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Wärmeaustauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, welcher insbesondere als Kondensator zu verwenden ist und den Vorteil hat, dass er bei gedrängter Bauweise grosse Wärmeübertragungsflächen aufweist.
Bei den bekannten Wärmeaustauschern, die als Kondensatoren dienen, ist eine Schlange aus zwei übereinandergeschobenen Rohren vorgesehen, bei welchen durch das innere Gas und zwischen dem inneren und dem äusseren Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet wird. Dieser Wärmeaustauscher hat den Nachteil, dass lediglich das gasführende Innenrohr an beiden Flächen zur Wärmeübertragung ausgenützt wird, wogegen die Aussenfläche des gasführenden Rohres entlang seiner ganzen Länge unausgenutzt bleibt.
Es ist auch ein als Rohrschlange ausgebildeter Wärmeaustauscher bekanntgeworden, bei welchem über jeden geraden Abschnitt der aufeinanderfolgenden Windungen der Schlange zwei an den Enden abgeschlossene Rohrteile aufgeschoben sind, welche um jeden Abschnitt der Rohrschlange zwei übereinanderliegende Kammern bilden, von denen die aussenliegende ebenso wie die Rohrschlange selbst Kühlflüssigkeit führt und die zwischen der aussenliegenden Kammer und der Rohrschlange liegende Kammer von dem zu kühlenden Medium durchströmt ist.
Dabei sind die Kammern des ersten Abschnittes der Rohrschlange am Ende des Flussweges mit dem gegenüberliegenden Ende der entsprechenden Kammer des zweiten Abschnittes und diese in gleicher Weise mit der Kammer des darauffolgenden Abschnittes usw. verbunden. Bei dieser Konstruktion sind zwei Kühlflüssigkeitsströme vorhanden, von denen einer die Rohrschlange und der andere die die einzelnen Abschnitte der Schlange umgebenden äusseren Kammern aufeinanderfolgend durchströmt. Das zu kühlende Medium durchfliesst hintereinander die inneren Kammern der Schlangenabschnitte.
Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, dass die fliessenden Medien in jedem Abschnitt des Wärmeaustauschers, also sowohl im Bereiche des grossen als auch des kleinen Wärmegefälles, gleichen Durchflussquerschnitten und gleich- grossen. Wärmetauschflächen begegnen und demzufolge auch gleiche Geschwindigkeit aufweisen werden, was einen verhältnismässig schlechten Wirkungsgrad ergibt.
Bei einem andern bekannten Wärmeaustauscher gleicher Bauart wie die zuvor beschriebene durchströmt die Kühlflüssigkeit zum Unterschied von der früheren Bauart die mittlere Kammer und die zu kühlende Flüssigkeit die äussere und innere Kammer. Es bestehen dabei die gleichen Nachteile wie bei der ersten Konstruktion.
Weiters ist ein Wärmeaustauscher bekanntgeworden, der aus drei oder mehreren übereinanderliegenden Rohren besteht, die in der Aufeinanderfolge abwechselnd von einem kühlenden und einem gekühlten Medium durchflossen werden, wobei an jedem Rohrende eine eigene Einlass- bzw. Auslassöffnung vorgesehen ist, die gegebenenfalls mit einer entsprechenden Öffnung einer zweiten Austauschstufe verbunden sein kann, welche ihrerseits aus einem eigenen System ineinandergeschobener Rohre besteht.
Bei dieser Konstruktion des Wärmeaustauschers sind zwei oder mehrere Ströme des einen und mindestens ein Strom des andern Mediums vorhanden, wobei ebenso wie bei den vorher beschriebenen Konstruktionen einem bestimmten Strom in jedem Querschnitt des Wärmeaustauschers der gleiche Durchflussquerschnitt und die gleiche Wärmetauschfläche gegenübersteht.
Schliesslich ist ein Wärmeaustauscher bekanntgeworden, welcher aus einem einzigen System ineinandergeschobener Rohre besteht, die abwechselnd von dem einen und dem andernMedium durchströmt werden. Das zu behandelnde Medium tritt dabei in die äussere Kammer, durchfliesst sie und tritt am Ende derselben in die übernächste, weiter innen liegende Kammer, welche sie in der entgegengesetzten Richtung durchströmt.
Am Ende dieser Kammer tritt das zu behandelnde Medium in eine dritte Kammer, die sie in gleicher Richtung wie die erste Kammer durchströmt.
Zwischen den von dem zu behandelnden Medium durchströmten Kammern liegen die Kammern für das Behandlungsmedium, von welchen jede an ihrem einen Ende eine von aussen kommende Eintrittsöffnung und an ihrem andern Ende eine nach aussen führende Austrittsöffnung aufweist. Abgesehen von dem komplizierten Aufbau dieses Wärmeaustauschers besteht bei der beschriebenen Bauart noch der Nachteil, dass das Behandlungsmedium nicht in genügend wirtschaftlicher Weise ausgenutzt wird.
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Um alle angeführten Nachteile zu beseitigen, wird ein Wärmeaustauscher mit mehreren ineinanderliegenden Rohren, die abwechselnd von Wärme abgebenden und Wärme aufnehmenden Medien durchströmt sind, vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäss die Rohrenden je zweier aufeinanderfolgender Stufen des Wärme abgebenden und des Wärme aufnehmenden Mediums miteinander verbunden sind, wobei jeweils das eine Ende eines durchströmten Rohres mit der aussen anschliessenden und das andere mit der nächsten innenliegenden Stufe verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass mit fortschreitendem Temperaturausgleich zwischen den aufeinander einwirkenden Medien, unter der Voraussetzung, dass sie den Wärmeaustauscher von innen nach aussen durchfliessen, immer grössere Wärmeaustauschflächen zu liegen kommen.
Die grösste Austauschfläche wird in diesem Falle dort sein, wo die übereinanderfliessenden Medien die geringste Temperaturdifferenz aufweisen, wodurch eine wirtschaftliche Ausnützung des Behandlungsmediums, d. h. ein weitgehender Wärmeaustausch ermöglicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nimmt der Durchflussquerschnitt der Rohre sowohl für das Wärme aufnehmende als auch für das Wärme abgebende Medium mit zunehmendem Rohrdurchmesser zu. Dies hat den Vorteil, dass mit fortschreitender Verminderung des Wärmeunterschiedes zwischen den beiden Medien und damit bedingtem langsamerem Wärmeübergang auch die Durchflussgeschwindigkeit der strömenden Medien herabgesetzt wird, wodurch sie genügend Zeit für den Wärmeautausch besitzen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers im Achsschnitt dargestellt ist.
Der dargestellte Wärmeaustauscher ist für einen Kondensator einer Kompressorkühlanlage bestimmt, welcher von Gas und Kühlwasser im Gegenstrom durchströmt wird. Er besteht aus einer Vielzahl, im vorliegenden Falle acht ineinanderliegenden Rohren 1, von welchem das innerste Gas und die darüberliegenden aufeinanderfolgend Kühlwasser und Gas im Gegenstrom führen. Die Rohre bestehen aus Kupfer, sie können aber auch aus jedem andern Material hergestellt sein. Das innerste Gasrohr ist an seinem Ende 2 mittels eines Umlenkrohres 3 mit dem Ende 4 des nächstliegenden Gasrohres verbunden, welches seinerseits an seinem andern Ende 5 über das Umlenkrohr 6 an das Ende 7 des weiter aussenliegenden Gasrohres angeschlossen ist. Diese Anschlüsse können je nach der Anzahl ineinandergeschobener Rohre beliebig fortgesetzt werden.
In analoger Weise werden auch die zwischen den Gasrohren liegenden Wasserrohre miteinander verbunden.
Die Rohre sind an ihren Enden umgebördelt und miteinander hart verlötet.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können vielmehr im Rahmen des Schutzbegehrens konstruktive Abänderungen verschiedenster Art vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher mit mehreren ineinanderliegenden Rohren, die abwechselnd von Wärme abgebenden und Wärme aufnehmenden Medien durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden je zweier aufeinanderfolgender Stufen des Wärme abgebenden und des Wärme aufnehmenden Mediums miteinander verbunden sind, wobei jeweils das eine Ende eines durchströmten Rohres mit der aussen anschliessenden und das andere mit der nächsten innenliegenden Stufe verbunden ist.