DE2744263C3 - Röhrenwärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrenwärmeaustauscher gemäß Oberbegriff Ges Anspruchs 1.

Es sind Röhrenwärmeau^uscher bekannt (GB-PS 13 06 864 und GB-PS 3 08 715), be denen ein Medium durch die Rohre des Rohrbündels fließt und ein anderes Medium durch Umlenkplatten so um die Rohre geleitet wird, daß dieses immer wieder in eine Querströmung zum Rohrbündel kommt. Durch die Anzahl der Umlenkplatten wird die Anzahl der Querströmungen bestimmt. Am bekanntesten sind bei diesen Wärmeaustauschern Abschnitts- oder Ringschotten. Diese bekann ten Wärmeaustauscher haben den Nachteil, daß beim jeweiligen Umlenken des Mediums Längsströmungen und vor allem Schadräume entstehen, die den Wärmeaustausch negativ beeinflussen. Ferner muß für das dauernde Umlenken Energie aufgewendet werden, wodurch sich ein Druckverlust ergibt. Durch den beim Umlenken entstehenden Staudruck ergeben sich an den Rohrdurchfiihrungen sowie /wischen den Umlenkplaiten und dem Wärmcaustauschermantel sogenannte »by-passes«. wodurch der wärmetechnische Wirkungsgrad verschlechtert wird.

Es sind bereits Röhrenwärmeaustauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekanntge worden (DFPS 8 09 81b. CiBPS 2 48 712. CiB-PS 6 67 281 und US PS 9 48 835). Diese Wärmeaustauscher bestehen im wesentlichen aus vier (separaten) Teilen, einem rohrförmigen Mantel, einem Kern, einem auf den Kern aufgeschobenen spiralförmigen Leitblech und einem durch Bohrungen in dem Leitblech hindurchgeführten Rohrbündel* Die Bohrungen für die einzelnen Rohre müssen in den schräg verlaufenden Flächen des spiralförmigen Leitbleches vorgesehen Werden und pro Rohr in Axialrichlung miteinander fluchten. Die Herstellung ist daher, insbesondere wegen der notwendigen größeren Zahl von Windungen der Spirale, relativ aufwendig und kostspielig, was vor allem für Sonderanfertigungen zutrifft. Wenn Vorratsfertigung erfolgt, ist eine entsprechend große und kostspielige Lagerhaltung notwendig. Im Bereich des rohrförmigen Kerns dieser bekannten Wärmeaustauscher sind relativ große Schadräume vorhanden, in denen der Wärmeaustausch gering ist, was insbesondere bei Wärmeaustauschern geringeren Druchmessers und der dadurch bedingten geringeren Zahl von ringförmigen Kühlrohranordnungen der Fall ist. Hierdurch wird der wärmetechnische Wirkungsgrad verschlechtert.

Die US-PS 15 25 094 zeigt einen Wärmeaustauscher, bei dem Leitbieche von Rohren durchsetzt sind. Die Leitbleche sind in Form von feststehenden Propellerflügeln ausgebildet. Die Flügel sind entweder sämtlich an

v, Umfangsstangen oder an einem zentralen Rohr befestigt Ein Leitblech in Form einer durchgehenden Spirale ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar. Diese Druckschrift zeigt auch einzeln zusammensetzbare Leitblechelemente, die wie ein einzelner Propeller ausgebildet sind. Durch die vielen Unterbrechungen der Zwangsführung des die propellerflügelähnlichen Leitbleche umströmenden Mediums entstehen zwangsweise starke Verwirbelungen und Strömungsabrisse und damit ungünstige Strömungsverhältnisse und strö-

-'■; mungsmäßige Toträume. Hierdurch ist der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers schlecht. Die Herstellung der Propellerflügvi-Leitbleche oder Elemente ist technisch relativ aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht

in darin, einen Wärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß eine rationellere Fertigung und leichterer Zusammenbau, insbesondere auch für Sonderanfertigungen sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschers erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden also einzelne, einstückige Grundelemente geschaffen, die jeweils aus einem integrierten Kernrohr und spiralförmigem Leitblech bestehen. Diese Grundelemente sind für die verschiedensten Größen jeweils einheitlich und können zu größeren beliebigen Längen — je nach

·*■> Bedarf und Leistung — zusammengesetzt werden. Die Grundelemente können numehr durch die Integration von Kernrohr und Leitblech im Gußverfahren gleichzeitig mit den notwendigen Löchern für die Kühl- oder Hei/mittelrohre hergestellt werden. Aber auch das

<o nachträgliche Einarbeiten der Löcher gestaltet sich relativ einfach wegen der geringen Länge der (irundelemente und der angeformten spiralförmigen Leitbleche. Durch die Anwendbarkeit von Gußverfahren wird der Umfang der verwendbaren Materialien erheblich vergrößert. Vor allem können leichte Ciußmaterialten, wie Aluminium und Aluminiumverbindungen, zur Gewichtseinsparung vorteilhaft eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Herstellungsaufwand erheblich reduziert werden. Die

fio Lagerhaltung ist unproblematisch, weil nur noch einheitliche, zu größeren Einheiten auf einfache Art und Weise zusammensetzbare Grundelemenle bereitgehalten zu Werden brauchen. Sonderanfertigungen sind ohne zusätzlichen Aufwand möglich.

Durch die im Anspruch 2 angegebene vorteilhafte Weiterbildung der erfindtingsgemäßen Lösung, durch welche beispielsweise bei einer Spirale mit einer vollständigen Windung die Spiralehdflächen axial

miteinander fluchten, kann die Ausrichtung der Grundelemente wesentlich erleichtert bzw. überflüssig gemacht werden, da durch die beanspruchte Ausbildung, und zwar durch die gegenseitige Anlage der Spiralenden benachbarter Enden der Grundelemente, eine Fixierung in Umfangsrichtung erfolgt. Ferner wird hierdurch ein nachtloser Obergang von Spirale zu Spirale erzielt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung ist im Anspruch 7 gekennzeichnet. Hierdurch werden die Schadräume verkleinert und der Wärmeaustausch optimiert.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden. Es zeigt ^

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines aus integriertem, geschlossenem Kernrohr und spiralförmigem Leitblech bestehenden erfindungsgemäß ausgebildeten Grundelements für Wärmeaustauscher, wobei zusätzlich ein zweites Grundelement in Teildarstellung gezeigt ist zur Verdeutlichung de* Zusammenfügens zweier erfindungsgemäßer Grundelemente,

Fig. 2 eine perspektivische Detailansicht des in der F i g. 1 verdeckten linken Teiles des erfindungsgemäßen Grundelementesund -'5

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen vollständig montierten Wärmeaustauscher, bei dem mehrere erfindungsgemäße Grundelemente nach den F i g 1 und 2 verwendet sind.

Es sei Bezug genommen auf die F i g. 1 und 2. in denen J» jeweils gleiche Teile aus Vereinfachungsgründen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dies^ Figuren zeigen ein im wesentlichen geschlossenes hohlzylindrisches Kernrohr 2 mit einem mit dem Kernrohr integriert ausgebildeten Leitblech bzw. Ji Leitblechstück 4, das hier die Form einer Spirale mit einer Windung hat. Das Kernrohr und das Leitblechstück bilden so ein einstückiges Grundelement 3. Anstelle einer Spirale mit einer vollen Windung können auch Spirr'en mit nur einem Teil einer Windung am Grundelement vorgesehen sein, wobei jedoch die Länge des Kernrohres im wesentlichen stets der axialen Länge der Spirale bzw. des Leitblechstückes entspricht. Die Steigung der Spirale kann selbstverständlich den jeweiligen speziellen Anforderungen angepaßt werden.

Das Kernrohr 2 weist an seinen, einen Ende 6 einen stufenförmig erweiterten Innendurchmesser auf. so daß eine innere ringförmige Ausnehmung 8 und ein? innere Stufe 10 gebildet sind. Am anderen Ende 12 weist das Kernrohr 2 einen stufenförmig verringerten Außendurchmesser auf. so daß eine äußere ringförmige Ausnehmung 14 und eine äußere Stufe 16 gebildet sind. Der verringerte Außendurchmesser entspricht dem vergrößerten Innendurchmesser unrl die Tiefe der äußeren Stufe ist geringer als die Tiefe der inneren Stufe, wodurch die Grundclemente einwandfrei zusammensetzbar sind.

Das I.eitblechstück 4 ist — axial gesehen — mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Lochreihen versehen, deren Löcher 18, 20 versetzt zueinander bu angeordnet sind, um so ein möglichst dichtes Rohrbündel (nicht dargestellt) für das Kühlmittel zu erzielen Die Zahl dei Lochreihen sowie die Anordnung der Löcher ist beliebig variierbar. Die Spirale des Leitblechstückes ist an einem Ende 22 in etwa um die Dicke des Leitblechstückes über den Rand des Endes 6 des Kernstückes 2 hinaus verlängert und fluchtet am anderen Ende 24 in etwa mit der Stufe 16, so daß durch Verdrehen der Grundelemente 3 gegeneinander die Flächen der Spiralenden 22 und 24 benachbarter Grundelemente gegeneinander zur Anlage kommen und ein glatter Obergang von Spirale zu Spirale erzielbar ist. Außerdem erfolgt hierdurch eine umfangsmäßige Fixierung, so daß wegen der identischen Ausbildung der Grundelemente zum Durchstecken der nicht dargestellten Kühlmittelrohre automatisch eine Ausrichtung der Löcher 18,20 in Axialrichtung erfolgt

Bei Verwendung runder Löcher 18 und 20 und/oder einer versetzten Anordnung dieser entstehen Bereiche zwischen dem Kernrohr und den Löchern bzw den nicht dargestellten Rohren, die einen gewissen Schadraum darstellen, in dem der Wärmeaustausch geringer ist. LJm diesen Schadraum zu verkleinern, weist das Kernrohr 2 auf seiner Mantelfläche axial verlaufende Rippen 26 auf. die aus strömungstechnischen Gründen vorzugsweise — wie dargestellt — zylindrisch sind. Die Löcher können auch eine andere als runde Form haben.

Als Material für das Grundelement eignen sjch insbesondere sämtliche Materialien, die eine Herstellung im Gußverfahren gestatten. GuI geeignet ist Aluminiumguß wegen seines geringen Gewichtes.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die F ι g. 3. in der ein vollständiger Röhrenwärmeaustauscher 28 dargestellt ist. Der Wärmeaustauscher besteht aus einem Mantel 30, der beidseitig mit Rohrboden 36 und 38 versehen ist.

Der Mantel 30 weist einen Einlaßstutzen 40 und einen Auslaßstutzen 42 für das zu kühlende oder zu erwärmende Medium auf. Im Mantel sind zwischen den Stutzen 40 und 42 vier Grundelemente 44, 46,48, 50 aus je integriert ausgebildetem Kernrohr und ^piralfüimigem Leitblechstück 52 bzw. 54 angeordnet. Die Verbindungsstellen 56 zwischen den GriAndelementen sind gestrichelt eingezeichnet.

In den Leitblechstücken sind Löcher 58, 60 vorgesehen, durch die ein das Kernrohr 52 umgebendes Rohrbündel 62 gezogen ist. das in den Rohrboden 36 und 38 endet. Der Mantel 30 is' beidseitig mit Deckeln 64 und 66 versehen, wobei der Deckel 66 mit einem Einlaß- und Auslaßstutzen 68 bzw. 70 für das Kühl- oder Heizmittel versehen ist. Zwischen dem Deckel 66 und dem Rohrboden 38 ist eine zwei Kammern aufweisende Einlaßkammer 72 und zwischen dem Deckel 64 und dem Rohrboden 36 ist eine Umlenkkammer 74 angeordnet. Die Strömungsrichtung des Kühl- oder Heizmitiels ist durch die Pfeile in dem gestrichelten Linienzug 76 und die des zu kühlenden oder zu erwärmenden Mediums durch die Pfeile im strichpunktierten/durchgezogenen Linien/ug 78 anz

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Röhren wärmeaustauscher mit einem geschlossenen Kernrohr, um das ein spiralförmiges, mit axial ausgerichteten Bohrungen versehenes Leitblech für ein Strömungsmittel angeordnet ist, das von einem das zweite Strömungsmittel transportierenden Rohrbündel axial durchsetzt und von einem Mantelrohr umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (2) zusammen mit dem spiralförmigen Leitblech (4) aus mit dem Leitblech einstückig herstellbaren Teilrohren zusammengesetzt ist, deren Länge bis zu etwa der axialen Länge einer vollständigen Windung des Leibleches entspricht.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (22, 24) der Spirale oder Teilspirale der Leitblechstücke (4) in Radialebenen zu.- Kernrohrachse liegen und daß jeweils ein Ende Iz. S. 22) in axialer Richtung über das freie Ende des Kernrohrs (2), z. B. um eine der Dicke der Leitblechstücke (4) entsprechende Länge, vorsteht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrohre (2) außen angeformte axiale, die Leitblechstücke (4) durchsetzende Rippen (26) aufweisen.