B>10000</B> hat, während langsam strömendes Wasser einen a-Wert von etwa 500 hat, was zeigt, wie der a-Wert für ein und dasselbe Mittel bei ver schiedenen Aggregatzuständen schwanken kann.
Differenzen schwankender Grössenord nung können so sowohl für ein und dasselbe Mittel bei verschiedenen Aggregatzuständen als auch für zwei verschiedene Mittel unter gleichen oder verschiedenen Betriebsverhält nissen vorkommen.
Um zur Erreichung eines verbesserten Wärmeaustausches die Differenz zwischen den a-Werten möglichst zu kompensieren, können an den Wärmeaustausehfläehen oberflächenvergrössernde, zusätzliche Organe, wie Flansche, Bleche, Stäbchen usw. in einem bestimmten Verhältnis angebracht werden. Dabei tritt das Problem auf, wie diese Organe auf billigste Art und Weise befestigt und wie gleichzeitig ein guter Wärmekontakt zwi schen Wand und Organ, der kürzeste Über tragungsweg und das kleinstmögliche Hinder nis für die Strömung eines bestreichenden Mittels erhalten werden kann.
Eine Methode besteht im Anschweissen oder Anlöten der Organe an die Wände, was natürlich eine gute Wärmeübertragung an sich bietet, aber umständlich auszuführen ist und die Her stellungskosten erheblich erhöht. Der oben erwähnte Nachteil kann durch das Verfahren nach vorliegender Erfindung beseitigt werden, das sich dadurch kenn zeichnet, d.ass die Wände der Rohre mittels zwischen den Rohren gelegenen, wärme leitenden Drahtmaterials voneinander getrennt werden, und dass die Rohre gruppenweise da durch zusammengehalten werden, dass sie mittels Drahtmaterials umwickelt werden.
Durch die Erfindung wurde also eine Möglichkeit geschaffen, sowohl die Abmessun gen zu vermindern als auch sehr regelmässige und für die Strömung möglichst unbehinderte Strömungswege zu erhalten. Durch die Ver wendung von Drahtmaterial kann das Anbrin gen selbst derart vereinfacht werden, dass die Herstellungskosten im Verhältnis -a den früher bekannten Methoden erheblich redu ziert werden können.
In den beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von nach dem Verfah ren gemäss der Erfindung hergestellten Wärmeaustauschern veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher zur Verwendung als Öl kühler für Motoren oder dergleichen, Fig. 2 einen Grundriss von Fig.1. Fig.3 einen vergrösserten Schnitt durch das Rohrbündel nach der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen weiteren Wärmeaustauscher, der vorzugs weise als Wassererhitzer bestimmt ist,
Fig.5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4, Fig.6 einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach Fig. 4 in abgeänder ter Form, Fig.7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6, Fig.8 einen Grundriss eines Wäxmeaus- tauschers zur Verwendung als Kühler, zum Beispiel bei Kühlapparaten, Fig. 9 einen Grundriss von mehreren Küh lern,
die zu einem einzigen Aggregat Yusam- mengestellt und untereinander durch Leitun gen verbunden sind, Fig.10 das Kühleraggregat nach Fig.9 vom Ende her gesehen, Fig.11 ein Rohr mit daran anschliessen den, im voraus hergestellten, schraubenlinien- förmigen Drahtelementen, Fig.12 ein Rohrbündel, das von einem Drahtelement zusammengehalten ist, Fig. 13 ein Rohr, auf das das Draht element in mehreren Schichten gewickelt worden ist, Fig.14 ein Drahtelement, das mit auf gestanztem Rücken versehen ist.
In Fig.1-3 ist, ein nach dem im folgen den zu beschreibenden Verfahren hergestell ter Wärmeaustauscher gezeigt. 1 bezeichnet ein zentrales Rohr und 2 und 3 bezeichnen eine Anzahl Rohre, die in Kreisen mit ver schiedenen radialen Entfernungen relativ zur Achse des Rohres 1 angeordnet sind. Diese Rohre durchdringen mit ihren Enden die Platten 4 bzw. 5. Am einen Ende des Bündels ist eine Einlaufkammer 6 und am andern Ende eine Auslaufkammer 7 für ein durch das Rohrbündel strömendes Mittel angeord net.
Das Rohrbündel, ist ferner von einem zylinderförmigen Mantel 8 umgeben, der mit zwei Anschlussöffnungen 9 und 10 für das andere Mittel versehen ist, das den Mantel 8 in Berührung mit den äussern Mantelflächen der Rohre durchströmen soll, zum Zwecke des Wärmeaustausches durch die Wände der Rohre. Bei diesem Wärmeaustauscher kann je nach Wunsch das Gleichstrom- oder das Gegenstromprinzip für die Strömung ver wendet werden, wobei die Anschlüsse 9 und 10 je nach Wunsch Auslauf oder Einlauf sein können.
Um den Wärmeaustausch zwischen dem durch das Rohrbündel strömenden Mittel und dem durch den Mantel 8 um die Rohre strö- menden Mittel zu steigern, sind in; der hier zu beschreibenden Ausführung die verschiedenen Rohre 1, 2 und 3 mit oberflächenvergrössern den Organen versehen, die aus Drähten 11 mit guter Wärmeleit- und Wärmeaufnahme fähigkeit bestehen.
Bei der Herstellung eines Wärmeaus- , tauschers für Wärmeaustauschmittel mit verschiedenen Wärmeübergangszahlen nach Fig.1-3 wird mit einer Drehbank oder mit einer andern geeigneten Arbeitsmaschine zu erst ein Metalldraht 11 schraubenlinienförmig um das zentrale Rohr 1 gewunden. Um Mate rial zu sparen, wird dieser zentralen Draht schraube eine verhältnismässig grosse Steigung gegeben. Vor dem Aufwinden wird das eine Ende 12, zum Beispiel durch Schweissen, an dem Rohr 1 befestigt, wonach der Draht vor zugsweise mit solcher Zugspannung auf gewickelt wird, da.ss der Draht in innige Be rührung mit der Rohrwand gebracht wird.
Wenn das Rohr 1 fertig umwunden ist, wird das andere Ende 13 derart festgeschweisst, dass der Draht in seinem ganzen schrauben linienförmigen Verlauf nach den beschrie benen Massnahmen wenigstens einen Teil seiner dabei erhaltenen Zugspannung bei behält. Nachdem die erste Drahtlage ange bracht ist, wird auf dieser Lage ein Ring von weiteren Rühren 2 angeordnet (Fig.3), die ihrerseits mittels Drahtmaterials gegen die erste Lage gepresst werden, so dass die Rohre 2 mit dem Drahtmaterial, ,das in einem Viel eck die Rohre aussen umschlingt und mit dem Drahtmaterial um das Rohr 1 innig in Be rührung kommen.
Nachdem auch dies aus geführt ist, wird auf das Drahtmaterial um die Aussenrohre 2 noch ein Ring von Rohren 3 gelegt, die in gleicher Weise mit Draht um wunden werden. Der Draht dient somit in diesem Falle nicht nur zur Vergrösserung der effektiven wärmeübertragenden Fläche, Song Bern auch zum Festhalten der Rohre in ihrer Lage, das heisst in bestimmten Entfernungen voneinander und in innigem Wärmekontakt. Nach diesem Verfahren kann beliebig fort gefahren und damit ein Rohrbündel von be- 0 liebigem Umfang hergestellt werden.
Der Um tand, dass man Drahtmaterial verwendet, das in der angegebenen Weise aufgewunden wird, trägt zu einer Herabsetzung der Ge samtabmessungen des Wärmeaustausehers bei s und ermöglicht gleichzeitig ein Beibehalten, ja gegebenenfalls ein Vergrössern der wirk samen wärmeübertragenden Fläche im Ver gleich zu Konstruktionen mit Flanschblechen oder dergleichen. Wenn eine noch bessere Be rührung zwischen dem Drahtmaterial und den verschiedenen Rohren gewünscht wird, kann man nach dem Aufwinden der Drähte das ganze zusammengesetzte Rohrbündel in eine Schmelze aus Zinn oder dergleichen ein tauchen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, von Anfang an Rohr- und/oder Drahtmaterial zu verwenden, das vor dem Aufwinden mit einem überzug aus leichtflüssigem Metall, zum Beispiel Zinn, versehen worden ist, und nach dem Aufwinden der Drähte das ganze zusam mengesetzte Bündel. auf den Schmelzpunkt des leichtflüssigen Metalles zu erhitzen, wobei dieses Metall durch Kapillarwirkung even tuelle Risse selbst ausfüllt und im übrigen sogenannte Hohlkehle bildet, die an sich eine gute Wärmeübertragung ermöglichen. Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung des Kontaktes besteht darin, Metall aufzuspritzen.
Auch auf galvanischem Wege kann eine Kontaktschicht aus einem geeigneten Metall erhalten werden, was in einer Lösung durch natürliche oder erzwungene Ionenwanderung erfolgen kann.
Es kann auch zweckmässig sein, die Wärmeaustauschrohre an ihren Oberflächen im voraus mit Mitteln zur Erleichterung der Befestigung des Drahtmaterials zu versehen.
Was beim Wärmeaustauseher gemäss Fig. 1-3 hinsichtlich des Anbringens der wärmeleitenden Zwischenschicht, wie Zinn usw., gesagt worden ist, gilt auch für sämt liche, im folgenden beschriebenen Wärme austauschvorrichtungen.
In Fig. 4 und 5 ist eine im Vergleich zu dem in Fig.1-3 gezeigten Wärmeaustauscher etwas abgeänderte Form gezeigt. Diese Aus führungsform, die insbesondere als Wasser erhitzer verwendet werden soll, ist, was das Rohrbündel und das oberflächenvergrössernde Drahtmaterial anbelangt, in mit dem Wärme austauscher gemäss Fig. 1-3 äquivalenter Weise hergestellt.
Der Unterschied ist ledig lich konstruktiver Natur, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1-3 bezeichnet sind, während neu hin zugekommene Teile neue Bezugszeichen er- halten haben. Die Anschlüsse 9 und 10 dienen als Ein oder Auslass für Heisswasser, das im Mantel 8 die Rohre und das oberflächen vergrössernde Drahtmaterial umströmt.
Das Rohrbündel ist hinsichtlich der Strömung in zwei Hälften geteilt, so dass das Wasser, das in den Rohren selbst erhitzt werden soll, zum Beispiel durch einen Einlass 14, in eine mittels eines diametralen Blechs 15 zu einem halbkreisförmigen Sammelkasten 16 aus geformte Einlasskammer einströmt. Von die sem Sammelkasten strömt das Wasser zuerst durch die in dem obern Teil des Bündels ge legenen Rohre zu einem am anderen Ende be findlichen Sammelkasten 17, von dem es unter Änderung der Strömungsrichtung zu dem entgegengesetzten Ende durch die Rohre in dem untern Teil des Rohrbündels zurück strömt.
An dem letztgenannten Ernde strömt das Wasser schliesslich durch einen halb kreisförmigen Sammelkasten 18 und in erhitz tem Zustande aus einem Auslass 19. Die Länge des Strömungsweges durch den Wärmeaustauscher ist auf diese Weise auf einfache Art verdoppelt worden, wobei die Verzögerung zu einer Steigerung des Wärme- austausches beiträgt. Um die Wärmestrahlung von dem Wassererhitzer und damit unnötige Wärmeverluste möglichst zu vermindern, ixt ein weiterer Mantel 20 in den Mantel 8 ein geschoben und an den Enden dichtend am Mantel 8 befestigt.
Es ist zu erwähnen, da.ss das in Fig. 4 und 5 mit 1 bezeichnete Rohr eine im Vergleich mit. dem in Fig.1 und 2 grössere Abmessung hat, um eine grössere Verbreiterung des Rohrbündels zu bewirken, so dass, wenn erwünscht, die Anzahl Rohre irr den aussen liegenden Ringen erhöht werden kann. Es ist auch nicht notwendig, dass das Rohr 1 als Strömungskanal dient, sondern es kann geschlossen sein. Gemäss einer abge änderten Ausführungsform kann das Rohr<B>1 -</B> auch durch einen massiven Stab ersetzt. werden.
Beim Wärmeaustauscher nach Fig. 6 und 7, der in den wesentlichen Teilen mit dem Wärmeaustauscher nach Fig.1-5 überein stimmt und infolgedessen, so weit wie möglich, übereinstimmende Bezugszeichen erhalten hat, ist die Abänderung gemacht worden, dass das Rohr 1 an seinem einen Ende als Einlass stutzen 21 ausgebildet ist, wobei beispiels weise bei Heisswasserbereitung das zu er hitzende Wasser durch den Einlass 21 zuerst den Wärmeaustauscher im Rohr 1 durch strömt und zum Sammelkasten 17 gelangt,
von dem es in entgegengesetzter Richtung durch sämtliche Rohre des Bündels zu einem am entgegengesetzten Ende des Wärmeaius- tauschers gelegenen Sammelkarsten 22 strömt, von dem es durch den Auslassstutzen 23 zum Verbrauch entnommen wird.
Obwohl angegeben worden ist_, dass die in den Figuren gezeigten und soeben be schriebenen Ausführrngsformen für besondere Zwecke, beispie14sweise für die Kühlung von Öl oder für die Heisswasserbereitung, beson ders geeignet sind, lassen sieh die beschriebe nen Wärmeaustauseher auch für andere Zwecke verwenden.
In Fig. 8--10 wird eine weitere Ausfüh rungsform des Wä.rmeairsta-Lrschers verap- sehaulicht. Dieser Wä.rmeaustauscher kann insbesondere für Kühlzwecke verwendet wer den, und zwar als Kühlelement für Kühl schränke oder Kühlanlagen. Wie besonders aus Fig. 8 hervorgeht, sind die Rohre 1, 2, 3 usw.
gegenüber den früher beschriebenen Wärmeaustausehern in ihrer Zahl erheblich reduziert und im Querschnitt kreuzförmig an geordnet, wobei das Rohrbündel im Quer schnitt eine quadratische Form erhält. D < #is Kühlmittel soll durch sämtliche Rohre strömen. Bei der Herstellung eines W ärme- austaiusehers dieser Konstruktion verwendet. man zweekmässigerweise im voraus herge stellte, kreuzförmige Endbleche 24 oder der gleichen, die im voraus mit Löchern für die Rohre 1, 2, 3 usw. versehen worden sind.
Diese kreuzförmigen Organe dienen als Hal ter während des Umwickelns des Drahtes. Das Umwickeln mit Draht erfolgt im wesentlichen in derselben Weise wie oben beschrieben. So mit wird zuerst das .Rohr 1 mit jedem Ende in ein kreuzförmiges Organ 24 eingeführt und mit einer Anzahl von Drahtwindungen um- wickelt. Dann werden vier Rohre 2 mit den Enden in dasselbe Organ 24 eingeführt, um zusammen in gleicher Weise mit Draht um wickelt zu werden, usw. Die Organe 24 kön nen ferner als Sammelkasten ausgeführt wer den, so dass dieselben eine doppelte Aufgabe zu erfüllen haben.
Kühlelemente, die im wesentlichen gemäss Fig.8 ausgeführt sind, können in Gruppen angebracht werden, wie aus Fig.9 und 10 hervorgeht. Die im Querschnitt quadratische Form trägt dann dazu bei, die Abmessung des zusammengesetzten Aggregates gering zu hal ten.
Wie aus Fig. 9 und 10 weiter hervorgeht, sind die kreuzförmigen Sammelkasten 24 paarweise mittels Rohrkrümmer 25 aneina7i- der angeschlossen, so dass das Kühlmittel durch das ganze Aggregat einen im wesent lichen serpentinenförmigen Strömungsweg zu rücklegt, wie am besten aus Fig. 9 zu ersehen ist. Die prismatische Form jedes einzelnen Kühlelementes und das angegebene Verfahren das Zusammenbaues der Elemente ermög lichen eine schnelle und einfache Vergrösse rung oder Verkleinerung des Aggregates, wenn sich das als wünschenswert erweist.
Obwohl bei den beschriebenen Ausfüh- rungsbeispielen Drahtmaterial gezeigt wurde, das in Schraubenlinienform um die Wärme austausehelemente gewickelt worden ist, kön nen natürlich auch andere Anbringungs- methoden angewendet werden.
Ferner kann man im voraus Körper aus Drahtmaterial herstellen, die nachträglich auf einem Wärmeaustauschelement oder auf meh reren solchen gleichzeitig angebracht werden. In Fig.11 werden Körper 37 und 38 gezeigt, die schraubenlinienförmig im voraus so her gestellt sind, dass sie sich im Querschnitt zu sammendrücken bzw.
erweitern lassen, so dass das Drahtmaterial in ein Wärmeaustausch element 39, das zum Beispiel dem zentralen Rohr 1 in Fig.3 und 5 entsprechen kann, leicht eingeführt bzw. auf dasselbe aufge schoben werden kann, wobei der Draht in innige Berührung mit der Rohrwand gebracht wird.
In Fig.12 sind mehrere Elemente 40 mit tels einer Schraubenfeder 41 zusammengehal ten, die anfangs durch Zusammendrücken, zwecks Aufbringens erweitert worden ist. Nach dem Aufheben der Deformationskräfte auf die Feder 41 treten die Elemente 40 in guten gegenseitigen Kontakt untereinander so wie mit dem oberflächenvergrössernden Draht material.
Der Wärmeaustauscher kann im Quer- schnitt rund oder viereckig gemacht werden oder eine andere geeignete Querschnittsform erhalten. Auch kann der Wärmeaustauscher für separate Anwendung oder für Anwen dung in Kombination, beispielsweise mit einem Kessel, ausgeführt werden. Er kann auch in, der Form eines entfernbaren Ein satzes ausgeführt werden, zum Beispiel als Wassererhitzer, zur - Einbringung in einen Zentrallieizungskessel oder dergleichen.
Wenn es wünschenswert ist, die radiale Entfernung zwischen den Rohren noch zu ver grössern, kann dies gemäss Fig.13 geschehen, wo um ein Rohr 49 zuerst Windungen 50 ans Drahtmaterial mit verhältnismässig grosser Steigung angebracht sind, über die dann Drahtwindungen 51 mit etwas kleinerer Stei gung gewickelt sind. Es kann eine Lage nach der andern aufgewickelt werden, bis der ge wünschte Durchmesser erreicht ist. Gemäss derselben Figur kann ein Stift 52 als Be festigungspunkt für das eine Drahtende ain einen Rohrende dienen.
Der Draht kann am Ende einer Lage um einen andern Stift am andern Ende des Rohres 49 gebogen werden, wonach die nächste Lage aufgewickelt wird, ohne dass der Draht abgeschnitten zu werden braucht. Es können weiter Lötfolien oder Löt stränge gleichzeitig mit dem Draht um ein Rohr aufgewickelt werden und in einer nach folgenden Erhitzungsoperation zum Ein schmelzen in die Fugen zwischen dem Draht material und den Rohren gebracht werden.
Wenn man ferner wünscht, mit Draht von ver hältnismässig kleinem Querschnitt eine Vex- grösserung der Abstände zwischen den Draht lagen zu bewirken, kann man zum Beispiel gemäss Fig.14 auf geeignete Weise Rücken 53 aufstanzen, die gegen das Rohr oder gegen andere Drahtlagen anliegen können.
Das Drahtmaterial, das um die Wärme übertragungsrohre gewunden ist, kann auch einen stellenweise kleineren Querschnitt haben, so dass die zwischen diesen Stellen be findlichen Teile grösseren Querschnitts Ab standelemente bilden, damit Durchgänge Ei:. das Wärmeaustauschmittel zwischen diesen grösseren Teilen entstehen.
Process for the production of heat exchangers and heat exchangers produced using this process. The present invention relates to a method for producing - # Värmeau.i- exchangers for heat exchange media with different heat transfer coefficients and with heat exchange elements in the form of tubes that are held together to form a tube bundle, and a heat exchanger manufactured by means of the method.
In the manufacture of heat exchangers, especially for the heat exchange between agents with different heat transfer coefficients, that is, a-values, it is desirable to enlarge the heat-absorbing or heat-emitting area that is coated by the agent with the lower a-value.
It should be mentioned that the a-values should not be regarded as constant quantities that are specific for each agent in question. This value is extremely fluctuating even for the same mean, since it is a function of several different factors, namely the state of the unit, the temperature range, the flow ratio (turbulent or laminar flow, linear or cross flow) and the flow velocity , the surface properties of the heat exchange element,
the viscosity, etc. This sometimes leads, with certain states of the agents, to an agent with a normally higher table value than another agent instead having an a-value which is considerably lower. It can also be mentioned that condensing steam has an a-value of about <B> 10,000 </B>, while slowly flowing water has an a-value of about 500, which shows how the a-value for one and the same thing Means can fluctuate in different physical states.
Differences of fluctuating magnitude can occur both for one and the same agent in different aggregate states and for two different agents under the same or different operating conditions.
In order to compensate for the difference between the a values in order to achieve an improved heat exchange, additional organs such as flanges, metal sheets, rods etc. can be attached to the heat exchange surfaces in a certain ratio. The problem arises how these organs attached in the cheapest way and how at the same time good thermal contact between the wall and organ, the shortest transmission path and the smallest possible obstacle to the flow of a coating agent can be obtained.
One method consists in welding or soldering the organs to the walls, which of course offers good heat transfer itself, but is cumbersome to carry out and increases the production costs considerably. The above-mentioned disadvantage can be eliminated by the method according to the present invention, which is characterized in that the walls of the pipes are separated from one another by means of thermally conductive wire material located between the pipes, and that the pipes are held together in groups, that they are wrapped with wire material.
The invention thus created a possibility both to reduce the dimensions and to obtain very regular flow paths that are as unobstructed as possible for the flow. By using wire material, the attachment itself can be simplified in such a way that the manufacturing costs can be considerably reduced in relation to the previously known methods.
In the accompanying drawings, embodiments of heat exchangers produced according to the process Ren according to the invention are illustrated.
1 shows a longitudinal section through a heat exchanger for use as an oil cooler for engines or the like, FIG. 2 shows a plan view of FIG. 3 shows an enlarged section through the tube bundle along the line III-III in FIG. 1, FIG. 4 shows a longitudinal section through a further heat exchanger, which is preferably intended as a water heater,
FIG. 5 shows a cross section along the line VV in FIG. 4, FIG. 6 shows a longitudinal section through a heat exchanger according to FIG. 4 in altered form, FIG. 7 shows a cross section along the line VII-VII in FIG. 6, FIG a floor plan of a wax exchanger for use as a cooler, for example in cooling apparatus, FIG. 9 a floor plan of several coolers,
which are assembled into a single unit and connected to one another by lines, FIG. 10 the cooler unit according to FIG. 9 viewed from the end, FIG. 11 a pipe with the previously manufactured, helical wire elements connected to it, FIG .12 a tube bundle which is held together by a wire element, FIG. 13 a tube on which the wire element has been wound in several layers, FIG. 14 a wire element which is provided with a punched back.
In Fig.1-3, a heat exchanger produced by the following the method to be described is shown. 1 denotes a central tube and 2 and 3 denote a number of tubes which are arranged in circles with ver different radial distances relative to the axis of the tube 1. These tubes penetrate the plates 4 and 5 with their ends. At one end of the bundle there is an inlet chamber 6 and at the other end an outlet chamber 7 for a medium flowing through the tube bundle angeord net.
The tube bundle is also surrounded by a cylindrical jacket 8, which is provided with two connection openings 9 and 10 for the other means, which is to flow through the jacket 8 in contact with the outer jacket surfaces of the tubes, for the purpose of heat exchange through the walls of the tubes . In this heat exchanger, the cocurrent or the countercurrent principle for the flow can be used as desired, the connections 9 and 10 being the outlet or inlet as desired.
In order to increase the heat exchange between the medium flowing through the tube bundle and the medium flowing through the jacket 8 around the tubes, in; the execution to be described here, the various tubes 1, 2 and 3 provided with surface enlarging the organs, which consist of wires 11 with good thermal conductivity and heat absorption ability.
When producing a heat exchanger for heat exchange media with different heat transfer coefficients according to FIG. 1-3, a metal wire 11 is first wound helically around the central tube 1 using a lathe or some other suitable machine. In order to save material, this central wire screw is given a relatively large pitch. Before winding, one end 12 is fastened to the tube 1, for example by welding, after which the wire is wound, preferably with such tension that the wire is brought into intimate contact with the tube wall.
When the pipe 1 is completely wound around, the other end 13 is welded in such a way that the wire retains at least part of its tensile stress obtained in its entire helical linear course according to the measures described. After the first wire layer has been placed, a ring of further stirrers 2 is arranged on this layer (FIG. 3), which in turn are pressed against the first layer by means of wire material, so that the tubes 2 with the wire material, which are in a lot The corner wraps around the tubes on the outside and comes into intimate contact with the wire material around the tube 1.
After this has also been carried out, a ring of tubes 3 is placed on the wire material around the outer tubes 2, which are wound around with wire in the same way. In this case, the wire not only serves to increase the effective heat-transferring surface, Song Bern also serves to hold the pipes in place, i.e. at certain distances from one another and in close thermal contact. This process can be continued as desired and a tube bundle of any size can be produced.
The fact that wire material is used that is wound up in the specified manner contributes to a reduction in the overall dimensions of the heat exchanger and at the same time enables the effective heat-transferring surface to be maintained or possibly increased compared to constructions with flange plates or similar. If an even better contact between the wire material and the various tubes is desired, after winding up the wires, the entire composite tube bundle can be immersed in a melt of tin or the like.
It is within the scope of the invention to use pipe and / or wire material from the start that has been provided with a coating of liquid metal, for example tin, before winding, and after winding the wires, the whole bundle set together. to heat to the melting point of the liquid metal, this metal fills any cracks by capillary action and also forms so-called fillets, which in themselves allow good heat transfer. Another method of improving contact is to spray metal.
A contact layer made of a suitable metal can also be obtained by galvanic means, which can take place in a solution by natural or forced ion migration.
It can also be expedient to provide the heat exchange tubes on their surfaces in advance with means to facilitate the fastening of the wire material.
What has been said for the heat exchanger according to Fig. 1-3 with regard to the attachment of the thermally conductive intermediate layer, such as tin, etc., also applies to all Liche, heat exchange devices described below.
FIGS. 4 and 5 show a form which is somewhat modified in comparison with the heat exchanger shown in FIG. 1-3. This embodiment, which is to be used in particular as a water heater, is, as far as the tube bundle and the surface-enlarging wire material are concerned, produced in an equivalent manner to the heat exchanger according to FIGS. 1-3.
The difference is only of a constructive nature, which is why the same parts are denoted by the same reference symbols as in FIGS. 1-3, while newly added parts have been given new reference symbols. The connections 9 and 10 serve as an inlet or outlet for hot water which flows around the pipes and the surface-enlarging wire material in the jacket 8.
The tube bundle is divided into two halves with regard to the flow, so that the water that is to be heated in the tubes themselves flows, for example through an inlet 14, into an inlet chamber formed by means of a diametrical sheet 15 to form a semicircular collecting box 16. From this collecting tank, the water first flows through the pipes laid in the upper part of the bundle to a collecting tank 17 at the other end, from which it returns to the opposite end through the pipes in the lower part of the pipe bundle, changing the direction of flow flows.
At the last-mentioned end, the water finally flows through a semi-circular collecting tank 18 and, in the heated state, from an outlet 19. The length of the flow path through the heat exchanger has been doubled in a simple manner, the delay leading to an increase in the heat exchange contributes. In order to reduce the thermal radiation from the water heater and thus unnecessary heat losses as much as possible, a further jacket 20 is pushed into the jacket 8 and attached to the jacket 8 in a sealing manner.
It should be mentioned that the tube denoted by 1 in FIGS. 4 and 5 is a comparison with. which in Fig. 1 and 2 has larger dimensions in order to bring about a greater widening of the tube bundle, so that, if desired, the number of tubes in the outer rings can be increased. It is also not necessary that the pipe 1 serves as a flow channel, but it can be closed. According to a modified embodiment, the tube can also be replaced by a solid rod. will.
In the case of the heat exchanger according to FIGS. 6 and 7, the essential parts of which are identical to the heat exchanger according to FIGS. 1-5 and consequently, as far as possible, the same reference numerals have been given, the modification has been made that the tube 1 on its one end is designed as an inlet connector 21, for example, with hot water preparation the water to be heated through the inlet 21 first flows through the heat exchanger in the pipe 1 and arrives at the collecting tank 17,
from which it flows in the opposite direction through all the tubes of the bundle to a collecting box 22 located at the opposite end of the heat exchanger, from which it is removed through the outlet connection 23 for consumption.
Although it has been stated that the embodiments shown in the figures and just described are particularly suitable for special purposes, for example for cooling oil or for hot water preparation, the described heat exchangers can also be used for other purposes.
In Fig. 8-10, a further embodiment of the Warmeairsta-Lrschers is shown. This heat exchanger can in particular be used for cooling purposes, namely as a cooling element for refrigeration cabinets or cooling systems. As is particularly evident from Fig. 8, the tubes 1, 2, 3, etc.
compared to the heat exchangers described earlier in their number significantly reduced and arranged in cross-section in a cross-shaped manner, the tube bundle in cross-section being given a square shape. D <#is coolant should flow through all pipes. Used in the manufacture of a heat exchanger of this construction. one prepared in advance, cross-shaped end plates 24 or the like, which have been provided with holes for the tubes 1, 2, 3, etc. in advance.
These cruciform organs serve as holders while the wire is being wrapped. The wire wrapping is done in essentially the same manner as described above. The tube 1 is first inserted with each end into a cross-shaped member 24 and wrapped with a number of wire windings. Then four tubes 2 are inserted with the ends into the same organ 24 in order to be wound together in the same way with wire, etc. The organs 24 can also be designed as a collecting box, so that they have to fulfill a double task.
Cooling elements, which are designed essentially according to FIG. 8, can be attached in groups, as can be seen from FIGS. 9 and 10. The square shape in cross-section then helps to keep the dimensions of the assembled unit small.
As can also be seen from FIGS. 9 and 10, the cross-shaped collecting tanks 24 are connected in pairs by means of pipe bends 25, so that the coolant travels a substantially serpentine flow path through the entire unit, as can best be seen in FIG is. The prismatic shape of each individual cooling element and the specified method of assembling the elements allow a quick and easy enlargement or reduction of the unit, if that proves to be desirable.
Although wire material has been shown in the exemplary embodiments described that has been wound in helical form around the heat exchanger elements, other attachment methods can of course also be used.
Furthermore, you can produce in advance body made of wire material, which are subsequently attached to a heat exchange element or several such at the same time. In Figure 11, bodies 37 and 38 are shown, which are made helically in advance so that they squeeze or compress in cross section.
Let expand so that the wire material in a heat exchange element 39, which can correspond, for example, to the central tube 1 in FIGS. 3 and 5, can easily be introduced or pushed onto the same, the wire being brought into intimate contact with the tube wall becomes.
In Figure 12, several elements 40 are held together by means of a helical spring 41, which was initially expanded by pressing together for the purpose of applying. After the deformation forces on the spring 41 have been eliminated, the elements 40 come into good mutual contact with one another as well as with the surface-enlarging wire material.
The heat exchanger can be made round or square in cross-section or can be given some other suitable cross-sectional shape. The heat exchanger can also be designed for separate use or for use in combination, for example with a boiler. It can also be designed in the form of a removable insert, for example as a water heater, for - introduction into a central heating boiler or the like.
If it is desirable to increase the radial distance between the tubes still ver, this can be done according to FIG. 13, where first turns 50 are attached to the wire material with a relatively large pitch around a tube 49, over which then wire turns 51 with a slightly smaller pitch are wound. One layer at a time can be wound up until the desired diameter is reached. According to the same figure, a pin 52 can serve as a fastening point for one end of the wire ain a pipe end.
The wire at the end of a layer can be bent around another pin at the other end of the tube 49, after which the next layer is wound up without the wire having to be cut. It can further solder foils or strands of solder are wound around a tube at the same time with the wire and are brought into the joints between the wire material and the tubes in a subsequent heating operation for a melt.
If one also wishes to use wire with a relatively small cross-section to increase the spacing between the wire layers, for example, according to FIG. 14, back 53 can be punched out in a suitable manner, which can rest against the pipe or against other wire layers .
The wire material that is wound around the heat transfer tubes can also have a smaller cross-section in some places, so that the parts between these places with a larger cross-section form stand elements so that passages Ei :. the heat exchange medium between these larger parts arise.