DE102008038658A1

DE102008038658A1 - Rohrbündelwärmetauscher

Info

Publication number: DE102008038658A1
Application number: DE102008038658A
Authority: DE
Inventors: Volkhard Dr. Nobis
Original assignee: GEA Air Treatment GmbH
Current assignee: FlaektGroup Deutschland GmbH
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2010017853A1; WO2010017853A8

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmeaustauscher mit einer Vielzahl zueinander paralleler Rohre zum Übertragen thermischer Energie von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid, wobei die Rohre außen von dem ersten Fluid insbesondere Luft umströmt sind, und durch das Innere der Rohre das zweite Fluid insbesondere flüssige Medien strömen, wobei der Abstand der Rohre voneinander von der Eintrittsseite zur Austrittsseite des ersten Fluids veränderlich gewählt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmeaustauscher mit einer Vielzahl zueinander paralleler Rohre zum Übertragen thermischer Energie von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid, wobei die Rohre außen von dem ersten Fluid insbesondere Luft umströmt sind, und durch das Innere der Rohre das zweite Fluid insbesondere flüssige Medien wie z. B. Wasser strömen
Es ist bekannt, bei Rohrbündelwärmeaustauschern die zueinander parallelen Rohre in regelmäßigen Abständen anzuordnen, d. h. die Abstände der Rohrreihen voneinander sind von der Eintrittsseite des die Rohre außen umströmenden ersten Fluids bis zur Austrittsseite stets gleich groß und auch die Abstände der Rohre voneinander innerhalb der Rohrreihen sind bei allen Rohrreihen gleich groß. Eine solche gleichmäßige Anordnung der Rohre wird der Wirkungsweise eines Rohrbündelwärmeaustauschers nicht gerecht, da erstens das erste Fluid während des Durchströmens sowohl seine Temperatur als auch seinen Druck verändert und zweitens, die konvektive Übertragungsleistung (Wärmeübertragungskoeffizient) einer Rohrreihe eine Funktion ihrer Position in Bezug zu den anderen Rohrreihen ist, so dass eine weitere Optimierung des Energietransfers nicht erreicht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrbündelwärmeaustauscher der eingangs genannten Art bei einfacher Konstruktion so zu verbessern, dass die Anordnung der Rohre die Änderungen des die Rohre umströmenden Fluids berücksichtigt, während es den Wärmeaustauscher durchströmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Abstand der Rohre voneinander von der Eintrittsseite zur Austrittsseite des ersten Fluids veränderlich gewählt ist.
Durch die Wahl unterschiedlicher Abstände der Rohre voneinander über den Weg des ersten Fluids insbesondere der Luft von der Eintrittsseite des Wärmetauschers zur Austrittsseite wird berücksichtigt, dass sich sowohl die konvektive Energieübertragung als auch der Druck des ersten Fluids von der Eintrittsseite zur Austrittsseite verändert. Hierdurch ist es möglich, die Wärmeübertragung zu vergrößern und die Druckverluste zu verringern, so dass die Leistung des Wärmeaustauschers wesentlich verbessert wird. Damit wird die entscheidende Größe, nämlich das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand gesteigert. Und dies sowohl beim Einsatz eines Rohrbündelwärmeaustauschers zum Wärmen als auch zum Kühlen des ersten Fluids.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Abstände der zur Strömungsrichtung des ersten Fluids quer angeordneten Rohrreihen zueinander unveränderlich gewählt sind. Hierbei können die Abstände der zur Strömungsrichtung des ersten Fluids quer angeordneten Rohrreihen mit der zunehmenden Entfernung zur Eintrittsseite des ersten Fluids zunehmen oder abnehmen. Auch können hierdurch die Abstände der Rohre innerhalb einer Rohrreihe gleich sein.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Abstände der Rohre innerhalb einer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids quer angeordneten Rohrreihe veränderlich gewählt sind. Hierbei können die Abstände der Rohre innerhalb einer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids quer angeordneten Rohrreihe mit der zunehmenden Entfernung zur Eintrittsseite des ersten Fluids abweichen, insbesondere zunehmen. Auch können hierbei die Abstände der Rohrreihe voneinander gleich sein. Die Variation der Rohrabstände innerhalb einer Reihe ist vor allem dort interessant, wo durch das Ansammeln von Kondensat durch die Schwerkraft im unteren Teil des Wärmeaustauschers behindert wird. Größere Abstände in den lee befindlichen Rohrreichen können eine bessere Ableitung des Kondensats bewirken und damit Druckverlust und Leistungsfähigkeit positiv beeinflussen.
Auch ist durch Orientierung der Rohre einer Reihe zur nächsten Reihe Druckverlust, Kondensatableitung und der Wärmetransfer zu beeinflussen. Die Gestaltung von fluchtenden oder versetzten Systemen erhöht hierbei die Anzahl der Freiheitsgrade zur Optimierung eines Rippen rohrwärmeaustauschers. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Rohre außen Lamellen und/oder Rippen aufweisen insbesondere tragen, die von dem ersten Fluid insbesondere von Luft umströmt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch und in Ausschnitten dargestellt (ohne Darstellung von Lamellen oder Rippen) und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit Rohrreihen in unterschiedlichen Abständen,
2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit zueinander versetzt angeordneten Rohren innerhalb der Reihen,
3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel mit Rohrreihen in gleichen Abständen und unterschiedlichen Rohrabständen innerhalb der Rohrreihen.
Der Rohrbündelwärmeaustauscher (Rekuperator) W nach 1 weist mehrere Reihen 1 bis 4 von Rohren 5 auf, die an ihren beiden Enden über nicht dargestellte Rohrbögen miteinander verbunden sind, so dass alle Rohre eine gewünschte Anzahl an Leitungen, bzw. Kanäle bilden, durch den ein zweites Fluid 8 insbesondere Wasser, Wasser/Glykol, Öle, Dampf oder Kältemittel fließt, das eine hohe oder eine niedrige Temperatur aufweist, um ein die Rohre 5 außen umströmendes erstes Fluid insbesondere Luft zu erwärmen oder zu kühlen. Die Rohre 5 sind außen mit nicht dargestellten Rippen oder Lamellen versehen, um die wirksame Oberfläche der Rohre zu vergrößern.
In allen Ausführungsbeispielen sind die Rohre rechtwinklig zu dem an der Eintrittsseite 6 einströmenden ersten Fluid und in Reihen 1 bis 4 angeordnet. Hierbei befinden sich nach 1 in jeder Reihe gleich viele Rohre mit gleichen Abständen b. Die Abstände a, c, d der Reihen voneinander nimmt mit Abstand von der Eintrittsseite 6 zu.
Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von dem nach 1 nur dadurch, dass die Rohre 5 einer Reihe gegenüber den Rohren 5 einer benachbarten Reihe versetzt und damit auf Lücke angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 haben alle Rohrreihen denselben Abstand a voneinander und die Anzahl der Rohre 5 innerhalb einer Reihe nimmt mit Abstand von der Eintrittsseite 6 ab, so dass die Rohrabstände b1, b2, b3 und b4 größer werden.
In allen Ausführungsbeispielen kann das erste Fluid insbesondere Luft auch von der gegenüberliegenden Seite 9 eintreten, so dass die Seite 6 die Austrittsseite ist und der Wärmetauscher in umgekehrter Richtung durchströmt ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Rohre ist bei den unterschiedlichsten Bauformen von Rohrbündelwärmeaustauschern vorteilhaft anwendbar.

Claims

Rohrbündelwärmeaustauscher (W) mit einer Vielzahl zueinander paralleler Rohre (5) zum Übertragen thermischer Energie von einem ersten Fluid (7) auf ein zweites Fluid (8), wobei die Rohre außen von dem ersten Fluid (7) insbesondere Luft umströmt sind, und durch das Innere der Rohre (5) das zweite Fluid (8) insbesondere flüssige Medien strömen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a–d) der Rohre (5) voneinander von der Eintrittsseite (6) zur Austrittsseite (9) des ersten Fluids (7) veränderlich gewählt ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a, c, d) der zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (7) quer angeordneten Rohrreihen (1, 2, 3, 4) zueinander unveränderlich gewählt sind.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a, c, d) der zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (7) quer angeordneten Rohrreihen (1, 2, 3, 4) mit der zunehmenden Entfernung von der Eintrittsseite (6) des ersten Fluids (7) voneinander abweichen insbesondere zunehmen oder abnehmen.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (b) der Rohre (5) innerhalb einer Rohrreihe gleich sind.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (b1, b2, b3, b4) der Rohre (5) innerhalb einer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (7) quer angeordneten Rohrreihe veränderlich gewählt sind.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (b1, b2, b3, b4) der Rohre (5) innerhalb einer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (7) quer angeordneten Rohrreihe mit der zunehmenden Entfernung von der Eintrittsseite (6) des ersten Fluids voneinander abweichen insbesondere zunehmen oder abnehmen.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a) der Rohrreihe (1 bis 4) voneinander gleich sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) einer Rohrreihe zu den Rohren einer benachbarten Rohrreihe versetzt angeordnet sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) außen Lamellen und/oder Rippen aufweisen insbesondere tragen, die von dem ersten Fluid (7) insbesondere von Luft umströmt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabstände derart sind, dass neben thermodynamischen Gesichtspunkten das Spektrum der verbindenden Rohrbögen minimiert wird.