DE19826121C2 - Wärmetauscher für die Wetterkühlung im Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung von Arbeitsbereiche des Berg- und Tunnelbaus durchziehenden Wettern, bestehend aus einer Anordnung von von einem Kälteträger durchströmten, parallel zueinander in Strömungsrichtung der Wetter angeordneten Wärmetauscherrohren, wobei dem Wärmetauscher jeweils ein Anschluß zur Einleitung des Kälteträgers und zur Ableitung des Kälteträgers nach dem Durchfluß durch die Wärmetauscherrohre zugeordnet ist und das langgestreckte Paket von Wärmetauscherrohren von einem dieses einfassenden Gehäuse umschlossen ist.

Ein Wärmetauscher der vorgenannten Art ergibt sich aus der DE 44 20 622 A1; in dieser Druckschrift ist eine Kühleinheit mit einem Kühlteil und einem Ventilatorteil beschrieben, wobei der den Kühlteil bildende Wärmetauscher aus einem rechteckigen Gehäuse besteht, in welchem ein Paket von parallel zueinander in Strömungsrichtung der Wetter verlaufenden Wärmetauscherrohren angeordnet ist.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei rechteckiger Auslegung des Wärmetauschers beziehungsweise von dessen Gehäuse der Wirkungsgrad bei den in den Eckbereichen angeordneten Wärmetauscherrohren schlechter ist als bei den im mittleren Querschnitt des Wärmetauschers befindlichen Wärmetauscherrohren; es kommt hinzu, daß der Anschluß von einen runden Querschnitt aufweisenden Luttenleitungen oder Ventilatoren an ein eckiges Gehäuse den Einsatz von Übergangsstücken erforderlich macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit kleiner Abmessung und hohem Wirkungsgrad über dessen gesamte durchströmte Fläche zur Verfügung zu stellen, bei dem der Anschluß von Ventilatoren und/oder Luttenleitungen vereinfacht ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die Wärmetauscherrohre in sternförmig zwischen zentral in das Gehäuse geführten Sammelrohren und dem eine Zylinderform aufweisenden äußeren Gehäuse ausgerichteten und in Umfangsrichtung des Gehäuses winkelversetzt zueinander angeordneten Ebenen angeordnet sind. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß ein zur Verfügung stehender runder Querschnitt bestmöglich ausgenutzt und der Wirkungsgrad über die gesamte durchströmte Fläche entsprechend gleichmäßig ist. Aufgrund der zylindrischen Gehäuseform ist ein Anschluß des Wärmetauschers an Ventilatoreinheiten beziehungsweise Luttenleitungen einschließlich einer Integration des Wärmetauschers ohne Probleme möglich.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweils in einer einzelnen Ebene angeordneten Wärmetauscherrohre miteinander verbunden sind, wobei es im Hinblick auf die Fertigung der Wärmetauscher vorteilhaft sein kann, die jeweils in einer einzelnen Ebene angeordneten Wärmetauscherrohre einen plattenartigen Körper ausbilden zu lassen, der vorfertigbar ist.

Zur Ausbildung des im Anströmquerschnitt sternförmigen Wärmetauschersystems ist vorgesehen, daß zur Überbrückung ihres in Abhängigkeit von ihrer Lage unterschiedlichen radialen Abstandes zu den zentralen Sammelrohren die Wärmetauscherrohre einen radial verlaufenden Abschnitt und einen nach Umlenkung anschließenden, in Längsrichtung des Gehäuses verlaufenden Abschnitt aufweisen und jedes einzelne Wärmetauscherrohr mit axialem Versatz an die Sammelrohre angeschlossen ist.

Um einen gleichmäßigen Wirkungsgrad über den Anströmquerschnitt sicherzustellen, sind nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die in den einzelnen Ebenen liegenden Wärmetauscherrohre jeweils einzeln für sich an ein Einleitungssammelrohr und an ein Ableitungssammelrohr angeschlossen.

Nach alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Wärmetauscherrohre einen runden oder einen ihre gegenseitige Verbindung erleichternden flachgedrückten Querschnitt aufweisen.

In einer besonders kompakten Ausführung des Wärmetauschers ist das Ableitungssammelrohr als Umlenksammelrohr ausgebildet, und es ist an das Umlenksammelrohr wenigstens eine Gruppe von entgegen der Strömungsrichtung der Wetter zum Bereich des Einleitungssammelrohres zurückführenden Wärmetauscherrohren angeordnet. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Gruppen von von dem Einleitungssammelrohr zum Umlenksammelrohr führenden Wärmetauscherrohren und die Gruppen von gegenläufig vom Umlenksammelrohr zum Bereich des Einleitungssammelrohres führenden Wärmetauscherrohren axial gegeneinander versetzt sind.

Zur Trennung der in den Wärmetauscher hineingeführten und aus dem Wärmetauscher nach Durchlauf durch die Wärmetauscherrohre abgeleitetem Kälteträger kann vorgesehen sein, daß das Einleitungssammelrohr als doppelwandiges Rohr mit einem inneren Zentralrohr und einem äußeren Ringraum ausgebildet ist, wobei die von dem Einleitungssammelrohr zum Umlenksammelrohr führenden Wärmetauscherrohre an den äußeren Ringraum angeschlossen sind und die von dem Umlenksammelrohr herkommenden Wärmetauscherrohre in einen an das Zentralrohr angeschlossenen Sammelraum münden.

Eine Ausführungsform der Erfindung richtet sich darauf, daß der plattenartige Körper aus ineinander angeordneten und in jeder Platte ausgefluchteten Glattrohrschlangen gebildet ist, wobei die über die axiale Länge des Wärmetauschers verlaufenden Wärmetauscherrohre sich berühren oder einen geringen Abstand zwischen sich ausbilden und an den stirnseitigen Enden des Wärmetauschers an ein Einleitungssammelrohr bzw. an ein Ableitungssammelrohr angeschlossen sind. Eine derartige Bauart eines Wärmetauschers ist im Grundsatz aus der DE 35 10 406 C2 bekannt.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß in dem Gehäuse eine Anzahl von ersten Platten mit einer größeren radialen Erstreckung sternförmig angeordnet ist und in den durch durch die ersten Platten gebildeten Zwischenräumen jeweils wenigstens eine zweite Platte mit einer geringeren radialen Erstreckung angeordnet ist, die ihren Ausgang am äußeren Gehäuse nehmen und sich radial zum gedachten Mittelpunkt des Gehäuses in die sich verengenden Zwischenräume erstrecken. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Wärmetauscherfläche insbesondere bei anwachsendem Gehäuseradius vergrößern. Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung ist in den durch die ersten Platten gebildeten Zwischenräumen jeweils eine zweite Platte mit einer geringeren radialen Erstreckung angeordnet, wobei bei ausreichenden Platzverhältnissen auch eine zweite und eine dritte Platte angeordnet sein kann. Mit anwachsendem Durchmesser können darüber hinaus auch mehrere zusätzliche Platten in den angesprochenen Zwischenräumen angeordnet sein, so daß die Erfindung nicht auf eine vorgegebene Anzahl von Wärmetauscherplatten beschränkt ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen

Fig. 1 einen Wärmetauscher mit Gehäuse und darin angeordneten Wärmetauscherrohren in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 in einer Stirnansicht,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers in einer Darstellung gemäß Figur,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in einem Gehäuse angeordneten Wärmetauscherplatten in einer Stirnansicht.

In ein einen runden Querschnitt beziehungsweise eine langgestreckte Zylinderform aufweisendes Gehäuse 10 ist ein Einleitungssammelrohr 11 zentral derart hineingeführt, daß die Mittenachse des Einleitungssammelrohres 11 mit der Mittenachse des Gehäuses 10 übereinstimmt. Von dem Einleitungssammelrohr gehen einzelne Wärmetauscherrohre 13 ab, die, wie in Fig. 2 deutlicher zu erkennen ist, in einzelnen Ebenen 14 angeordnet sind, die zwischen dem zentralen Einleitungssammelrohr 13 und dem Gehäuse 10 radial verlaufen und in Umfangsrichtung des Gehäuses 10 winkelversetzt zueinander angeordnet sind, so daß sich das Wärmetauschersystem im Anströmquerschnitt sternförmig zeigt. Die einzelnen Wärmetauscherrohre weisen zur Überbrückung ihres in den einzelnen Ebenen 14 gegebenen unterschiedlichen radialen Abstandes zum Einleitungssammelrohr 11 einen radialen Abschnitt 15 und einen nach Umlenkung daran anschließenden axialen, das heißt in Längsrichtung des Gehäuses 10 verlaufenden Abschnitt 16 auf, wobei die einzelnen Wärmetauscherrohre 13 jeweils unmittelbar und einzeln und daher mit geringem axialen Versatz zueinander an das Einleitungssammelrohr 11 angeschlossen sind.

Am den Einleitungssammelrohr 11 gegenüberliegenden, hinteren Ende des Wärmetauschers führt ein ebenso zentral angeordnetes Ableitungssammelrohr 12 aus dem Gehäuse 10 heraus, wobei die Wärmetauscherrohre 13 in gleicher Weise an das Ableitungssammelrohr 12 angeschlossen sind, wie zu dem Anschluß an das Einleitungssammelrohr 11 beschrieben.

Die in den einzelnen Ebenen 14 liegenden Wärmetauscherrohre 13 sind entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zu plattenartigen Körpern 17 zusammengefaßt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kälteträger über das Einleitungssammelrohr 11 eingebracht und fließt von hieraus über die einzelnen und unmittelbar an das Einleitungssammelrohr 11 angeschlossenen Wärmetauscherrohre 13 bis zum Ableitungssammelrohr 12, wonach der Kälteträger aus dem Wärmetauscher zwecks Rückkühlung herausgeführt wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ableitungssammelrohr am Ende des Wärmetauschers als Umlenksammelrohr 18 ausgebildet, an welches wenigstens eine Gruppe von entgegen der Strömungsrichtung der Wetter vom Einleitungssammelrohr 11 zum Umlenksammelrohr 18 in Richtung auf das Einleitungssammelrohr 11 zurückgeführten Wärmetauscherrohren 19 angeordnet ist. Dabei sind die Querschnitte der in beiden Richtungen verlaufenden Wärmetauscherrohre 13, 19 so ausgelegt, daß der Kälteträgerstrom sowohl in Strömungsrichtung der Wetter als auch entgegen Strömungsrichtung der Wetter eine gleiche Größenordnung aufweist.

Auf der dem Einleitungssammelrohr 11 zugeordneten Seite des Wärmetauschers ist im Hinblick auf das Herausführen des Kälteträgers aus dem Wärmetauscher das Einleitungssammelrohr als doppelwandiges Rohr mit einem inneren Zentralrohr 20 und einem dadurch gebildeten äußeren Ringraum 21 ausgebildet, wobei an den Ringraum 21 des Sammelrohres 11 die in Strömungsrichtung der Wetter verlaufenden Wärmetauscherrohre 19 angeschlossen sind. Der Ringraum 21 ist über Trennbleche 23 gegen einen mit dem inneren Zentralrohr 20 verbundenen Sammelraum 22 abgeschlossen, und in diesen Sammelraum 22 münden die vom Umlenksammelrohr 18 entgegen der Strömungsrichtung der Wetter geführten Wärmetauscherrohre 19, so daß der Kälteträger über den Sammelraum 22 und das daran angeschlossene Zentralrohr 20 auf der Eingangsseite des Wärmetauschers herausgeführt werden kann.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen durch die Anordnung der Wärmetauscherrohre innerhalb der sternförmig angeordneten plattenartigen Körper, wobei die Wärmetauscherplatten 30 bzw. 31 derart aufgebaut sind, daß Glattrohrschlangen derart ineinander angeordnet sind, daß ihre Rohre die Platte ergeben, in der die Glattrohrschlangen ausgefluchtet sind und die Rohre sich berühren oder ein geringer Astand zwischen den Rohren verbleibt. Die einzelnen Wärmetauscherrohre 33 sind dabei, wie nicht weiter dargestellt, an dem in axialer Richtung des Wärmetauschers vorderen bzw. hinteren Ende stirnseitig an dort angeordnete Sammelrohre für die Einleitung bzw. die Ableitung des Kälteträgers angeschlossen, wie dies auch für die weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung verwirklicht ist.

Da bei einer sternförmigen Anordnung derartiger Platten 30, 31 aufgrund des Zusammenlaufens der Platten im Zentrum des Gehäuses 10 die Anzahl derartiger Platten begrenzt ist, die Platten jedoch insbesondere mit anwachsendem Gehäusedurchmesser aufgrund ihrer radial auseinanderstrebenden Anordnung an dem äußeren Gehäuseumfang einen größer werdenden Zwischenraum 32 zwischen sich ausbilden, ist zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche insgesamt vorgesehen, daß zusätzlich zweite Platten 31 mit einer geringeren radialen Erstreckung in den Zwischenräumen zwischen den ersten Platten 30 mit größerer radialer Erstreckung angeordnet sind, wobei die zweiten Platten 31 ihren Ausgang am äußeren Gehäuse 10 nehmen und sich radial zum gedachten Mittelpunkt des Gehäuses in die sich verengende Zwischenräume 32 erstrecken soweit dies ohne eine unmittelbare Berührung der ersten Platten 30 möglich ist. Hiermit läßt sich die innerhalb eines Gehäusequerschnitts einzubringende Wärmetauscherfläche erheblich vergrößern.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede einzelne Wärmetauscherplatte 30, 31 aus vier einzelnen entsprechend angeordneten Wärmetauscherrohren 33 gebildet.

Claims (14)

1. Wärmetauscher zur Kühlung von Arbeitsbereiche des Berg- und Tunnelbaus durchziehenden Wettern, bestehend aus einer Anordnung von einem Kälteträger durchströmten, parallel zueinander in Strömungsrichtung der Wetter angeordneten Wärmetauscherrohren, wobei dem Wärmetauscher jeweils ein Anschluß zur Einleitung des Kälteträgers und zur Ableitung des Kälteträgers nach dem Durchfluß durch die Wärmetauscherrohre zugeordnet ist und das langgestreckte Paket von Wärmetauscherrohren von einem dieses einfassenden Gehäuse umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (13) in sternförmig zwischen zentral in das Gehäuse (10) geführten Sammelrohren (11; 12, 18) und dem eine Zylinderform aufweisenden äußeren Gehäuse (10) ausgerichteten und in Umfangsrichtung des Gehäuses (10) winkelversetzt zueinander angeordneten Ebenen (14) angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in einer einzelnen Ebene (14) angeordneten Wärmetauscherrohre (13) miteinander verbunden sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in einer einzelnen Ebene (14) angeordneten Wärmetauscherrohre (13) einen plattenartigen Körper (17) ausbilden.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überbrückung ihres in Abhängigkeit von ihrer Lage unterschiedlichen radialen Abstandes zu den zentralen Sammelrohren (11; 12, 18) die Wärmetauscherrohre (13) einen radial verlaufenden Abschnitt (15) und einen nach Umlenkung anschließenden, in Längsrichtung des Gehäuses (10) verlaufenden Abschnitt (16) aufweisen und jedes einzelne Wärmetauscherrohr (13) mit axialem Versatz an die Sammelrohre (11; 12, 18) angeschlossen ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer einzelnen Ebene (14) liegenden Wärmetauscherrohre (13) jeweils einzeln für sich an das Einleitungssammelrohr (11) und an das Ableitungssammelrohr (12, 18) angeschlossen sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (13) einen runden Querschnitt aufweisen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (13) einen ihre gegenseitige Verbindung erleichternden flachgedrückten Querschnitt aufweisen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitungssammelrohr als Umlenksammelrohr (18) ausgebildet und an das Umlenksammelrohr (18) eine Gruppe von entgegen der Strömungsrichtung der Wetter zum Bereich des Einleitungssammelrohres (11) zurückgeführten Wärmetauscherrohren (19) angeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von von dem Einleitungssammelrohr (11) zum Umlenksammelrohr (18) führenden Wärmetauscherrohren (13) und die Gruppen von gegenläufig vom Umlenksammelrohr (18) zum Bereich des Einleitungssammelrohres (11) führenden Wärmetauscherrohren (19) axial gegeneinander versetzt sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleitungssammelrohr (11) als doppelwandiges Rohr mit einem inneren Zentralrohr (20) und einem äußeren Ringraum (21) ausgebildet ist, wobei die von dem Einleitungssammelrohr (11) zum Umlenksammelrohr (18) führenden Wärmetauscherrohre (13) an den äußeren Ringraum (21) angeschlossen sind und die von dem Umlenksammelrohr (18) herkommenden Wärmetauscherrohre (19) in einen an das Zentralrohr (20) angeschlossenen Sammelraum (22) münden.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenartige Körper aus ineinander angeordneten und in jeder Platte (30, 31) ausgefluchteten Glattrohrschlangen gebildet ist, wobei die über die axiale Länge des Wärmetauschers verlaufenden Wärmetauscherrohre (33) sich berühren oder einen geringen Abstand zwischen sich ausbilden und an den stirnseitigen Enden des Wärmetauschers an ein Einleitungssammelrohr bzw. an ein Ableitungssammelrohr angeschlossen sind.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (10) eine Anzahl von ersten Platten (30) mit einer größeren radialen Erstreckung sternförmig angeordnet ist und in den durch die ersten Platten (30) gebildeten Zwischenräumen (32) jeweils wenigstens eine zweite Platte (31) mit einer geringeren radialen Erstreckung angeordnet ist, die ihren Ausgang am äußeren Gehäuse (10) nehmen und sich radial zum gedachten Mittelpunkt des Gehäuses (10) in die sich verengenden Zwischenräume (32) erstrecken.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch die ersten Platten (30) gebildeten Zwischenräumen (32) jeweils eine zweite Platte (31) angeordnet ist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch die ersten Platten (30) gebildeten Zwischenräumen (32) jeweils eine zweite und eine dritte Platte angeordnet sind.