DE2633271A1

DE2633271A1 - Spiral heat exchanger in plastic - made from plastic sheets with spacer between coiled round core

Info

Publication number: DE2633271A1
Application number: DE19762633271
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Becker
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1978-01-26

Abstract

Spiral heat exchanger has a coil formed from plastic sheet spaced from each other to form two flow passages. The sheets are mounted in layers but displaced from each other and joined together as a unit. Inserts act as spacers. the bands are mounted in a pressure vessel which can also be plastic. Used as a heat exchanger e.g. in air separation esp. as a regenerator where corrosive fluids are involved. A plastic construction can have good heat transfer, good corrosition resistance and low wt.

Description

Wärmetauscher Heat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Wärmetausoher in Spiralbauart mit einem Wickel aus in Abstand zueinander angeordneten Bändern, die zwischen sich Jeweils Strömungskanäle bilden.The invention relates to a heat exchanger in a spiral type with a Wrap of spaced apart ribbons, each between them Form flow channels.

Derartige Wärmetauscher werden zur Ubertragung von Wärme in den verschiedensten technischen Anlagen, z.B. Gaszerlegungsanlagen oder Kraftwerkstnlagen, eingesetzt. Sie sind fast ausschließlich aus Metall hergestellt. Bei bestimmten wärme tauschenden Fluiden ist die Korrosionsneigung inbesondere in Wärmetauschern aus Metall Jedoch unzulässig hoch. Es ist deshalb bekannt, anstelle von Wärmetauschern aus Metall, solche aus Glas oder Porzellan zu verwenden. Wärmetauscher aus Glas oder Porzellan sind jedoch in der Herstellung sehr teuer. Sie haben darüber hinaus ein ungewöhnlich hohes Gewicht und ihre Wärmeübertragungs eigenschaften sind wegen der nisdrigen Wärmeleitzahlen und der erforderlichen hohen Wandstärken unbefriedigend. Such heat exchangers are used to transfer heat in a wide variety of ways technical systems, e.g. gas separation plants or power plants. They are made almost entirely of metal. At certain heat exchangers Fluids, however, have a tendency to corrode, especially in heat exchangers made of metal impermissibly high. It is therefore known that instead of metal heat exchangers, to use those made of glass or porcelain. Glass heat exchangers or However, porcelain is very expensive to manufacture. You also have one unusually heavy weight and its heat transfer properties are due to the nisdrigen thermal conductivity and the required high wall thickness unsatisfactory.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der innerhalb weiter Grenzen für den Wärmetausch zwischen Fluiden geeignet ist, von denen mindestens eines eine hohe Korrosionsneigung besitzt und der kostengünstige herstellbar ist. The invention is therefore based on the object of a heat exchanger to create, which is suitable within wide limits for the heat exchange between fluids is, of which at least one has a high tendency to corrode and the inexpensive one can be produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ender mindestens teilweise aus Kunststoffolien bestehen. According to the invention, this object is achieved in that the ender consist at least partially of plastic films.

Ein erfindungsgemäßer WErmetauscher ist in einfacher Weise, beispielsweise durch Verkleben der einzelnen Bänder sowie der gegebenenfalls vorhandenen Zwischenlagen, und mit relativ geringem Gewicht herstellbar. Die Bänder können zum Ausgleich ibrer vergleichsweise niedrigen Wärmeleitzahl mit geringer Wandstärke versehen sein, da sie infolge der Spiral bauart in kleinen Abständen abgestütz werden können. Die niedrige Wärmeleitzahl des Kunststoffe bewirkt eine geringe Tomperaturdirforenz in den Grenzbereichen zwischen der Oberfläche eines bandes und dem vorbeiströmenden wärmetauschenden Fluid. Dies und die mit einer glatten Oberfläche herstellbaren Bänder aus Kunststoffolien behindern die Bildung und Ablagerung fester Krusten oder Polymerisate. Haben sich dennoch Ablagerungen festgesetzt, können diese wegen ihrer geringen Haftung an der Oberfläche der Bänder leicht entfernt werden. A heat exchanger according to the invention is simple, for example by gluing the individual tapes and any intermediate layers that may be present, and can be produced with a relatively low weight. The bands can be used to compensate be provided with a comparatively low coefficient of thermal conductivity with a small wall thickness, since they can be supported at small intervals due to the spiral design. the The plastic's low coefficient of thermal conductivity results in a low temperature directivity in the border areas between the surface of a strip and the one flowing past heat exchanging fluid. This and those that can be produced with a smooth surface Tapes made of plastic films hinder the formation and deposition of solid crusts or polymers. If deposits have settled in spite of this, they can be due to their poor adhesion on the surface of the tapes can be easily removed.

Besondere Vorteile bietet ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher bei der Verwendung als Regenerator. Die niedrige Wärmeleitzahl der Bänder aus Kunststoffolien läßt den Kälteverlust durch Wärmeleitung in der Ebene der Bänder, z.B. längs der Wärmetauscherachse, gegen Null streben. Durch diesen Effekt wird der im Verhältnis zu Wärmetauschern aus Metall schlechtere Wärmetransport durch die Wand eines Bandes mehr wie ausgeglichen. A heat exchanger according to the invention offers particular advantages use as a regenerator. The low coefficient of thermal conductivity of the tapes made of plastic films allows the loss of cold through heat conduction in the plane of the belts, e.g. along the Heat exchanger axis, strive towards zero. This effect makes the in proportion to heat exchangers made of metal, poorer heat transport through the wall of a belt more like balanced.

Außerdem muß bei einem Wärmetauscher, der als Regenerator eingesetzt ist, die zu speichernde Wärme die Wand eines Bandes nur teilweise und auch nicht über die ganze Wanddicke durohdringen. Der geringe Wärmetransport in der Ebene der Bänder, z.B. längs Wärmetauscherachse, erlaubt es, die Wärmetauscher sehr kurz und damit verhältnismäßig leicht zu bauen.In addition, it must be used as a regenerator in a heat exchanger is, the heat to be stored only partially and also not the wall of a belt penetrate the entire wall thickness. The low heat transport in the plane of the Ribbons, e.g. along the axis of the heat exchanger, allow the heat exchanger to be very short and thus relatively easy to build.

Daduroh können fur die wärmetauschenden Fluid kleine Druekabfälle erzielt werden.This means that small pressure drops can occur for the heat-exchanging fluid be achieved.

Die Bänder können in nahezu beliebigen Abmessungen hergestellt werden, wenn die Kunststoffolien lagenweise und versetzt zueinander angeordnet sowie miteinander verbunden, z.B. verklebt oder verschweißt, sind. The tapes can be produced in almost any dimensions, when the plastic films are arranged in layers and offset from one another and with one another connected, e.g. glued or welded.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn in oder zwischen den Kunststoffolien Einlagen angeordnet sind. Als Einlagen können beispielsweise Schnitzel oder Matten aus Glasfasern oder Metallen dienen. Glasfaserverstärkte Bänder haben eine mit Bändern aus Aluminiumlegierungen oder Stählen vergleiahbare hohe Festigkeit. Wärmetauscher mit solchen Bändern sind auch in tiefen Temperaturbereichen einsetzbar. It proves to be particularly advantageous if in or between the plastic films inserts are arranged. As deposits, for example Schnitzel or mats made of fiberglass or metals are used. Glass fiber reinforced tapes have a high that can be compared with strips made of aluminum alloys or steels Strength. Heat exchangers with such bands are also in low temperature ranges applicable.

Für den Wärmetausch zwischen Fluiden, von denen mindestens eines einen hohen Druck aufweist, ist es besonders günstig, wenn die Bänder in einem Druakmantel angeordnet sind. For heat exchange between fluids, at least one of which has a high pressure, it is particularly advantageous if the bands in a pressure coat are arranged.

Dieser Druckmantel kann erfindungsgemäß ebenfalls aus Kunststoff bestehen. According to the invention, this pressure jacket can also be made of plastic exist.

An den in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert: Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaßen Wärmetauschers und Figur 2 einen erfindungsgemäßen Aufbau eines Bandes. Based on the exemplary embodiments shown schematically in the drawings The invention is explained in more detail below: FIG. 1 shows a perspective Representation of a heat exchanger according to the invention and FIG. 2 one according to the invention Building a band.

Der in perspektivischer Darstellung gezeigte Wärmerauscher 1 ist an seiner Vorderseite aufgebrochen. Um das Kernrohr 2 sind Bänder 3, 4 gelegt, die die Strömungskanäle 5, 6 erzeugen. Der Abstand der beiden Bänder 3 und 4 kann durch beliebige Mittel fixiert sein, z.B. durch Wellung der Bänder, durch aufgelegte Rippen oder Noppen oder dadurch, daß zwischen den Bändern 3, 4 4 und bei der innersten Wicklung auch zwischen Band 3 und dem Kernrohr 2 Zwisohenlagen 7 angeordnet sind. The heat exchanger 1 shown in perspective is broken open at its front. To the core tube 2 tapes 3, 4 are placed, the generate the flow channels 5, 6. The distance between the two bands 3 and 4 can be through any Means to be fixed, e.g. by corrugation of the bands, by applied ribs or Knobs or by the fact that between the bands 3, 4, 4 and at the innermost winding 2 intermediate layers 7 are also arranged between the band 3 and the core tube.

Die Zwischenlagen 7 können aus jedem geeigneten Material, z.B.The intermediate layers 7 can be made of any suitable material, e.g.

ebenfalls aus Kunststoff, bestehen. Den Wickel aus den Bändern 3, 4 umgibt an seinar äußeren Zylindermantelfläche eine Manschette 8. Ein zusätzlicher Druckmantel 9 umhUllt in Abstand den Wickel. Dadurch entsteht zwischen Manschette 8 und Druckmantel 9 ein Ringraum 10, der als Druckraum und/oder Strömungskanal dienen kann. Über oeffnung 11 kann ein Fluid in den Ringraum eingebracht werden. Dieses Fluid ist mit Vorteil das am Wärmetausch beteiligte Fluid mit dem höheren Druck. Die Strömungsrichtung des Fluids im Ringraum 10 kann der Strönning des oder der Fluide innerhalb des Wickels gleich oder .ntgegengesetzt gerichtet sein. Infolge der Spiralbauart des Wärmetauschers ist es möglich, die Bänder in kleinen Abständen abzustützen. Deshalb kann die Wanddicke der Bänder gering gewählt werden.also made of plastic. The winding from the ribbons 3, 4 surrounds a sleeve 8 on its outer cylinder jacket surface. An additional one Pressure jacket 9 envelops the winding at a distance. This creates between cuff 8 and pressure jacket 9 an annular space 10, which serve as a pressure space and / or flow channel can. A fluid can be introduced into the annular space via opening 11. This Fluid is advantageously the fluid that is involved in the heat exchange and has the higher pressure. The direction of flow of the fluid in the annular space 10 can be the flow of the or the Fluids within the coil must be directed in the same or opposite manner. As a result The spiral design of the heat exchanger makes it possible to place the ribbons at small intervals to support. Therefore, the wall thickness of the strips can be chosen to be small.

Die Führung der Strömung der wärmetauschenden Fluide ist nahezu beliebig wählbar. Die Fluide können beispielsweise so geführt werden, daß sie den Wickel in Achsrichtung oder in radialer Richtung durchströmen. Nach der Art der Führung der Strömung richtet Sich die Anordnung von Vorköpfen oder der Zu-und AbfUhrunge leitungen. The flow of the heat-exchanging fluids can be guided in almost any way selectable. The fluids can, for example, be guided in such a way that they remove the roll Flow through in the axial direction or in the radial direction. According to the type of leadership the flow is directed by the arrangement of front heads or the inlet and outlet cables.

Sowohl die Manschette 8 als auch der Druckmantel 9 können aus Kunststoff oder einem anderen Material, beispielsweise Metall, bestehen. Ein Druckmantel aus Kunststoff ist mit Vorteil durch Einlagen verstärkt. Die Bänder 3, 4 und die Zwischenlagen 7 können miteinander verklebt sein. Die Abdichtung der Strömungakanäle 5, 6 untereinander kann ebenfalls durch Verkleben erfolgen. Both the cuff 8 and the pressure jacket 9 can be made of plastic or another material such as metal. A pressure coat off Plastic is advantageously reinforced with inserts. The bands 3, 4 and the intermediate layers 7 can be glued together. The sealing of the flow channels 5, 6 with one another can also be done by gluing.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eignet sich insbesondere zur Verwendung als Regenerator. Der Wickel kann dabei aus einem oder mehreren, parallel angeordneten Bändern erstellt sein. Häufig reicht ein einziges, mit Abstand aufgewickeltes Band bereits aus. Das Kernrohr 2 des als Regenerator eingesetzten erfindungsgemäßen Wärmetauschere 1 kann entfallen. A heat exchanger according to the invention is particularly suitable for Use as a regenerator. The winding can consist of one or more, parallel arranged bands. Often a single one, coiled up at a distance, is sufficient Tape already out. The core tube 2 of the invention used as a regenerator Heat exchanger 1 can be omitted.

Andernfalls kann es ebenso wie die Bänder aus gegebenenfalls durch Einlagen verstärktem Kunststoff bestehen. Die niedrige Wärmeleitzahl der Bänder und gegebenenfalls des Kernrohrs aus Kunststoff läßt den Kälteverlust durch Wärmeleitung in der Ebene der Bänder,z.B. längs der Wärmetauscherachse,gegen Null streben.Otherwise it can go through as well as the tapes if necessary Inserts are made of reinforced plastic. The low coefficient of thermal conductivity of the tapes and optionally the core tube made of plastic prevents the loss of cold through heat conduction in the plane of the bands, e.g. along the heat exchanger axis, strive towards zero.

Daduroh wird im vorliegenden Fall die vergleichsweise niedrige Wär-leitung senkrecht durch die Bänder mehr wie ausgeglichen.In the present case, Daduroh is the comparatively low heat conduction perpendicular by the ligaments more like balanced.

Außerdem muß bei einem Regenerator die zu speicherende Wärme die Bänder nur teilweise in senkrechter Richtung durchdringen.In addition, the heat to be stored in a regenerator must be the bands penetrate only partially in the vertical direction.

Der geringe Wärmetransport in der Ebene der Bänder, insbesondere längs der Wärmetauscherachse, erlaubt es, den Wärmetauscher sehr kurz und damit verhältnismäßig leicht zu bauen. Dadurch können für die wärmetauschenden Fluide kleine Druckabfälle erzielt werden.The low heat transport in the plane of the belts, especially lengthways the heat exchanger axis, allows the heat exchanger very short and therefore relatively easy to build. This allows for the heat exchangers Fluids small pressure drops can be achieved.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Aurbau eines Bandes 12 gezeigt. Dieses besteht beispielsweise aus zwei Lagen von Kunststofrolien 13. Innerhalb einer jeden Lage sind die Kunststoffolien versetzt zueinander angeordnet. Eine zwischen den Lagen eingefügte Matte 14, z.B. aus Glasfaser, verstärkt das Band 12. Durch das Einfügen von Einlagen aus Metall kann die Wärmeleitfähigkeit eines Bandes erhöht werden. Die Kunststoffolien können beispielsweise aus Epoxydharz oder Polyester bestehen und miteinander verschweißt oder verklebt sein. In FIG. 2, a construction of a belt 12 according to the invention is shown. This consists, for example, of two layers of plastic rolls 13. Within one In each layer, the plastic films are arranged offset to one another. One between Mat 14 inserted into the layers, e.g. inserting metal inserts can increase the thermal conductivity of a tape will. The plastic films can be made of epoxy resin or polyester, for example exist and be welded or glued together.

Kunststoffe besitzen niedrige Wärmeleitzahlen und können zu Kunststoffolien mit äußerst glatter Oberfläche verarbeitet werden. Im Grenzbereich zwischen der Oberfläche einer Kunststoffolie und dem vorbeiströmenden wärmetauschenden Fluid herrschen daher nur geringe Temperaturdifferenzen. Dies und die glatten Oberflächen der Kunststoffolien behindern die Bildung und Ablagerung fester Krusten oder Polymerisate. Gegebenenfalls festgesetzte Ablagerungen können wegen ihrer geringen Haftung an der Oberfläche der Kunststoffolien leicht entfernt werden. Die Reinigung kann mittels Durchblasen von (JUen oder Durchleiten von Flüssigkeiten erfolgen. Bei säure- und/oder laugenbeständingen Kunststoffen können entsprechende Reinigungsmittel verwendet werden. Plastics have a low coefficient of thermal conductivity and can become plastic films can be processed with an extremely smooth surface. In the border area between the Surface of a plastic film and the heat-exchanging fluid flowing past there are therefore only small temperature differences. This and the smooth surfaces of the plastic films prevent the formation and deposition of solid crusts or polymers. Possibly established deposits can because of their low adhesion to the surface of the plastic film can be easily removed. The cleaning can be done by means of Blowing through (JUen or passing liquids through. In the case of acidic and / or Alkali-resistant plastics can be used with appropriate cleaning agents will.

Claims

Claims 1. Heat exchanger in spiral design with a winding from bonders arranged at a distance from one another, the flow channels between them form, characterized in that the bands (3, 4, 12) at least partially Plastic films (13) exist.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Plastic films (13) arranged in layers and offset from one another and with one another are connected.

3. Heat exchanger according to claim 1 eder 2, characterized in that in or between the plastic films (13) inserts (14) are arranged.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the bands (3, 4, 12) are arranged in a pressure jacket (9).

5. Heat exchanger according to Anspruoh 4, characterized in that the Pressure jacket (9) consists of plastic.