DE2013940A1 - Heat exchanger for liquid and gaseous media - Google Patents
Heat exchanger for liquid and gaseous mediaInfo
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DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANNDR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN
Bergstraße 159 Telegr.t StuhlmannpatentBergstrasse 159 Telegr.t Stuhlmann patent
R. & G. Schmöle, Metallwerke, Menden/Sauerland Wärmeübertrager für flüssige und gasförmige MedienR. & G. Schmöle, Metallwerke, Menden / Sauerland Heat exchangers for liquid and gaseous media
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für flüssige und gasförmige Medien, welcher einen rohrförmigen, im Querschnitt runden oder eckigen Außenmantel besitzt, in dessen Innenraum mindestens ein, vorzugsweise mehrere, außenseitig mit Rippen oder Lamellen versehene Wärmetauscherrohre angeordnet sind und in dem Umlenkbleche zum Umlenken des die Wärmetauscherrohre außenseitig umspülenden Mediums in einen schlangenlinienförmigen Strömungsweg durch den Innenraum des Außenmantels vorgesehen sind.The invention relates to a heat exchanger for liquid and gaseous media, which has a tubular, im Has a round or angular outer shell cross-section, in the interior of which at least one, preferably several, on the outside with Ribs or fins provided heat exchanger tubes are arranged and in the baffles for deflecting the heat exchanger tubes the medium flowing around the outside into a serpentine Flow paths are provided through the interior of the outer shell.
Bei einem bekannten Wärmeübertrager dieser Art sind die Wärmetauscherrohre außenseitig mit Rippen versehen, welche die Rohre schraubenlinienförmig umgeben. Die Umlenkbleche dieses bekannten Wärmetauschers sind mit jeweils einer Bohrung für jedes Wärmetauscherrohr versehen, wobei der Durchmesser dieser Bohrungen etwas größer bemessen ist als der Außendurchmesser der schraubenlinienförmig das Rohr umgebenden Rippen. Eine derart große Bemessung der Bohrungen in den Umlenkblechen ist notwendig, um den Wärmeübertrager bei der Fertigung zusammenbauen zu können. Hierbei werden die Umlenkbleche auf die mit Rippen versehenen Wärmetauscherrohre in axialer Richtung aufgeschoben, was nur bei ausreichend groß bemessenen Bohrungen in den Umlenkblechen möglich ist. Die Umlenkbleche werden dann mittels besonderer Abstandshalter sowohl in axialer als auch in radialer Richtung in ihrer vorbestimmten Lage gehalten. Die berippten Rohre werden zusammen mit den Umlenkblechen anschließend in den Innenraum des Außenmantels eingeschoben.In a known heat exchanger of this type, the heat exchanger tubes are provided on the outside with ribs which surround the tubes in a helical manner. The baffles of this known heat exchanger are each with a hole for each Provided heat exchanger tube, the diameter of these holes is slightly larger than the outer diameter of the Helical ribs surrounding the pipe. Such a large dimensioning of the holes in the baffle plates is necessary in order to be able to assemble the heat exchanger during production. Here, the baffles are placed on the ribs Heat exchanger tubes pushed on in the axial direction, which is only possible if the bores in the baffles are sufficiently large is possible. The baffles are then by means of special spacers both in the axial and in the radial direction held in their predetermined position. The finned tubes are then moved into the interior together with the baffles of the outer jacket.
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Dieser bekannte Wärmeübertrager besitzt den wesentlichen Nachteil, daß seine Leistung im Verhältnis zu seinen Abmessungen und seinem Gewicht verhältnismäßig gering und daher unbefriedigend ist. Ein Grund für diesen Nachteil ist, daß bei der bekannten Bauart in den zur Verfugung stehenden Innenraum des Aüßenmantels keine ausreichend große wärmeübertragende Gesamtfläche eingebracht werden kann. Dies stößt auf erhebliche konstruktive Schwierigkeiten, die vor allem darin liegen, daß die einzelnen Wärmetauscherrohre mit verhältnismäßig großem Abstand voneinander über die Querschnittsfläche des Außenmantelinnenraums verteilt angeordnet werden müssen. Derart große Abstände sind deshalb erforderlich, weil die Wärmetauscherrohre in axialer Richtung durch die Bohrungen der Umlenkbleche hindurch eingeschoben und dabei mit einigem Mindestabstand aneinander vorbeigeführt werden müssen, damit die Rippen beim Zusammenbau nicht gegeneinander stoßen und beschädigt werden. Außerdem muß bei jedem Umlenkblech rings um die einzelnen Bohrungen auch an der schmälsten Stelle noch ein ausreichend breiter Streifen Werkstoff vorhanden sein, damit die Stabilität des jeweiligen Umlenkbleches erhalten bleibt. Infolgedessen ist bei der bekannten Bauart die Anzahl der Wärmetauscherrohre und damit die Größe der wärmeübertragenden Gesamtfläche, die man in dem Innenraum eines Außenmantels bestimmter Größe unterbringen kann, sehr begrenzt. Die Leistung eines Wärmeübertragers ist bekanntlich weitgehend von der Größe der wärmeübertragenden Gesamtfläche abhängig, so daß eine unzureichend große wärmeübertragende Fläche eine relativ geringe Leistung zur Folge hat.This known heat exchanger has the major disadvantage that its performance in relation to its dimensions and its weight is relatively low and therefore unsatisfactory. One reason for this disadvantage is that the known design in the available interior of the outer jacket is not a sufficiently large heat-transferring total area can be introduced. This encounters considerable constructional difficulties, which are mainly due to the fact that the individual heat exchanger tubes with a relatively large distance from one another over the cross-sectional area of the outer jacket interior must be arranged in a distributed manner. Such large distances are necessary because the heat exchanger tubes in the axial direction inserted through the bores of the baffle plates and led past each other with a certain minimum distance must be so that the ribs do not collide with each other during assembly and are damaged. In addition, must be with everyone Deflecting plate around the individual holes, even at the narrowest point, a sufficiently wide strip of material be available so that the stability of the respective baffle is maintained. As a result, the well-known Type of construction the number of heat exchanger tubes and thus the size of the total heat-transferring area that you have in the interior of a Can accommodate outer jacket of a certain size, very limited. The performance of a heat exchanger is known to be extensive on the size of the total heat-transferring area dependent, so that an insufficiently large heat-transferring area a relative results in poor performance.
Der oben erwähnte zweite Nachteil eines relativ großen Gewichtes im Verhältnis zur Übertragungsleistung ist bei dem bekannten Wärmeübertrager dadurch bedingt, daß eine verhältnismäßig große Anzahl von Bauteilen im Innenraum des Außenmantels angeordnet werden muß, die nicht an einer Wärmeübertragung von dem einen Medium auf das andere mitwirken, wie dies bei der bekannten Bauart bei den Umlenkblechen und Abstandshaltern der Fall ist. Diese Teile besitzen jedoch ein verhältnismäßig großes Ge-The above-mentioned second disadvantage of a relatively large weight in relation to the transmission power is with that known heat exchanger due to the fact that a relatively large number of components in the interior of the outer jacket must be arranged that do not participate in a heat transfer from one medium to the other, as is the case with the known Design is the case with the baffles and spacers. However, these parts have a relatively large area
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wicht und erfordern einen beträchtlichen Raum, ohne daß diese * Teile selbst Wärme auf das sie umgebende Medium übertragen. Somit besitzt der bekannte Wärmeübertrager nicht nur beträchtliche Abmessungen, so daß er in einer Gesamtanlage oftmals nur mit großen Schwierigkeiten unterzubringen ist, sondern auch ein erhebliches Gewicht. Beides verursacht hohe Kosten. Außerdem ist der Werkst off verbrauch relativ hoch.important and require a considerable amount of space without this * Parts themselves transfer heat to the medium around them. Thus, the known heat exchanger not only has considerable dimensions, so that it can often only be accommodated with great difficulty in an overall system, but also with considerable difficulty Weight. Both result in high costs. In addition, the Werkst off consumption relatively high.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Bauart bestehtThere is another disadvantage of the known design
darin, daß aufgrund der verhältnismäßig großen Abstände der i Wärmetauscherrohre voneinander zwischen diesen entsprechend große Toträume entstehen, die es dem die Wärmetauscherrohre umströmenden Medium erlauben, mit Abstand um die Wärmetauscherrohre sowohl in axialer als auch in radialer Richtung herum zu fließen, so daß zahlreiche Teilchen des Mediums nicht oder nur unzureichend mit den Warmetauscherrohren bzw. deren Rippen in Berührung kommen. Dieser Nachteil wird noch dadurch verstärkt, daß sich die Teilchen des Mediums,■welche sich unmittelbar an den Wärmetauscherrohren oder an deren Rippen befinden, nur schwer von diesen lösen. Ist das die Wärmetauscherrohre außenseitig umströmende Medium beispielsweise öl, welches gekühlt werden soll, und strömt zu diesem Zweck durch die Wärmetauscherrohre als zweites Medium bzw. Kühlmittel beispielsweise Kühlwasser, so werden zu- f nächst die ölteilchen stark abgekühlt, die sich in unmittelbarer Nähe der Wärmetauscherrohre bzw. deren Rippen befinden. Durch diese Abkühlung wird das öl, welches die Wärmetauscherrohre unmittelbar umgibt, zähflüssig und haftet mit großer Kraft an den Wärmetauscherrohren bzw. an deren Rippen an. Die ölteilchen, welche sich in den Toträumen zwischen den Wärmetauscherrohren befinden und welche aufgrund der dort schlechteren Kühlung wärmer und dünnflüssiger sind, werden von den an den Wärmetauscherrohren bzw. deren Rippen anhaftenden zähflüssigen ölteilchen von den Wärmeübertragungsflächen weg in die Toträume abgedrängt. Aufgrund der Größe und Anordnung dieser Toträume bei der bekannten Bauart ist es diesen schlecht gekühlten dünnflüssigen ölteil- 'that arise due to the relatively large distances between the i heat exchanger tubes from each other between the correspondingly large dead spaces, which allow the heat exchanger tubes medium flowing around to flow in spaced relation around the heat exchanger tubes in both the axial and radial directions around, so that numerous particles of the The medium does not come into contact or only insufficiently with the heat exchanger tubes or their fins. This disadvantage is exacerbated by the fact that the particles of the medium, which are located directly on the heat exchanger tubes or on their ribs, can only be detached from them with difficulty. If the medium flowing around the outside of the heat exchanger tubes is oil, for example, which is to be cooled, and if cooling water, for example, flows through the heat exchanger tubes as a second medium or coolant for this purpose, the oil particles that are in the immediate vicinity of the heat exchanger tubes are first strongly cooled or their ribs are located. As a result of this cooling, the oil that immediately surrounds the heat exchanger tubes becomes viscous and adheres to the heat exchanger tubes or their ribs with great force. The oil particles, which are located in the dead spaces between the heat exchanger tubes and which are warmer and thinner due to the poor cooling there, are pushed away from the heat transfer surfaces into the dead spaces by the viscous oil particles adhering to the heat exchanger tubes or their fins. Due to the size and arrangement of these dead spaces in the known design, it is these poorly cooled, low-viscosity oil part- '
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chen möglich, den bekannten Wärmeübertrager zu durchströmen, ohne In ausreichende Berührung mit den Wärmetausoherrohren bzw. deren Rippen gekommen zu sein. Das aus dem bekannten Wärmeübertrager herausfließende öl besitzt deshalb noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur, was bedeutet, daß die Leistung des bekannten Wärmeübertragers verhältnismäßig gering ist.It is possible to flow through the known heat exchanger without making sufficient contact with the heat exchanger pipes or their ribs to have come. The oil flowing out of the known heat exchanger therefore still has a relatively high level of oil high temperature, which means that the performance of the known heat exchanger is relatively low.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wärmeübertrager für flüssige und gasförmige Medien zu schaffen, dem die vorstehend behandelten Nachteile nicht anhaften, sondern der bei geringem Raumbedarf und niedrigem Gewicht eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung erbringt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umlenkbleche zumindest auf dem überwiegenden Teil ihres Umfanges im wesentlichen die gleichen Abmessungen und die gleiche Ausbildung wie die Rippen oder Lamellen des oder der Wärmetauscherrohre besitzen und fest mit den Wärmetauscherrohren verbunden sind sowie zusammen mit und in gleicher Weise wie die Rippen oder Lamellen auf das oder die Wärmetauscherrohre aufgebracht und auf diesem oder diesen befestigt sind, wobei sowohl die Umlenkbleche als auch die Rippen bzw. Lamellen mit einem wesentlichen Teil ihres Umfangs dichtend an der Innenfläche des Außenmantels anliegen, jedoch die Umlenkbleche an einer und die Rippen bzw. Lamellen an zwei einander gegenüberliegenden Stellen ihres Umfanges einen Durchlaß zwischen Wärmetauscherrohr und Außenmantel in axialer Richtung freilassen.The invention has set itself the task of creating a heat exchanger for liquid and gaseous media, which does not adhere to the disadvantages dealt with above, but rather to the one with a small footprint and low weight produces particularly high heat transfer performance. According to the invention, this object is achieved in that the deflection plates at least essentially over the major part of its scope have the same dimensions and the same design as the ribs or fins of the heat exchanger tube or tubes and are firmly connected to the heat exchanger tubes and together with and in the same way as the fins or Lamellas are applied to the heat exchanger tube or tubes and are attached to this or these, with both the baffles as well as the ribs or lamellas with a substantial part of their circumference sealingly on the inner surface of the outer jacket rest, but the baffles on one and the ribs or lamellas on two opposite points of their circumference leave a passage between the heat exchanger tube and the outer jacket in the axial direction.
Hierdurch wird zunächst erreicht, daß der Abstand der Rohre außerordentlich klein gehalten werden kann, weil beim Zusammenbau des Wärmeübertragers eine axiale Relativbewegung der Wärmetauscherrohre zueinander nicht erforderlich 1st. Man benötigt daher keinen Sicherheitsabstand zwischen den Rippen oder Lamellen der Wärmetauscherrohre. Die bei der bekannten Bauart hierdurch verursachten Toträume werden nahezu vollständig vermieden. Der Portfall von Toträumen bedeutet, daß der zur Verfügung stehende Innenraum des Außenmantels in optimaler WeiseThis first ensures that the distance between the tubes can be kept extremely small because when Assembling the heat exchanger an axial movement of the heat exchanger tubes relative to one another is not necessary. You need therefore no safety distance between the ribs or fins of the heat exchanger tubes. The one in the known type Dead spaces caused by this are almost completely avoided. The port case of dead spaces means that the available standing interior of the outer jacket in an optimal way
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mit wärmeübertragenden Flächen ausgefüllt werden kann, was bei der bekannten Bauart nicht möglich ist, Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager sind die Bohrungen in den Umlenkblechen gerade so groß, daß nur die eigentlichen Rohre der Wärmetauscherrohre, nicht aber deren Rippen oder Lamellen hindurchgeschoben werden können. Die Umlenkbleche sitzen somit fest auf den Rohren in gleicher Weise wie die Rippen oder Laraellen. Dies hat einmal den Vorteil, daß keine zusätzlichen Abstandshalter vorgesehen werden müssen, wodurch Gewicht und Werkstoff eingespart und der Herstellungsaufwand wesentlich niedriger gehalten wird. Zum zweiten erreicht man hierdurch in vorteilhafter Weise, daß sich % im Gegensatz zu der bekannten Bauart bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager auch die Umlenkbleche an der Wärmeübertragung beteiligen, was wegen ihrer besonders großen Fläche von wesentlicher Bedeutung ist. Infolgedessen und weil der Innenraum des Außenmantels in optimaler Weise mit wärmeübertragenden Flächen ausgefüllt ist, erzielt man bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager bei gleich großem Gewicht und gleichen Abmessungen wie bei einem bekannten Wärmeübertrager eine wesentlich größere Übertragungsleistung. Geht man demgegenüber davon aus, eine bestimmte Wärmeübertragungsleistung zu erzielen, so wird der erfindungsgemäße Wärmeübertrager wesentlich kleiner in seinen Abmessungen ausfallen. Er ist daher bedeutend besser in eine Ge- J samtanlage einzubauen als ein Wärmeübertrager bekannter Bauart. Außerdem ist das Gewicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers bedeutend geringer, was sich auf die Herstellungskosten des Wärmeübertragers selbst, auf die Kosten zur Erstellung seiner Halterung oder seines Fundamentes und nicht zuletzt auch auf die Transportkosten in vorteilhafter Welse auswirkt.can be filled with heat-transferring surfaces, which is not possible with the known design. In the heat exchanger according to the invention, the bores in the baffles are just so large that only the actual tubes of the heat exchanger tubes, but not their ribs or fins, can be pushed through. The baffles are therefore firmly seated on the tubes in the same way as the ribs or larvae. On the one hand, this has the advantage that no additional spacers have to be provided, which saves weight and material, and the manufacturing costs are kept significantly lower. You hereby the second achieved in an advantageous manner that%, in contrast to the known structure in the inventive heat exchanger part and the baffles on the heat transfer, which is due to their particularly large surface is essential. As a result, and because the interior of the outer jacket is optimally filled with heat-transferring surfaces, the heat exchanger according to the invention achieves a significantly greater transfer capacity with the same weight and the same dimensions as with a known heat exchanger. If, on the other hand, it is assumed that a certain heat transfer performance will be achieved, the heat exchanger according to the invention will be significantly smaller in terms of its dimensions. It is therefore much easier to install in an overall system than a known type of heat exchanger. In addition, the weight of the heat exchanger according to the invention is significantly lower, which has an advantageous effect on the production costs of the heat exchanger itself, on the costs of creating its holder or its foundation and, last but not least, on the transport costs.
Pie kleineren Abmessungen des erfindungsgemäßen Wärme-Übertragers sind im wesentlichen auch dadurch bedingt, daß nahezu sämtliche Toträume fortfallen. Es gibt infolgedessen auch koine Möglichkeiten für das die Wärmetauscherrohre umspülende Medium« an den Wärmetauscherrohren vorbeizuströmen, ohne in enge Berührung mit diesen Rohren bzw. deren Rippen oder Lamellen zuPie smaller dimensions of the heat exchanger according to the invention are essentially also due to the fact that almost all dead spaces are eliminated. As a result, there are also no possibilities for the medium flowing around the heat exchanger tubes to flow past the heat exchanger tubes without coming into close contact with these tubes or their ribs or fins
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kommen. Wegen der fehlenden Toträume können auch stärker abgekühlte und daher zähflüssige Teilchen des Mediums, die sich unmittelbar an den Wärmetauscherrohren bzw. an deren Rippen oder Lamellen befinden, die wärmeren und daher dünnflüssigeren Teilchen nicht abdrängen. Infolgedessen kommen sämtliche Teilchen des Mediums mit den Wärmetauscherrohren bzw. deren Rippen oder Lamellen in Berührung, wodurch die Wärmeübertragungsleistung erheblich verbessert wird.come. Because of the lack of dead spaces, even more heavily cooled and therefore viscous particles of the medium, which are located directly on the heat exchanger tubes or on their fins or There are lamellae that do not displace the warmer and therefore more fluid particles. As a result, all the particles come of the medium with the heat exchanger tubes or their ribs or fins in contact, whereby the heat transfer performance is greatly improved.
Bei einem Wärmeübertrager mit zwei oder mehr parallel zueinander sich erstreckenden Wärmetauscherrohren empfiehlt es sich, auf die Wärmetauscherrohre einzelne Lamellen und Umlenkbleche in axialer Richtung der Rohre auf diese aufzuschieben, wobei die Lamellen und Umlenkbleche etwa parallel zueinander, im wesentlichen quer zur Längsachse der Wärmetauscherrohre und mit Abstand voneinander angeordnet sind und jede Lamelle bzw. jedes Umlenkblech auf sämtliche Wärmetauscherrohre aufgeschoben und von diesen gehalten ist. Bei einem Wärmeübertrager mit nur einem Wärmetauscherrohr ist es auch vorteilhaft, einzelne Lamellen und Umlenkbleche in axialer Richtung auf das Wärmetauscherrohr aufzuschieben, wobei diese Lamellen und Umlenkbleche etwa parallel zueinander, im wesentlichen quer zur Längsachse des Wärmetauscher· rohres und mit Abstand voneinander angeordnet sind.It is recommended for a heat exchanger with two or more heat exchanger tubes extending parallel to one another to push individual fins and baffles onto the heat exchanger tubes in the axial direction of the tubes, wherein the fins and baffles are approximately parallel to one another, substantially transversely to the longitudinal axis of the heat exchanger tubes and with Are arranged at a distance from each other and each lamella or each baffle is pushed onto all heat exchanger tubes and is held by these. In the case of a heat exchanger with only one heat exchanger tube, it is also advantageous to use individual fins and Push baffles in the axial direction onto the heat exchanger tube, these fins and baffles approximately parallel are arranged to one another, essentially transversely to the longitudinal axis of the heat exchanger tube and at a distance from one another.
Bei der Verwendung solcher Lamellen ist es unabhängig von der Anzahl der Wärmetauscherrohre, die der betreffende Wärmeübertrager besitzt, ratsam, die Lamellen in an sich bekannter Weise mit Ansätzen, Vorsprüngen, Ausbiegungen od. dgl. im Bereich ihrer Wärmeübertragungsflächen zu versehen. Derartige Ansätze, Vorsprünge, Ausbiegungen od. dgl. führen im Bereich der wärmeübertragenden Flächen zu einer Verwirbelung des die Wärmetauscherrohre außenseitig umströmenden Mediums und verhindern auf diese Weise die Entstehung sogenannter laminarer Grenzschichten, die den Wärmeübergang behindern. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß nahezu sämtliche Teilchen des Mediums mit denWhen using such fins, it is independent of the number of heat exchanger tubes that the heat exchanger in question has has, advisable, the slats in a known manner with approaches, projections, bends or the like. In the area to provide their heat transfer surfaces. Such approaches, projections, bends or the like. Lead in the area of heat-transferring surfaces to a turbulence of the heat exchanger tubes medium flowing around the outside and prevent in this way the formation of so-called laminar boundary layers, which hinder the transfer of heat. That way will ensured that almost all particles of the medium with the
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Wärmetauscherrohren bzw, deren Lamellen in direkte Berührung kommen, was die Wärmeübertragungsleistung weiterhin wesentlich verbessert.Heat exchanger tubes or the fins of which come into direct contact, which continues to significantly improve the heat transfer performance improved.
Wärmeübertrager der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei denen auf das oder die Wärmetauscherrohre Lamellen und Umlenkbleche in axialer Richtung aufgeschoben sind, haben den wesentlichen Vorteil, daß die Querschnittsform des rohrförmigen Außenmantels weitgehend beliebig sein kann, da die Lamellen ohne besondere Schwierigkeiten in jeder der Querschnitts- | form des Außenmantels angepaßten Form ausgestanzt werden können. Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform möglich, die Rohrabmessungen, die Rohranordnung und die Rohrabstände sowie die Lamellenteilung nur in Abhängigkeit von den vorliegenden Betriebsbedingungen zu wählen, ohne Rücksicht auf andere Gegebenheiten nehmen zu müssen. Auch die Wahl des Lamellenwerkstoffes ist weitgehend frei von irgendwelchen Einschränkungen. Es ist lediglich die Art des betreffenden Mediums zu berücksichtigen, mit denen die Lamellen in Berührung kommen.Heat exchanger of the embodiments described above, in which the heat exchanger tube or tubes Slats and baffles are pushed in the axial direction, have the significant advantage that the cross-sectional shape of the tubular outer jacket can be largely arbitrary, since the lamellae in each of the cross-sectional | shape of the outer jacket adapted shape can be punched out. In addition, it is possible in this embodiment, the pipe dimensions, the pipe arrangement and the pipe spacing as well as the The lamella pitch should only be selected depending on the operating conditions at hand, regardless of other circumstances to have to take. The choice of the lamella material is also largely free of any restrictions. It is only to consider the type of medium with which the lamellas come into contact.
Bei einer anderen Ausführungsform des Wärmeübertragers mit nur einem Wärmetauscherrohr und im Querschnitt kreisrundem Außenmantel ist es vorteilhaft, wenn auf das Wärmetauscher- I rohr in an sich bekannter Weise Rippen, vorzugsweise durch Aufwickeln aufgebracht sind, welche das Rohr schraubenlinienförmig umgeben, und wenn der Außendurchmesser der Rippen dem Innendurchmesser des Außenmantels entspricht, wobei einige mit größerem Abstand voneinander angeordnete Rippen als Umlenkbleche dienen, die abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Rohres jeweils einen von der Innenfläche des Außenmantels radial entfernt verlaufenden, einen Durchlaß für das Medium bildenden Umfangsabschnitt besitzen und wobei die übrigen Rippen jeweils zwei solche einander gegenüberliegende Umfangsabschnitte aufweisen und nur als WärmeUbertragungselemente dienen. Bei dieser AusfUhrungsform lassen sich Rippenrohre bekannter Bauart verwenden, bei denen es lediglich erforderlich ist, durch Abfräsen,In another embodiment of the heat exchanger with only one heat exchanger tube and an outer jacket with a circular cross-section, it is advantageous if the heat exchanger I tube are applied in a manner known per se ribs, preferably by winding, which the tube helically surrounded, and if the outer diameter of the ribs corresponds to the inner diameter of the outer jacket, some with Larger spaced ribs serve as baffles, which alternate on opposite sides of the pipe each one from the inner surface of the outer jacket having a passage for the medium-forming peripheral portion extending radially away, and the remaining ribs each have two such opposing circumferential sections and serve only as heat transfer elements. At this Embodiment, finned tubes of known design can be used, where it is only necessary, by milling,
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Abschneiden od. dgl. einzelner Umfangsabschnitte der Rippen die notwendigen Durchlässe für das Medium zu schaffen. Dabei unterscheiden sich Umlenkbleche und Rippen nur dadurch voneinander, daß die Rippen an zwei einander gegenüberliegenden Seiten so bearbeitet sind, daß sich zwei Durchlässe ergeben, während bei den Umlenkblechen jeweils nur eine solche Stelle, die einen Durchlaß ergibt, vorhanden ist.Cutting off or the like. Individual circumferential sections of the ribs to create the necessary passages for the medium. The only difference between baffles and ribs is that that the ribs are machined on two opposite sides so that two passages result while in the case of the baffles, there is only one such point that gives a passage.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die freie Querschnittsfläche der Durchlässe für das dort in axialer Richtung strömende Medium sowohl bei den Umlenkblechen als auch bei den Rippen oder Lamellen etwa gleich groß. Dies vereinfacht bei der Herstellung des Wärmeübertragers die Bearbeitung der Umlenkbleche sowie der Rippen oder Lamellen erheblich, so daß die Fertigungskosten entsprechend niedrig gehalten werden können. Demgegenüber ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die freie Querschnittsfläche der Durchlässe für das dort in axialer Richtung strömende Medium bei den Umlenkblechen gleichbleibend am größten ist, während bei den Rippen oder Lamellen die Querschnittsfläche der Durchlässe zum Durchlaß der Umlenkbleche hin bis auf dessen Größe zunimmt bzw. auf der durch die Umlenkbleche abgedichteten Seite zu dem betreffenden Umlenkblech hin abnimmt. In aller Regel nehmen bei dieser Ausführungsform die freien Querschnittsflächen der Durchlässe bei den einzelnen Rippen oder Lamellen zu einem Umlenkblech hin in einem solchen Maße auf einer Seite der Rippen oder Lamellen zu, wie sie auf der gegenüberliegenden Seite derselben abnehmen, und zwar derart, daß die wärmeübertragenden Flächen bei allen Rippen oder Lamellen in etwa gleich groß sind und auch die als Umlenkbleche dienenden Rippen etwa ebenso große wärmeübertragende Flächen wie die Rippen oder Lamellen aufweisen. Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform zweckmäßig, wenn die Summe der Durchlaßquerschnittsflächen, welche jeweils in einer quer zur Rohrlängsachse verlaufenden Ebene vorhanden sind, über die gesamte axiale Länge des Wärmeübertragers überall im wesentlichen gleich groß ist. Bei den letztgenanntenAccording to a further feature of the invention is the free cross-sectional area of the passages for the medium flowing there in the axial direction both in the case of the baffles and about the same size for the ribs or lamellas. This simplifies the processing of the heat exchanger in the manufacture of the heat exchanger Deflection plates and the ribs or lamellas considerably, so that the production costs can be kept correspondingly low. In contrast, it is particularly advantageous if the free cross-sectional area of the passages for there in the axial direction The medium flowing through the baffles is consistently the largest, while the cross-sectional area of the ribs or lamellas the passages to the passage of the baffles up to its size increases or on that through the baffles sealed side decreases towards the baffle in question. As a rule, in this embodiment, the free cross-sectional areas take place the passages in the individual ribs or lamellas to a baffle to such an extent on one Side of the ribs or fins as they decrease on the opposite side of the same, in such a way that the heat transferring Areas of all ribs or lamellas are approximately the same size and also the ribs that serve as baffles about as large heat-transferring surfaces as the ribs or lamellas. It is also in this embodiment expedient if the sum of the passage cross-sectional areas, which are each present in a plane running transversely to the longitudinal axis of the pipe are, is essentially the same size everywhere over the entire axial length of the heat exchanger. With the latter
AusfUhrungs-Execution
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formen, bei denen die einzelnen Querschnittsflächen der Durchlässe auf beiden Seiten des Wärmeübertragers unterschiedlich groß bemessen sind, erzielt man den Vorteil, daß diese Durchlässe in ihrer Größe der Menge des durch sie ,pro Zeiteinheit hindurchströmenden Mediums angepaßt sind. Hierdurch wird eine Überdimensionierung dieser Durchlaßquerschnittsflächen und damit eine nicht notwendige Verringerung der wärmeübertragenden Fläche der betreffenden Rippen bzw. des Umlenkbleches vermieden.shape in which the individual cross-sectional areas of the passages are dimensioned different sizes on both sides of the heat exchanger, one achieves the advantage that these passages are adapted in size to the amount of medium flowing through them per unit of time. This creates an oversizing these passage cross-sectional areas and thus an unnecessary reduction in the heat-transferring area the ribs or the baffle in question avoided.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen;In the drawing, the invention is shown on the basis of several exemplary embodiments. Show it;
Pig. IPig. I.
und 2 einen Wärmeübertrager mit Umlenkblechen imdand 2 a heat exchanger with baffles imd
Lamellen sowie mehreren Wärmetauscherrohren im Längs- bzw. Querschnitt;Fins and several heat exchanger tubes in longitudinal or cross-section;
Fig. 3 ■ 'Fig. 3 ■ '
und 4 einen Wärmeübertrager mit Umlenkbleohen undand 4 a heat exchanger with Umlenkbleohen and
Lamellen sowie nur einem Wärmetauscherrohr im Längs- bzw. Querschnitt;Fins and only one heat exchanger tube in longitudinal or cross-section;
Fig. 5Fig. 5
und 6 einen Wärmeübertrager mit schraubenlinienförmigand 6 a heat exchanger with a helical shape
ausgebildeten Umlenkblechen und Rippen sowie einem Wärmetauscherrohr im Längs- bzw. Querschnitt; formed baffles and ribs and a heat exchanger tube in longitudinal or cross-section;
Fig. 7Fig. 7
und 8 einen Wärmeübertrager mit schraubenlinienförmigand 8 a heat exchanger with a helical shape
ausgebildeten Umlenkbleohen und Rippen sowie nur einem Wärmetauscherrohr und mit unterschiedlich großen Durchlässen im Längs- bzw. Querschnitt .trained Umlenkbleohen and ribs and only one heat exchanger tube and with different large openings in the longitudinal or cross-section.
In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Wärmeübertrager bezeichnet, dessen stirnseitige Deckel zur Vereinfachung der Darstellung fortgelassen worden sind. Dieser Wärmeübertrager 1 besitzt einen rohrförmigen, im Querschnitt runden Außenmantel 2, der jedoch ohne weiteres auch eine eckige Quersohnittsform besitzen könnte. Der mit 3 bezeichnete Innenraum des Außenmantels Z In Fig. 1, 1 generally denotes a heat exchanger, the front cover of which has been omitted to simplify the illustration. This heat exchanger 1 has a tubular outer jacket 2 which is round in cross section, but which could easily have an angular cross-sectional shape. The designated 3 interior of the outer shell Z
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- ίο -- ίο -
enthält mehrere Wärmetauscherrohre 4, welche sich in Längsrichtung des Wärmeübertragers 1 durch den Innenraum 3 hindurch parallel zueinander erstrecken. Die Wärmetauscherrohre 4 sind außenseitig mit Lamellen 5 versehen, die sich etwa parallel zueinander und im wesentlichen quer zur Längsachse der Wärmetauscherrohre 4 sowie im Abstand voneinander erstrecken. Von den beiden Medien, zwischen denen Wärme übertragen werden soll, fließt eins durch den Innenraum 3 des Wärmeübertragers 1," während das andere Medium durch die Wärmetauscherrohre 4 hindurchströmt. contains several heat exchanger tubes 4, which extend in the longitudinal direction of the heat exchanger 1 extend parallel to one another through the interior 3. The heat exchanger tubes 4 are Provided on the outside with lamellae 5, which are approximately parallel to each other and extend substantially transversely to the longitudinal axis of the heat exchanger tubes 4 and at a distance from one another. Of the two media, between which heat is to be transferred, one flows through the interior 3 of the heat exchanger 1, "during the other medium flows through the heat exchanger tubes 4.
In gleicher Weise wie die Lamellen 5 sind auf die Wärmetauscherrohre 4 auch mehrere Umlenkbleche 6 aufgeschoben und auf ihnen befestigt. Diese Umlenkbleche 6 unterscheiden sich von den Lamellen 5 lediglich dadurch, daß sie nur auf einer Seite der Wärmetauscherrohre 4 einen Durchlaß 7 zwischen dem nächstliegenden Wärmetauscherrohr 4 und der Innenfläche des Außenmantels 2 freilassen. Bei den Lamellen 5 ist an zwei einander gegenüberliegenden Stellen ihres Umfanges beiderseits der Wärmetauscherrohre 4 jeweils ein solcher Durchlaß 7 vorgesehen. Die Durchlässe 7 dienen dazu, das die Wärmetauscherrohre 4 sowie deren Lamellen 5 und Umlenkbleche 6 außenseitig umströmende Medium in axialer Richtung an der Innenwand des Außenmantels 2 entlang strömen zu lassen. Dies ist jedoch nur bis zum nächsten Umlenkblech 6 möglich, weil dieses dichtend an der Innenfläche des Außenmantels 2 anliegt und die Strömung in axialer Richtung unterbricht. Das Medium ist daher gezwungen, quer zur Längsrichtung des Wärmeübertragers zwischen den Lamellen 5 hindurch auf die andere Seite der Wärmetauscherrohre 4 hinüber zu fließen und durch den dort vorhandenen Durchlaß 7 des betreffenden Umlenkbleches 6 hindurchzuströmen, um in axialer Richtung des Wärmeübertragers 1 voranzukommen, Ein Teil des Strömungsweges des Mediums, welches die Wärmetauscherrohre 4 außenseitig umströmt, ist mit dem Pfeil χ angedeutet.In the same way as the fins 5, several deflection plates 6 are pushed onto the heat exchanger tubes 4 and attached to them. These baffles 6 differ from the slats 5 only in that they are only on one side of the heat exchanger tubes 4 have a passage 7 between the nearest one Heat exchanger tube 4 and the inner surface of the outer jacket 2 leave blank. In the case of the fins 5, the circumference of the heat exchanger tubes is at two opposite points 4 such a passage 7 is provided in each case. The passages 7 serve that the heat exchanger tubes 4 as well the lamellae 5 and baffles 6 thereof, the medium flowing around the outside in the axial direction on the inner wall of the outer jacket 2 to let flow along. However, this is only possible up to the next baffle 6, because this forms a seal on the inner surface of the outer jacket 2 is applied and the flow interrupts in the axial direction. The medium is therefore forced to transverse to the longitudinal direction of the heat exchanger between the fins 5 to flow over to the other side of the heat exchanger tubes 4 and through the passage 7 of the baffle in question there 6 to flow through in order to advance in the axial direction of the heat exchanger 1, part of the flow path the medium which flows around the outside of the heat exchanger tubes 4, is indicated by the arrow χ.
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- li -- li -
In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß die Lamellen und die Umlenkbleche 6 auf einem wesentlichen Teil ihres Umfanges etwa die gleichen Abmessungen und die gleiche Ausbildung besitzen sowie dichtend an der Innenfläche des Außenmantels 2 anliegen. In Fig. 2 it can be clearly seen that the lamellae and the baffle plates 6 on a substantial part of their circumference have approximately the same dimensions and the same design and bear against the inner surface of the outer jacket 2 in a sealing manner.
Fig. 5 und 4 zeigen im wesentlichen die gleiche Ausbildung wie Fig. 1 und 2 mit dem Unterschied, dafr bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 für das zweite Medium nur ein einziges im Querschnitt jedoch etwas größeres Wärmetauscherrohr 4 zur Verfügung steht, durch welches dieses hindurchfließen kann, j während in Fig. 1 und 2 hierfür insgesamt sieben Wärmetauscherrohre 4 vorgesehen sind.Figs. 5 and 4 show essentially the same design 1 and 2 with the difference, therefor in the embodiment according to FIGS. 3 and 4 for the second medium only a single heat exchanger tube which is somewhat larger in cross section 4 is available through which this can flow, j while in Fig. 1 and 2 a total of seven heat exchanger tubes 4 are provided for this.
Der Wärmeübertrager gemäß Fig. 5 und β entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 4 und unterscheidet sich gegenüber dieser lediglich dadurch, daß anstelle von quer zur Längsachse verlaufenden Lamellen 5 Rippen 8 das Wärmetauscherrohr 4 schraubenlinienförmig umgeben. Auch die Umlenkbleche 6 eind schraubenlinienförmig und einstückig mit den Rippen 8 ausgebildet. Sie unterscheiden sich gegenüber den Rippen 8 wiederum nur dadurch, daß sie lediglich einen Durchlaß 7 freilassen, während die Rippen 8 jeweils zwei einander gegenüberliegende Durchlässe 7 bilden. |The heat exchanger according to FIG. 5 and β corresponds to essential to the embodiment according to FIGS. 5 and 4 and differs compared to this only in that instead of transverse slats to the longitudinal axis 5 ribs 8 the Surrounding heat exchanger tube 4 helically. Also the baffles 6 and formed in a helical manner and in one piece with the ribs 8. They differ from the Ribs 8, in turn, only in that they leave only one passage 7 free, while the ribs 8 each have two mutually opposite Form passages 7. |
Eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 5 und 6 ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Dort sind die freien Querschnittsflächen der Durchlässe 7 für das in axialer Richtung strömende Medium bei den Umlenkblechen 6 überall gleich und am größten, während bei den Rippen die Querschnittsfläche der Durchlässe 7 zum Durchlaß J der Umlenkbleche 6 hin bis auf dessen Größe zunimmt bzw. auf der durch die Umlenkbleche 6 abgedichteten Seite des Wärmetauscherrohres 4 zu dem betreffenden Umlenkblech 6 hin abnimmt. Auf diese Weise sind die Querschnittsflächen der Durchlässe 7 der jeweiligen Durchflußmenge des die Rippen 8 umspülenden Mediums angepaßt.An embodiment similar to that of FIGS. 5 and 6 is shown in FIGS. There the free cross-sectional areas of the passages 7 for the medium flowing in the axial direction in the baffles 6 are everywhere the same and largest, while in the ribs the cross-sectional area of the passages 7 to the passage J of the baffles 6 increases up to its size or on the The side of the heat exchanger tube 4 sealed by the baffle plates 6 decreases towards the relevant baffle plate 6. In this way, the cross-sectional areas of the passages 7 are adapted to the respective flow rate of the medium flowing around the ribs 8.
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