DE1401669A1

DE1401669A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer den Waermeaustausch zwischen zwei Medien an einem Waermeaustauscherrohr

Info

Publication number: DE1401669A1
Application number: DENDAT1401669
Authority: DE
Inventors: Jakob Wagner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1962-10-04
Publication date: 1968-10-17

Description

Verfahren und Vorrichtung für den Wärmeaustausch zwischen zwei Medien an einem Wärmeaustauscherrohr Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Wärmeaustausch zwischen zwei Medien an einem Wärmesustauscherrohr, wobei das eine oder auch beide am Wärmeaustausch beteiligten Medien eine Aggregatzustandsänderung erfahren können.
Es ist bekannt, für solche Wärmeaustauschverfahren Wärmeaustauscherrohre mit längsrippenartigen Anbauten zu verwenden. Diese bieten den am Wärmeaustausch beteiligten strömenden Medien einen hohen Durchflußwiderstand, der infolge der geringen hydraulischen Durchmesser der Strömungsquer- . schnitte entsteht. Beispielsweise ist der aus dem hydräulischem Durchmesser berechenbare Querschnitt eines innenberippten Rohres wesentlich geringer als der tatsächliche freie Querschnitt desselben.
Der genannte Nachteil macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn eines der am Wärmeaustausch beteiligten strömenden Medien eine Aggregatzustandsänderung.durchmacht und dabei Gemische aus Flüssigkeit und Dampf entstehen. Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil überwunden werden..
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß bei einem Wärmeaustausch zwischen zwei Medien an einem Wärmeaustauscherrohr mindestens das eine in der Längsrichtung des Wärmeaustauscherrohres in eine. ersten Strömungsquerschnitt strömende Medium auf die gesamte Länge des Wärmeaustauscherrohres verteilt senkrecht zur Rohrachse und tangential. zur Umrandung des Rohrquerschnitts im dünnem Spalt entlang der Rohrwand geführt und zu einem gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt abgeteilten zweiten Strömungsquerschnitt geleitet wird., Insbesondere bei der Aggregatzustandsänderung des einen oder auch beider am Wärmeaustausch beteiligten Medien ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens das eine in der Längsrichtung des Wärmeaustauscherrohres fließende Medium jeweils im flüssigen und im dampfförmigen Zustand in zwei voneinander abgeteilten Strömungsquerschnitten geführt und dasselbe Medium über die gesamte Länge des Wärmeaustauscher. rohres senkrecht zur Rohrachse und tangential.zur Umrandung des Rohrquerschnittes in dünnem Spalt entlang der Rohrwand von einem zum anderen Strömungsquerschnitt geleitet und dabei die Aggregatzustandsänderung herbeigeführt wird.
Durch die sofortige Trennung der Flüssigkeit vom Dampf während der Aggregatzustandsänderung können einerseits die vorhandenen wärmeaustauschenden Flächen gegenüber den bisher gebräuchlichen Längsrippenrohren besser ausgenutzt werden, während andererseits die infolge der sehr hohen Gesamtviskosität ungünstigen Dampfflüssigkeitsgemische, erst gar nicht entstehen.
Der obengenannte Erfindungsgedanke wird dadurch verwirklicht, daß in einem Wärmeaustauscherrohr mit längs-

rippenartigen Anbauten diese Anbauten aus einem zusammen-

/Teil

hängenden Formkörper bestehen, der mit einem der Rohrwand

einen ersten Strömungsquerschnitt umrandet und gegen einen zweiten Strömungsquerschnitt abteilt und mit einem anderen Teil der Rohrwand einen engen vors ersten zum zweiten Strömungsquerschnitt führenden Spalt j-ildet.
Der genannte Formkörper kann ein längs zweier Mantellinien seitlich offener langgestreckter Hohlzylinder oder Hohlkegel beliebiger Grundfläche sein, an-den sich längs der genannten Mantellinien langgestreckte dünne Flügel anschließen, wobei die Flügel und/oder der Hohlzylinder bzw. Hohlkegel zur Rohrwand parallele Flächen bildet. Wenn das zu verdampfende bzw. zu-kondensierende Medium im Inneren des Wärmeaustauscherrohres strömt, sozeichnet sich das Wärmeaustauscherrohr mit l.ängsrippenartigen Anbauten dadurch aus, daß die Anbauten im Querschnitt -- förmig ausgebildet sind, wobei die mittlere Schleife der Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand den ersten Strömungsquerschnitt umrandet und gegen den zweiten Strömungsquerschnitt abteilt, während der im Querschnitt die Linienzugenden des Buchstabens A bildende Teil der Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand einen engen von einem zum anderen Querschnitt führenden Spalt bildete Wenn andererseits das zu verdampfende bzw. kondensierende Medium an der Außenseite des Wärmeaustauscherrohres beispie7sveise in Doppelrohrwärmeaustauschern strömen soll, so zeichnet sich das Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten dadurch aus, daß diese Anbauten im Querschnitt zangenförmig ausgebildet sind, wobei die mittlere Schleife der im Querschnitt die Zangenform bildenden Anbauten

zusammeignit einem Teil der Rohrwand den ersten Querschnitt

umrandet und gegen den zweiten Querschnitt abteilt, während der im Querschnitt die Linienzugenden der Zangenform bildende Teil der Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand einen engen von einem zum anderen Querschnitt führenden Spalt bildet. Das Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitt karmÜber die Länge des Wärmeaustauscherrohres konstant bleiben. Dies hat den Vorteil", daß die Anbauten sehr einfach herzustellen sind.
Andererseits ergeben sich Vorteile in Bezug auf den Strömungswiderstand wenn das Größenverhältnis der genannter Strömungsquerschnitte sich längs des Wärmeaustauscherrohres verändert, beispielsweise mit der Veränderung des-flüssigen Anteils gegenüber dem gasförmigen Anteil des strömenden Mediums. Hierbei muß wieder unter Berücksichtigung der Herstellungskosten und des zu erwartenden Vorteils, in Bezug auf den Wärmeübertragungsvorgang und die Druckverluste entschieden werden, ob die Änderung des genannten Größenverhältnisses nach einer linearen, einer logarithmischen oder einer natürlichen Funktion erfolgen soll. Dazu ist die länge des WL:.rmeaustauscherrohres und die für die Wärmeübertragung notwendige Temperaturdifferenz zu beachten..
Das mittlere Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte für Dampf und Flüssigkeit kann so gewählt werden, daß der Durchflußwiderstand des Mediums im ersten Strömungsquerschnitt etwa gleich dem Durchflußwiderstand desselben Mediums bei verändertem Aggregatzustand im zweiten Strömungsquerschnitt ist. Einen geringeren Durchflußwiderstand für die Gesamtanordnung des Wärmeaustauscherrohres mit längsrippenartigen Anbauten erhält man jedoch, wenn das genannte mittlere Größenverhältnis zu dem spezifischen Gewicht und der kinematischen Zähigkeit des strömenden Mediums im Dampf und Flüssigkeitszustand in der Beziehung steht: mit: F = Flächengröße eines durch die Anbauten und das Rohr abgeteilten Strömungsquerschnittes ; Fd - für Dampf; Ff - für Flüssigkeit.
spezifisches Gewicht des strömenden Mediums d - im Dampfzustand; f - im Flüssigkeitszustand.
y = Kinematische Zähigkeit des strömenden Mediums; y d = im Dampfzustand; V f = im Flüssigkeitszustand.
Unter Berücksichtigung des hydraulisch wirksamen Umfangs der durch die .Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte für Dampf und Flüssigkeit erhält man die Beziehung: wobei U = Umfang eines durch die Anbauten und das Rohr abgeteilten Strömungsquerschnittes;. U d = für Dampf; Uf = für Flüssigkeit bedeutet.
Bei hoher Belastung des Wärmeaustauscherrohres verringert sich das optimale Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte für Dampf und Flüssigkeit insbesondere dann, wenn die Kennziffer von Reinolds für das strömende Medium größer als 100 000 wird. Schließlich können auch andere, hier nicht angeführte Größenverhältnisse beispielsweise zur Erzielung eines besonders guten Wärmeübergangs gewählt werden.
Ändert sich der Aggregatzustand des Mediums nicht, so ist ein mittleres Größenverhältnis von PdiFf.= 1 sowie eine lineare Änderung der Strömungsquerschnitte angebracht.
Auch die Breite des die durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte für Dampf und Flüssigkeit verbindenden Spaltes zwischen der Rohrwand und der Anbauten nimmt auf den Durchflußwiderstand des Wärmeaustauscherrohres Einfluß. Hier muß ein Ausgleich zwischen den Erfordernissen für geringen Durchflußwiderstand und guten Wärmeübergang geschaffen werden. Der gesamte Durchflußquerschnitt des Spaltes, welcher sich aus der doppelten Spaltbreite multipliziert mit der Zange des Wärmeaustauscherrohres errechnen läßt, kann in bestimmten Fällen etwa gleich groß wie der kleinere der durch die Anbauten gebildeten Strömungsquerschnitte sein. Dies entspricht der Formel: wobei s = Breite des Spaltes gemessen zwischen Rohrwand und Anbaute.
Fes- kleinerer Strömungsquerschnitt (für die Flüssigkeit) -1 = Länge des Wärmeaustauscherrohres bedeutet.
Insbesondere bei der Verdampfung des strömenden Mediums an der Rohrwand wird man aber oft eine kleinere Spaltbreite wählen; um einen besonders guten Wärmeübergang zu gewährleisten.
Die Anbauten bestehen vorzugsweise aus Blechstreifen in der Länge des Wärmeaustauscherrohres, welche durch Warm- oder Kaltbehandlung in die angegebene Form gebracht und infolge der eigenen Elastizität durch Klemmwirkeng mit oder ohne Abstandshalter mit dem Wärmeaustauscherrohr verbunden sind. Es können aber auch zusätzlich elastische Federelemente oder Stege zur Anwandung kommen, welche die Anbauten über Abstandshalter fest an die Rohrwand andrücken.. Die Bleche bestehen aus Kunststoff oder Ketall, wobei die Kunststoffe den Vorteil geringer Neigung zur Korrosion und die Metalle den Vorteil guter Wärmeleitung aufweisen.. Wenn ein Material zur Anwendung kommt, welches sich gegenüber dem strömenden Medium flüssigkeitsabweisend verhält, so kann eine unter Umständen auftretende Verschmutzung der WL@rmeaustauSCherrohre begrenzt werden. Zur Herstellung des Spaltes zwischen dem Wärmeaustauscherrohr und den Anbauten, sind in bestimmten Fällen Abstandshalter zweckmäßig. Im Allgemeinen reicht die Oberflächenrauhigkeit des Wärmeaustauscherrohres bzw. der Anbauten für die Spaltbildung bereits aus. In anderen Fällen kommen Kröpfungen, Warzen, Sicken oder ringförmige Kehlungen in den Anbauten oder im Rohr als Abstandshalter zur Anwendung. Eine weitere vorteilhafte AusgestaltÜng der Abstandshalter besteht darin, zwischen die Anbauten und das Wärmeaustauscherrohr aus Drähten oder anderen langgestreckten Rohprofilen gewundene Spiralen einzuschieben. Die Abstandshalter können wiederum aus beliebigen Materialien hergestellt sein, welche nicht durch das strömende Medium korrodiert werden. Jedoch ist zu beachten, daß in gewissen Fällen eine gute Wärmeübertragung durch die Abstandshalter wünschenswert ist, wobei die verwendeten Materialien hohe Wärmeübergangszahlen und eine Form aufweisen sollen, welche einen -guten Wärmekontakt garantiert. Weiterhin ist es möglich, die ,bauten so an der Rohrwand ohne Abstandshalter elastisch aufliegen zu lassen, daß sich das strömende Medium durch geringen 'überdruck den Durchfluß erzwingt und der Spalt sich selbstätig bildet.
Neben einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Rohr, den Abstandshaltern und den Anbauten können auch Zöt-, Schweiß- und Nietverbindungen verwendet werden, wobei die lösbare Verbindung die Reinigung verschmutzter Wärmeaustauscherrohre und die Reparaturen erleichtert, während die Schweiß-, höt- oder Nietverbindung dem besseren Wärmeübergang und der Stabilität dient. Es können-aber auch zusätzlich elastische Federelemente zur Anwendung kommen, welche die Anbauten fest an die Rohrwand andrücken.
Die Erfindung wird mit Hilfe von Ausführungsbeispielen entsprechend den Figuren 1 bis 13 näher erläutert. In den Figuren 1 bis 6, 9 und 10 sind Wärmeausiauscherrohre dargestellt, die an ihrer Innenseite die längsrippenartigen Anbauten tragen und in deren innerem Strömungsquerschnitt Flüssigkeit verdampft bzw. Dampf kondensiert wird.
In den Figuren 7, 8, 11, 12 und 13 sind Wärmeaustauscherrohre dargestellt, an deren Außenseite sich die Zängsrippenartigen Anbauten befinden und Flüssigkeit verdampft bzw. Dampf kondensiert wird. Die Figur 12 stellt insbesondere ein Konstruktionsbeispiel für die Herstellung eines Doppelrohrwärmeaustauschers aus Wärmeaustauscherrohren mit längsrippenartigen Anbauten dar.
Die Figuren 1 und 1a zeigen im Querschnitt und im Längsschnitt ein Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten, welches im wesentlichen aus einem einfachen Rohr 1, einer im Querschnitt 2 -förmigen Anbaute 2 und einer Drahtspirale 3, als Abstandshalter zwischen Anbaute und Rohrwand besteht. Die mittlere Schleife ¢ der Anbaute 2 umschließt mit einem Teil der Rohrwand einen kleineren Strömungsquerschnitt 5 und teilt diesen von einem größeren Strömungsquerschnitt 8 ab. Der kleinere Strömungsquerschnitt 5 ist über einen Spalt 6 und, einer Öffnung 7 mit dem größeren Strömungsquerschnitt 8 verbunden, wobei der Spalt 6 durch den im Querschnitt die Linienzugenden der P -Form bildenden Teil der Anbauten 2 einerseits,die Innenwand des Rohres 1 andererseits und die zwischen beiden liegende Drahtwendel. 3 als Abstandshalter gebildet ist.
Wenn nun die zu verdampfende Flüssigkeit durch den kleineren Strömungsquerschnitt 5 fließt, so gelangt sie auch infolge eines geringen Überdrucks in den.Spalt 6 und verdampft dort in dünner Schicht, sofern sich an der Rohr-

außenseite e n %edium beäindet.. Der so entstehende Dampf

strömt über die Öffnung 7 in den größeren Strömungsquerschnitt 8 und wird von dort am Rohrende abgezogen.
Gemäß der Darstellung in Figur 1a ist das Größen-. verhältnis der Strömungsquerschnitte 5 und 8 .über die ganze Rohrlänge konstant, weil die die Strömungsquerschnitte gegeneinander abteilende mittlere Schleife 4 der Anbaute 2 sich ebenfalls nicht längs des ganzen Wärmeaustauscherrohres in ihrem Querschnitt verändert.. Die Anbaute 2 kann aber auch so ausgebildet sein, daß durch Verjüngung der mittleren Schleife 4 sich der Strömungsquerschnitt 5 in der einen Richtung des Wärmeaustauscherrohres verkleinert und der Strömungsquerschnitt 8 dadurch größer wird. Die in Figa2 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig.1 dargestellten insbesondere durch die abweichende Form der Anbauten. Sie besteht im wesentliche aus einem Rohr 9 welches in seinem inneren die Anbaute 10 und eine Draht- oder Bandspirale 14 aus elastischem Material als Haltevorrichtung für die Anbaute 10 enthält.. Die Draht-oder Bandspirale 14 drückt die Anbaute 10 an die Rohrinnenwand und wird dabei ellipsenartig verformt. Zwischen der Anbaute 10 und der Innenwand des Rohres 9 können zur Aufrechterhaltung eines Spaltes 11 beliebige Abstandshaltervorrichtungen angebracht sein. Andererseits genügen in bestimmten Fällen die natürliche bei der Rohfertigung entstehende Oberflächenrauhigkeit der Rohrwand oder der Anbaute zur Aufrechterhaltung eines ausreichend breiten Spaltes. Diese Oberflächenrauhigkeit kann auch kiinst2ich erzeugt sein.

Die zu verdampfende-Flüssigkeit strömt durch den von der mittleren Schleife der Anbaute 10 fest umschlossener kleineren Strömungsquerschnitt 12 und dringt in den Spalt 11 dn@ Dort wird sie auf die ganze Rohroberfläche gleichmäßig verteilt und verdampft. Der Spalt 11 in Fig..2 bietet keinen so großen Durchflußwiderstand wie der Spalt 6 nach Fig.1. Die aus dem Spalt 11 unter Umständen noch austretende, nicht verdampfte Flüssigkeit fließt infolge von Adhäsion und Schwerkraft entlang der Rohrwand weiter nach unten, wobei sie sicher

in Dampf umgewandelt wird, sobald sie in Berühr ang mit der

Draht- oder Bandspirale 14 kommt. Diese Spirale dient nicht

allein als e? astsches "zlerien -tii:, zur Halterwrig der Anbaute 10,

sondern vergrößer± auch di.y wärmeübertragenden. Flächen in dem

vom Strömungsquerschrt t 1 2 abce trerx# ter. S trömungsquerschnitt

1,3a. Sofern die des das Rohr 9 umgebenden Heiz-

mediums hol-Ih genu@z ist # kari infolge sehr gt: te'@°- Wärmeüber-

# '[# #G#.nlry #.Jt#PS ..-# #.# Ch 11i1

tragung durch g durci,# n.#@....y. # 't :ir.#3. !'##'# 'ih. d- -#@5

Strömungsq:.zers^@.,. ,t 1 3 saranelnde Dampf @bery. t werden.,

Die .ä: Fig,5 gezeigtencri?x°ywg unterscheidet

sich von der in Fig.2 dargeete1".t.ten wiedr=am W.zisbesondere

durch die abweicr:ende Fonn der Antaute 1'ä i@@ ::aperen eines

Wärmeaustauschenden Rohres E5.. Die mzt.:@:e ch"eife der im

Quersc:u~@a t J@ -förmigen Anbaute 16 bildet -mit den im Quer-

schnitt die Linienzugendez-e darstellenden Teilen der Anbaute 16

einen ringförmigen Strömangsquerschnitt 17 und einen nahezu

runden Strömungsquerschnitt 18. Sofern die. Anbaute 16 aus

elastischem Material gefertigt ist, hält sie sich selbst

im Inneren des Rohres 15 durch Klemmung. Der den Strömungs-

querschnitt 17 mit dem Strömungsquerschnitt 18 verbindende

Spalt 20 entsteht durch Sicken oder Warzen 19, welche an die

die linienzugenden bildenden Teile der Anbaute 16 durch be-

liebige Formgebung angebracht wurden..

Vorteilhaft strömt ,die zu verdampfende Flüssigkeit

durch den Strömungsquerschnitt 17, dringt in den Spalt.20 ein

und wird dort verdampft. Der Dampf sammelt sich im Strömung-

querachnitt 1S, von wo er das Wärme::ustauscherrohr verläßtr

Ein besonderes Konstär:;ktioz:sbeispiel, für den

Einbau des in Fig.r gezeigter. Wärmeaustauscherrohres geben

die Figlaren 10 und iOa.

Dze in Fig. + gezeigte Anordnung enthäl e-in zu-

sätzlicho} Wä"meauc,'auscherrohr 2'6 beliebiger Bauart, ;j2lcliea

zur Dam,#:f trcL_iiur_g und zur Dampfiiberhitzung dienen kanY,

wenn in seine.: Inneren ein zusätzliches Heizmedium strm@,

Das Wä=re a?zs tauscherrohr mit längsrippenartigen Anbaute.--,i

gemäß d.er ",rfindung besteht Nabel in wesentlichen aus ü°-:

Rohr 2 1 Sand der der Anbaute 16 nach Fig..3 ähnlichen L#i L --

förmygen Anbaute 22 im Inneren deRohres. Die mittlere Sch- ei---

fe diese:- Anbaute 22 ist in der Ausführung nach Fig.4 nicht

wie die mittlere Schleife der Anbaute 16 in Fig.3 konzentrisch,

sondern exzentrisch gegenüber den im Querschnitt die D-jnien-

zugenden bildenden Teilen angeordnet. Diese,Anbaute 22 kann

durch Pressens Nieten oder Verschweißen verschiedener Teile

zusammengesetzt sein. Insbesondere die Art der Abstands-

halterung zwischen der Anbaute 22 und der Wand des Rohres 2't

zur Aufrechterhaltung des Spaltes 24 bleibt in der Dar-

stellung der Fig.4 völlig unberücksichtigt.

Strömt die zu verdampfende Flüssigkeit durch den

Strömungsquerschnitt 25, so dringt sie auch in den Spalt 24

ein und wird dort verdampft. Der Dampf sammelt sich in dem

von der mittleren Schleife umschlossenen Strömungsquerschnitt

26 und wird dort durch das im Wärmeaustauscherrohr 23 strömend Heizmedium überhitzt. Auch die aus dem Spalt 24 mitgerissenen Flüssigkeitsreste werden von dem in der mittleren Schüfe liegenden Wärmeaustauscherrohr verdampft.

In Fig.5 ist eine besonders einfache Ausführung des Erfindungsgedankens gezeigt. In das Rohr 27 ist hierbei eine längsrippenartige Anbaute 28 eingeschoben, deren mittlere Schleife 29 gleichzeitig zur Wärmeübertragung und als Spannelement zur Halterung der Anbaute im Rohr dient.
Soll beispielsweise flüssiges Ammoniak, welches durch den Strömungsquerschnitt 30 zufließt, bei einer Temperatur von 0o0 und einem Druck von 4,4 ata verdampft werden, so bildet sich der Dampf im Spalt 31 und sammelt sich in dem in zwei Teile geteilten Strömungsquerschnitt 32. Das mittlere Größenverhältnis der beiden Strömungsquerschnitte 32 und 30 liegt etwa bei 3,6 bis 4,0. Besonders vorteilhaft ist der Wert 3,8 für das Größenverhältnis der Strömungsquerschnitte. Die Breite b des durch die mittlere Schleife 29 gebildeten Strömungsquerschnittes 30 beträgt 5,9 mm, bei einem Innendruckmesser des Rohres 27 vor 35 mm.Nimmt man an, daß das Wö,rmeaustauscherrohr die hänge 1 = 3,5m hat, so ist die Breite des S2altes 31 etwa s = 0903 bis 0204 rnra.

- Würde im Wärmeaustauscherrohr nach Fig.5 Wasser bei einer Temperatur von 100o und einem Druck von 1 ata verdampft werden, so müßte das Größenverhältnis der Strömungsquerschnitte 6,81die Breite des durch die mittlere Schleife 29 gebildeten Stegs b = 3,4mm-und die Breite des Spaltes 3'1 etwa s = 0,017 mm betragen. Diese Werte garantieren in gewissen Grenzen einen minimalen Durchflußwiderstand für das Wärmeaustauscherrohr gemäß der Erfindung. Aber auch mit davon abweichenden Werten sind gute Erfolge zu erzielen. Insbesondere mit stetiger Änderung des Größenverhältnisses der Strömungsquerschnitte und damit durch stetige Änderung der oben angegebenen Werte längs des Wärmeaustauscherrohres lassen sich besonders günstige Strömungsverhältnisse und ein guter Wärmeübergang erzielen. Ob die stetige Änderung der Werte längs des Wärmeaustauscherrohres linear ,logarithmisch oder nach einem anderen Gesetz erfolgt, hängt im wesentlichen von der Temperaturdifferenz und anderen für den Wärmeübergang wichtigen Größen

ab. In diesen Fällen sind die angegebenen Zahlen Mittelwerte.

rohr

In Fig.6 ist ein Wärmeaustauscher-gemäß der Er-

Findung dargestellt, welches im wesentlichen aus-dem Rohr 33 und der Anbaute 34 besteht. Der Querschnitt der Anbaute 34 ist zylinder- bzw. kegelförmig mit runder Grundfläche. Die durch den Strömungsquerschnitt 35 strömende Flüssigkeit wird durch den Spalt 36 auf die gegenüberliegende Wand gesprüht, verteilt sich infolge der Adhäsion und Schwerkraft auf die Oberfläche des Rohres 33 und verdampft in den Strömungsquerschnitt 37 hinein. Die in Fig.7 gezeigte Anordnung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dar eine Anbaute 39 an der Außenseite

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@. v?:. R auzt s

Die.rcrdnü=Äg° nach Fig.8 unter scheifi.e t sich von der

in Fgb7 gezeigten Anordnung lediglich durch die etwas 4b-

Form der mittleren Schleife üe° Arnbaute 41. Hier

sied g.le..c.e Teile mit gleichen. Bezugsziffern gekennzeichnet.

Die Aus'äiärz:r_g nach FigfiB hat gegenüber der Ausführung nach

Figa7 den Vorteil, besonders einfacher Herstellung, Anderer-

seits aber hat sie den Nachteil besonders großer Dampfbildung

im Strömungsquerschnitt 42.

In der. Figuren 11 und 11a ist ein Beispiel für :.iie Anbaumöglichkeiten eines Wärmeaustauscherrohres nach Fig.7. oder Figo8 in die Rohrböden eines Nöhrenwärmeaustauschers gezeigt. Auch dort sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, wobei die mittlere Schleife 41 wiederum von den Ausführungsformen der Fig..7 und der Fig.8 abweicht.

in ".'ig..ist nochmals eiz:A A@zäführungsf orm der

a

Eriirdung geze_s t, wobei im inneren eines Rohres 45 dis; n

-fdrhlige Anbaute 46 durch einen e-ärmelei@`enden Stec 48 t-e-

hayte:r_ wIrda

In der 'zg.10a ist ein Beispiel für die E'inb:u--

mäg l@^rk.:ei t eines Wä.rmepaus tauscherrohres gemäß F@_g.. ._.... @@.. .

Rohr@c@@_._. 50 4''.a1 51 eines Rö>ären,wä:-meaus-Üauscheri-@ da.rg@.@:@

wobei. d.`2 Fig..10 nachmals die wesentlichen Umrisse de-.g

enthäl t . Gleiche Teile sind wiederum mi gleichea Bezugs-

ziffern gekennzeic;met. Die Rohrböden 50 und 51 schließe'

der, durch das Heizmedium gefüllten Raum von den Enden des

Wärmeaustauschers ab= bei denen einerseits die zu verdampyei:

Flüssigkeit zufließt und andererseits der Dampf abströmt..

dem durch den Rohrboden 50 abgeteilten Endes an dem [email protected]: @:. di:=

zu verdampfende Flüssigkeit zufließt ist das gesamte Rohr 15

durch einen Decke'. 52 abgeschlossen. Der Deckel 52 trägt eire

Öffnung 53, welche den Zugang zum Strömungsquerschnitt 17

freigibt. An dem durch den Rohrboden 51 des Röhrenwärmeaus-

tauschers abgeteilten Ende, an dem der Dampf abgezogen wir', ist das Rohr 15 durch den Deckel 54- verschlossen. Der Deckel 54 deckt den Strömungsquerschnitt 17 völlig ab und trägt lediglich eine Öffnung 55 durch die der im Strömungsquerschnitt 18 sich sammelnde Dampf abströmen kann.

In Fig.11a ist ein Konstruktionsbeispiel für den Einbau eines Wärmeaustauscherrohres nach Fig.7 oder Fig.8 in die Rohrböden 55 und 56 eines Röhrenwärmeaustauschers dargestellt. Den dazu gehörigen Querschnitt enthält die Figo11, die die wesentlichen Umrisse der Anordnungen nach Fig.7 und Fig.8 zeigt.. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugsziffern: gekennzeichnet. Das Heizmedium strömt hierbei von dem durch den Rohrboden 56 abgeteilten Ende des Höhrenwärmeaustauschers durch das Rohrinnere 43 zu dem durch den Rohrboden 55 abgeteilten Ende des Röhrenwärmeaustauschers. Die zu verdampfende Flüssigkeit fließt über den durch die Rohrböden 55 und 57 gebildeten Raum dem Strömungsquerschnitt 42 zu und wird in dem in Fig.11 und 11a nicht gezeigten Spalt 40 verdampft. Der Dampf verläßt den Spalt 40 über die Öffnung 44 und sammelt sich in dem durch die Rohrböden 57 und 56 gebildeten Raum.
Die Figuren 12 und 12a stellen einen Doppelrohrwärmeaustauscher dar, dessen Innenrohr ein Wärmeaustauscherrohr gemäß der Erfindung ist. Der Doppelrohrwärmeaustauscher besteht im wesentlichen aus dem Rohr 59, der Bandspirale 60 als Abstandshalter, der Anbaute 61 und dem Außenrohr 62. Dabei ist die Anbaute 61 mit der Bands,)irale 60 an verschiedenen Stellen verlötet oder verschweißt und die Bandspirale 60 mit dem Rohr 59 kraftschlüssig verbmnden. Im Innenquerschnitt 63 des Rohres 59 strömt das Heizmedium. Die dem Strömungsquerschnitt zugeführte zu verdampfende Flüssigkeit dringt in den durch das Rohr 59, die Bandspirale 60 und die Anbaute 61 gebildeten Spalle 66 ein und verteilt sich gleichmäßig über die Oberfläche des Rohres 59 auch dort wo die Anbaute 61 nicht mehr hinreicht: infolge von Adhäsion und Schwerkraft. An der Oberfläche des Rohres 59 verdampft dann die Flüssigkeit und sammelt sich in dem durch die mittlere Schleife 64 der Anbaute 61 vom Strömungsquerschnitt 65 abgeteilten Strömungsquerschnitt 67-: Die Bandspirale 60 leitet infolge großer Kontaktoberfläche die Wärme gut vom Rohr 59 zur Anbaute 61 die dabei abenfalls zur Wärmeübertragung an Flüssigkeit und Dampf beiträgt.
Das Wärmeaustauscherelement nach Fig.13 besteht aus zwei Rohren 68 und 69, welche von einer gemeinsamen zangenförmigen Anbaute 70 umgeben sind. In dem Strömungsquerschnitt 71 strömt die zu verdampfende Flüssigkeit, welche durch die Anbaute 70 über die Oberfläche beider Rohre 68 und 69 geleitet wird und dabei verdampft. In den Innenquerschnitten 72 und 73 der Rohre 68 und 69 strömt dabei das Heizmedium. Das Wärmeaustauscherelement nach Fig.13 mit mindestens 2 oder mehreren Wärmeaustauscherrohren und einer einzigen gemeinsamen zangenförmigen Anbaute findet insbesondere dann eine vorteilhafte Anwendung, wenn der Wärmeübergang vom Heizmedium zu der zu verdampfenden Flüssigkeit schlecht ist.
Bei den oben genannten Beispielen wird jeweils Flüssigkeit verdampft. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Wärmeaustauscherrohre zur Verdamafung von Flüssigkeit beschränkt, sondern kann ebensogut zur Kondensation von Dampf sinngemäß angewendet werden. Hierbei verilaufen die Vorgänge umgekehrt, wenn statt dem Heizmedium ein Kühlmedium zur Anwendung kommt. Auch ist eine Aggregatzustandsänderung nicht Voraussetzung.

Claims

Patentaris-priiche 1 . Verfahren filr den Wärmeaus -'L"c usch zwischen zwei Medien an eineüi @lärmeaustau,cherrohr, dadurch geI@ennzeichziet, daß das eine in der Längsrichtung des Wärnieaustauscherrohres in einem ersten Strömungsquerschnitt strömende Medium auf die gesandte Länge des Wärmeaustauscherrohres verteilt, senkrecht zur flohrach.se und tangential zur Umrandung des Rohrquerschnitts i n dizunem Spalt entlang der Hohr@@rand geführt und zu einem gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt abgeteilten zweiten Strömungsquerschnitt geleitet wird.
2. Verfahren für den Wärmeaustausch zwischen zwei Medien und für die Änderung des Aggregatzustandes eines Mediums an_ einem Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal.# mindestens das eine in der Längsrichtung des ,°Tärmeaustauscherrohres fließende Medium jeweils im flüssigen und im dampfförmigen Zustand in_ zwei voneinander abgeteilteriStrömungsquerschnitten geführt und dasselbe Medium über die gesamte Länge des Wärmeaustauscherrohres senkrecht zur Rohrachse und tangential zur Umrandung des Rohrquerschnitts in dünnem Spalt entlang der Rohrwand von einem zum anderen Strömungsquerschnitt geleitet und dabei die Aggregatzustandsänderung herbeigeführt wird.
3. Wärmeaustauscherrohr zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit längsrippenartigen Anbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die längsrippenartigen Anbauten aus einem zusammenhängenden Formkörper bestehen, der mit einem Teil der Rohrwand einen ersten Strömungsquerschnitt umrandet und gegen einen zweiten Strömungsquerschnitt abteilt und mit einem anderen Teil der Rohrwand einen engen vom ersten zum zweiten Strömungsquerschnitt führenden Spalt bildet. 4. Wärmeaustauscherrohre mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längsrippenartigen Anbauten im wesentlichen au^ einen, längs zweiexhantellinien seitlich offenen, langgestrechten Hohlzylinder beliebiger Grundfläche und aus an den Hohlzylinder längs der genannten anschließenden längsgestrechten dünnen Flügeln bestehen, wolei die 'lüget und/oder Hohlzylinder_ * zur hohrwand parallele Flicken bilden. 5. :lärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen nbauten nach i Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daI? die längsrippenartigen Anbauten im wesentlichen aus einem längs zweier Mantellinien seitlich offenen langgestrechten Hohlkegel beliebiger Grundfläche und aus an den Hohlkegel lnngs der Mantellinien anschließenden langgestreckten dünnen Zormkörpern bestehen, wobei die lormhörper und/oder der Hohlkegel zur Hohrwand parallele flicken bilden. 6. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3 bis -5, mit innenliegenden längsrippenartigen Anbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die längsrippenartigen Anbauten im Querschniti -förmig ausgebildet sind, wobei die mittlere Schleife der Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand den ersten Strömungsquerschnitt umrandet und gegen den zweiten Strömungsquerschnitt abteilt, während der im Querschnitt - die linienzugenden des Buchstabens 2 bildende Teil der Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand einen engen von einem zum anderen Querschnitt führenden Spalt bildet. 7. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3 bis 5, mit außenliegenden längsrippenartigen Anbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die längsrippenartigen Anbauten im Quer -schnitt zangenförmig ausgebildet sind, wobei die mittlere Schleife der im Querschnitt die Zangenform bildenden Anbauten zusammen mit einem Teil der Rohrwand den ersten Querschnitt umrandet und gegen den zweiten Querschnitt abteilt, während der im Querschnitt die Linienzugenden der Zangenform bildende Teil der Anbauten zusammen mit einem 'feil der Rohrwand einen engen von einem zum anderen Querschnitt führenden Spalt bildet. B. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die längsrippenartigen Anbauten elastisch ausgebildet sind und an der Rohrwand direkt elastisch anliegen.. 9. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rohrwand und den längsrippenartigen Anbauten Abstandskalter angeordnet sind. 10. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstands-» kalter Spiralen aus Bändern oder Drähten verwendet werden. 11. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandskalter Kröpfungen, Warzen, Sicken. oder Wellungen in den Anbauten oder in der Rohrwand angewendet werden. 12. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeaustauscherrohre mit besonders rauher Oberfläche verwendet werden, deren Oberflächenrauhigkeit für eine Spaltbildung zwischen Rohrwand und Anbauten ausreicht.. 13. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter mit den Anbauten und/oder mit der Rohrwand kraftschlüssig verbunden sind. 14. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartige?i Anbauten nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abständshalter mit den Abauten und/oder mit der Rohrwand durch Nieten, Schweißen oder Löten verbunden sind. 15. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter aus einem Metall oder Kunststoff bestehen. 16. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Anbauten gegenüber dem strömenden Medi-ia.m flüssigkeitsstoßend ist. 17. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in bekannter Weise aus Metall und die Anbauten aus Kunststoff bestehen. 18. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in bekannter Weise aus Kunststoff, beispielsweise aus-Graphit und die Anbauten aus Metall bestehen. 19. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und die Anbauten aus demselben Material. bestehen. 20. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3, 4 und 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet; daß das Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte über die Länge des Wärmeaustauscherrohres konstant bleibt. 21. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3, 5 und. 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte über die Länge des Wärmeaustauscherrohres verändert. 22. Wärmeaustauscherrohr mit längsri-)penartigen Anbauten nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Größen- verhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abge- teilten Strömungsquerschnitte sich lwngs des Wärmeaustau- scherrohres im Verhä-Ltnis List der @=nde_r:-izng des flüssigen Anteils @egen['aber dem@.@sf`@rr@rien@nteil des strömenden .;edi@z:@lä vcr-'ndert.

23. Wärzeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte sich längs des Wärmeaustauscherrohres linear verändert. 24. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten . nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte längs des Wärmeaustauscher. rohres nach einer logarithmischen Funktion und/oder einer natürlichen Funktion verärgert. 25.. Wärmeaustauscherrohr mit ldngsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Größenverhc.ltnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte unter Berücksichtigung der Werte für das spezifische Gewicht die kinematische Zähig_Leit und den hydraulisch wirksamen Umfang so gewählt wird, daß der Durchflußwiderstand des Mediums im ersten Strömungsquer2chnitt etwa gleich dem Durchflußaiderstand desselbej-, T-Iediuris gegebenenfalls bei verändertem Aggregat-Zustand i11: -;weiten StrUmunLisciu:erschnitt ist. 26. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 2¢, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Größenverhältnis der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte zu den dem strömenden Medium eigenen Stoffwerten des spezifischen Gewichts @' und der kinematischen Zähigkeit %kr-.und/oder zu dem Wert des hydraulischen wirksamen Umfangs U der Strömungsquerschnitte in der Beziehung steh-b wobei die Indizes d und f sich jeweils auf einen StrÖmungsquerschnitt und das darin fließende Medium beziehen, gegebenenfalls d auf Dampf und f auf Flüssigkeit.. 27. Wärmeaustauscherrohr mit längsrippenartigen Anbauten nach Anspruch 3 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Durchflußquerschnitt des, die durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten Strömungsquerschnitte, verbindenden Spaltes, welcher sich aus der Spaltbreite, a zwischen Anbaute und Rohrwand multipliziert mit der Länge des Wärmeaustauscherrohres errechnen läßt etwa gleich groß wie der kleinere der durch die Anbauten gegeneinander abgeteilten mittleren Strömungsquerschnitte ist. 28. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 7 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallel verlaufende Rohre von einer einzigen außenliegenden im Querschnitt zangenförmig ausgebildeten längsrippenartigen Anbaute umgeben sind, wobei der die Zangenform bildende Teil der Anbaute mindestens teilweise parallel zur Rohroberfläche beider Rohre verläuft.