DE1096936B

DE1096936B - Waermeaustauscher mit einem Buendel achsparalleler Rohre und gewellten Ablenkblechen zwischen den Rohren

Info

Publication number: DE1096936B
Application number: DEH31675A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-11-23
Filing date: 1957-11-16
Publication date: 1961-01-12
Also published as: FR71727E; BE566453A; NL96136C; BE561506A; FR1161307A; US2998228A; GB887299A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher oder Wärmeabsorber, der Bündel von achsparallelen Rohren aufweist, die Wärme abgeben und außen von einem in Achsrichtung der Rohre fließenden Medium umspült werden, während gewellte Ablenkflächen außen zwischen den Rohren vorgesehen sind. Bei Wärmeabsorbern handelt es sich zum Unterschied zu Wärmeaustauschern um solche Anlagen, in denen von Wärme abgebenden Elementen Wärme von einem diese Elemente umgebenden Mittel aufgenommen werden soll. Ein solcher Wärmeabsorber ist beispielsweise bei einem Kernreaktor gegeben, wenn die Uranstäbe von einem die von ihnen erzeugte Wärme aufnehmenden Mittel umgeben sind.

Bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art sind zwischen den Rohren eines Rohrbündels mit den Rohren fest verbundene gewellte Ablenkflächen angeordnet, die bei einem bekannten Wärmeaustauscher entlang der Längenerstreckung des Rohres bereichsweise unterschiedlich gewellt sind. Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß die Ablenkflächen, da sie mit den Rohren fest oder einstückig verbunden sind, nicht ausgetauscht werden können und somit die Anlage nicht an andere Betriebsbedingungen angleichbar ist. Auch die einmal gewählte und danach unverändert beizubehaltende Wellung dieser Ablenkflächen ist nachträglich nicht mehr veränderbar, so daß eine Angleichung an ein anderes Gesetz der Wärmeabgabe nicht mehr möglich ist.

Die Erfindung bezweckt, einen Wärmeaustauscher oder Absorber zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet und an jeweils unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.

Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art aus und sieht vor, daß die Ablenkflächen aus halbstarren Blechbändern mit Wellungen hergestellt sind, deren Wellenlänge und bzw. oder Wellentiefe sich vom einen Bandende zum anderen kontinuierlich ändern, und daß diese Bänder zwischen den Rohren parallel zu deren Längsachse eingesetzt sind. Diese Blechbänder können bei geänderten Betriebsbedingungen jeweils gegen andere, mit anderen Wellungen versehene Ablenkflächen ausgetauscht werden, so daß die Bedingungen des Wärmeaustausches oder der Wärmeabsorption längs eines Rohres von dessen Eintrittsende zum Austrittsende bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen weitgehend konstant gehalten werden können oder längs eines Rohres einer beliebigen, vorschreibbaren Gesetzmäßigkeit folgen. Die Wellungen der Ablenkflächea erteilen dem zwischen den Rohren strömenden Medium infolge der Veränderung des örtlichen Durchtrittsquerschnitts Richtungs- und Druckänderungen. Diese Querschnittsänderungen können zwischen der Wärmeaustaus eher

mit einem Bündel achsparalleler Rohre

und gewellten Ablenkblechen

zwischen den Rohren

Anmelder:
Andre Huet, Paris

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 23. November und 27. November 1956

Andre Huet, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Ablenkfläche und der Oberfläche eines Wärmeaustauschrohres oder der Oberfläche von an diesem Rohr oder an einem benachbarten Rohr vorgesehenen Rippen entstehen.

Für den Fall, daß mindestens einige der Rohre des Rohrbündels mit Längsrippen versehen sind und jedes Rohr des Wärmeaustauschers aus mit ihren Enden zusammengesetzten Abschnitten aufgebaut ist, können zweckmäßig nur gewissen Rohrabschnitten Ablenkflächen zugeordnet sein, deren Wellung der an dem jeweiligen Abschnitt auszutauschenden Wärmemenge angepaßt ist. Durch diese Maßnahme wird eine noch weiter gehende Anpassung an die jeweils gewünschten Arbeitsbedingungen des Wärmeaustauschers oder Absorbers ermöglicht. Diese Ausbildung erweist sich auch deshalb als besonders vorteilhaft, weil Rohrabschnitte mit einer je Längeneinheit konstanten Wärmeaustauschfiäche, die gegebenenfalls Ablenkflächen mit gleichbleibender oder örtlich veränderlicher Wirkung aufweisen, wesentlich leichter her-

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gestellt werden können als.Rohre, die über die ganze Länge eine je Längeneinheit veränderliche Wärmeaustauschfläche darbieten. Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt * , ' .

Fig. 1 einen Teil eines Wärmeaustauschers in einem quer zu den Rohren geführten Schnitt, wobei zwischen den Rohren erfindungsgemäße Ablenkflächen angeordnet sind, -...'""^: '.^:.

Fig. 2 in perspektivischer-Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ablenkfläche,

Fig. 3 in einem Querschnitt ein kreisrundes Rohr mit vier außen am Rohr angeschweißten, gemäß der Erfindung ausgebildeten Ablenkflächen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil eines Wärmeaustauschers, der Rohre mit kreuzförmigem Querschnitt und gemäß Fig". 3 mit Ablenkflächen ausgestattete Rohre im kreisförmigen Querschnitt,

Fig. S eine andere Ausführungsform, eines aus Abschnitten aufgebauten Rohres mit längs des Rohres veränderlicher Wärmeaustauschfläche, dem nur an gewissen Abschnitten Ablenkflächen zugeordnet sind,

Fig. 6 bis 9 Querschnitte durch das in Fig. 5 dargestellte Rohr nach den Linien II-II, III-III, IV-IV bzw. V-V in Fig. 5.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher, bei welchem Rohre α. "mit kreuzförmigem Querschnitt abwechselnd mit Rohren b mit kreisförmigem Querschnitt gruppiert sind, ist beispielsweise zwischen jedem kreisförmigen Rohr b und der gegenüberliegenden Oberfläche eines benachbarten kreuzförmigen Rohres α eine gemäß der Erfindung ausgebildete Ablenkfläche c angeordnet. Diese Ablenkfläche c besteht aus einem halbstarren Blechband, das durch Pressen, wie Fig. 2 bei d zeigt, einen leicht einwärts gekrümmten Querschnitt erhalten hat und eine ähnliche Form wie sich selbst entrollende metallische Meßbänder, die im entrollten Zustand halbsteif sind.

Dieses Blechband c ist gemäß der Erfindung von einem Ende A bis zum anderen Ende B gewellt und weist hierbei eine Folge von Wellen auf, die am Ende A zunächst sehr kurz sind (e) und gegen das andere Ende B hin allmählich länger werden (J). Dies bewirkt, daß die Ablenkungen, die einem in Richtung des Pfeiles F von B nach A strömenden Medium erteilt werden, beim Anfang B nur schwach sind und bei der Annäherung gegen das Ende A in ihrer Frequenz und gegebenenfalls auch in ihrer Intensität zunehmen. Die Wirkung der Ablenkungen auf die Strömung des Mediums F wird daher von B gegen A hin stärker. Diese Ablenkungen haben eine Änderung der Wärmeaustauschbedingungen längs des Rohres zur Folge, die Form und Tiefe der Wellungen e, f kann jeweils so gewählt werden, daß der Wärmeaustausch längs des Rohres nach einer beliebigen, vorbestimmten Gesetzmäßigkeit erfolgt. Wenn z. B. die Rohre α und b Wärme abgebende Körper enthalten, kann die Intensität des Wärmeüberganges vom Rohr zum äußeren Medium F während dessen Strömung vom Eintritt B bis zum Austritt A derart gesteigert werden, daß die Aufnahme von Wärme aus dem Rohr trotz der zunehmenden Erwärmung des längs des Rohres strömenden Mediums F konstant bleibt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten'Anordnung der Ablenkflächen erfolgen die Ablenkungen auf das Medium in den Zwischenräumen zwischen der Oberfläche des Rohres b und der Oberfläche des Rohres α bzw. der Oberfläche von Rippen des Rohres a, wenn dieses Rohr gerippt, z. B. gemäß Fig. 1 mit vier hohlen Kreuzrippen ausgestattet ist..

Die Ablenkbleche c können in irgendeiner Weise an den die Rohre tragenden Platten befestigt oder durch an den Rohren abgestützte Abstandshalter in ihrer Lage gehaltert sein. Der Abstand zwischen den Ab-

. 5 lenkflächen und den Wänden der Rohre kann von einem zum anderen Ende des Wärmeaustauschers veränderlich sein. Die Ablenkflächen können auch nur in bestimmten Abschnitten des Wärmeaustauschers vorgesehen werden.

ίο Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein kreisrundes Rohr g längs vier seiner Erzeugenden mit gemäß Fig. 2 geformten Ablenkflächen h ausgestattet, die auf irgendeine Weise an der Oberfläche des Rohres befestigt sind. Da diese Ablenkflächen am Wärmeübergang nicht wesentlich beteiligt sind, sondern hauptsächlich die Strömung des äußeren Mediums F beeinflussen sollen, genügt es, wenn sie an den Scheiteln der Wellen e, f am Rohr g befestigt, z. B. angeschweißt werden.

Solche kreisrunden Rohre g können zum Aufbau . eines Wärmeaustauschers verwendet werden, bei dem die kreisrunden Rohre in der in Fig. 4 gezeigten Gruppierung abwechselnd mit Rohren i kreuzförmigen Querschnitts angeordnet sind. Es ist zu erkennen, daß durch die Ablenkbleche h die gewünschten Ablenkungen im äußeren Medium F erzeugt werden, das parallel zu den Rohrachsen zwischen den Rohren strömt.

Die Wellungen e, f der Ablenkfläche c können nicht nur in ihrer Wellenlänge, sondern auch in der Wellenhöhe veränderlich sein. Vorzugsweise wird statt einer symmetrischen eine unsymmetrische Wellung angewendet, d.h., jede einzelne Welle soll einen kürzeren, steil ansteigenden Ast aufweisen, auf den in der Strömungsrichtung des Mediums ein längerer und schwächer geneigter, absteigender Ast folgt.

Die Verwendung der Ablenkflächen c kann mit der Verwendung von Rohren kombiniert werden, deren Wärmeaustauschfläche in Richtung der Rohrlängsachse veränderlich ist. Die Fig. 5 zeigt eine solche Kombination. Das in ihr dargestellte Rohr eines Wärmeaustauschers oder Absorbers besteht aus vier axial aneinander anschließenden Rohrabschnitten k, 1, m, n. Die Wärmeaustauschfläche ist dabei jeweils über einen Abschnitt konstant, in den aufeinanderfolgenden Abschnitten jedoch verschieden, so daß das ganze Rohr, das außen von dem in Richtung des Pfeiles F strömenden Medium in Längsrichtung bespült wird, eine längs des Rohres veränderliche Wärmeaustauschfläche darbietet.

Der erste Rohrabschnitt k weist eine bestimmte Anzahl von Längsrippen 0 auf. Der folgende Rohrabschnitt / trägt doppelt soviel Rippen p. Am nächsten Rohrabschnitt m sind die Rippen q, wie aus den Fig. 5 und 8 ersichtlich ist, zusätzlich gewellt. Der letzte Rohrabschnitt η trägt schließlich gewellte Rippen r in noch größerer Anzahl.

Gemäß der Erfindung werden, vom Rohrabschnitt m an, zwischen den Wärmeaustauscherrohren Ablenkflächen c, C₁ angeordnet, die entweder eine konstante, C₁, oder eine veränderliche Wellung c aufweisen, um dem außen längs des Rohres strömenden Medium F Ablenkungen zu erteilen, welche den Wärmeaustausch längs der Abschnitte m und η des Rohres verändern.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können selbstverständlich im Rahmen der Erfindung in Einzelheiten noch abgewandelt werden. So können beispielsweise bei Rohren, die innen von einem Medium durchströmt werden, im Inneren dieser Rohre Ablenkflächen gemäß der Erfindung vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche-

1. Wärmeaustauscher mit einem Bündel achsparalleler Rohre, die Wärme abgeben und außen von einem in Achsrichtung der Rohre fließenden Medium umspült werden, während gewellte Ablenkflächen außen zwischen den Rohren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ablenkflächen aus halbstarren Blechbändern mit Wellungen hergestellt sind, deren Wellenlänge und bzw. oder Wellentiefe sich vom einen Bandende zum anderen kontinuierlich ändern, und daß diese Bänder zwischen den Rohren parallel zu deren Längsachse eingesetzt sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, in welchem jedes Rohr des Austauschers aus mit ihren Enden zusammengesetzten Abschnitten aufgebaut ist und Längsrippen in sich mit jedem Abschnitt ändernder Anzahl tragen, dadurch gekennzeichnet, daß nur gewissen Rohrabschnitten Ablenkflächen zugeordnet sind, deren Wellung der an dem jeweiligen Abschnitt auszutauschenden Wärmemenge angepaßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 845 053, 679 600,
624116;

britische Patentschrift Nr. 684 602.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen