DE2028729C3

DE2028729C3 - Wärmetauscher mit einem zylinderförmigen, an seinen beiden Enden abgeschlossenen Mantel und mit in Längsrichtung innerhalb des Mantels verlaufenden Rohren

Info

Publication number: DE2028729C3
Application number: DE2028729A
Authority: DE
Inventors: Maurice R. Hamburg N.Y. Garrison (V.St.A.)
Original assignee: American Precision Industries Inc
Current assignee: American Precision Industries Inc
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1970-06-11
Publication date: 1980-07-31
Also published as: FR2092687A1; DE2028729B2; FR2092687B1; DE2028729A1

Description

Wärmetauscher mit einem zylinderförmigen, an seinen beiden Enden abgeschlossenen Mantel und mit in Längsrichtung innerhalb des Mantels verlaufenden Rohren.

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher von der im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Gattung.

Bei einem bekannten Wärmetauscher (GB-PS 30 552) sind im Innern des Mantels quer zu dessen Längsachse und unier kurzen gegenseitigen Abständen Umlenkplatten angeordnet. Mit diesen Umlenkplaltcn wird die Slrömungsrichtung des Wärmcaustauschmittcls um je 180° gewendet und damit sichergestellt, daß es den Mantel auf dessen gesamten Querschnitt durchströmt. Die Änderungen der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels bedingen jedoch ein hohes Druckgefälle. Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher der im Oberbegriff des Patentanspruchs I genannten Gattung (DE-GM 18 01 747), bei dem Einlaß und Auslaß auf der gleichen Seite liegen, muß das Wärmeaustauschmittel ebenfalls an im Mantel und quer zu dessen Längsachse liegenden Umlenkplatten vorbeislrömen. Auch diese Umlenkplatten stellen sicher, daß das Wärmeaustauschmiitel das gesamte Bündel der im Mantel angeordneten Rohre umströmt. Auch hier wird dps Umströmen sämtlicher Rohre mit einem hohen Druckabfall erkaufu

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der genannten Gattung so auszubilden, daß das Wärmeaustauschmittel sämtliche im Mantel angeordneten Rohre gleichmäßig in Quer- und Längsrichtung umströmt, ohne daß es dabei durch plötzliche Umkehr der Strömungsrichtung oder aus anderen Gründen zu einem

ία unnötigen Druckabfall kommt. Die Lösung Xür diese

Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten

Merkmalen.

Die parallel zum Mantel gebogene und zwischen

diesem und den Rohren verlaufende Wand und die radial dazwischen verlaufende Querwand bilden einen Einlaß- und einen Auslaßbereich- Der Einlaßbereich ist nach der einen und der Auslaßbereich nach der anderen Seite offen, da die Längswände je eine Seite abschließen. Das heißt, daß das durch den Einlaß einströmende Wärmeaustauschmittel entlang der in Längsrichtung verlaufenden größeren offenen Seite des Einlaßbereiches auf die Rohre auftrifft und damit in Längsrichtung über diese verteilt wird. Nach dem Durchlauf durch die Rohre verläßt das Wärmeaustauschmittel diese über die auf der anderen Seite und am anderen Ende liegende offene Seite des Auslaßbereiches, in den sie eitureten. Damit wird sichergestellt, daß das Wärmeaustauschmiitel ohne plötzliche Richtungs umkehr die Rohre auf deren gesamter Länge umströmt. Die auf der einen oder anderen Seile liegende gelochte Längsplatte stellt zusätzlich sicher, daß das Wärmeaustauschmittel auch sämtliche radial auseinanderliegcnden Rohre umströmt und sich nicht auf radial außen oder innen liegende Rohre beschränkt. Die gelochte Längswand unterstützt auch die Verteilung des Wärmcaustauschmitlcls in Längsrichtung. Damit wird eine optimale Umströmung sämtlicher Rohre gewährleistet.

Mit den im Patentanspruch 2 aufgeführten Merkmalen wird erfindungsgemäß weiter sichergestellt, daß Kondensat von den Rohren abtropfen und in einer Kondensatsammelkammcr sammeln kann. Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. I eine Seitenansicht des Wärmetauschers, teilweise aufgebrochen, F i g. 2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in

so F i g. 1 und

F i g. 3 ein Schnitt durch eine konstruktive Einzelheit, nämlich eine Gleitführung zwischen Endplallcn.

In der Zeichnung ist der Wärmetauscher mil seinem Mantel 10, Füßen H und Endplallcn 12 und 14 dargestellt. Eine obere Wand 16 und eine gekrümmte untere Wand 18 verlaufen im wesentlichen in Längsrichtung des Mantels 10 und sind im Querschnitt bogenförmig gekrümmt, so daß sie parallel zum Mantel 10 verlaufen und einen kleineren Durchmesser als dieser aufweisen. Die Enden der oberen und unteren Wand 16 und 18 sind an den Endplallcn 12 und 14 befestigt und bilden mil diesen ein einheitliches Bauteil. Die untere Wand 18 ist mil einer oder mehreren Abflußöffnungen IS verschen, welche in eine Kondensatsammelkammcr 17 münden, die /.wischendem Boden des Mantels 10 und der unteren Wand 18 liegt. Der Mantel 10 weist seinerseits Abflußöffnungen 19 zur Abfuhr von Kondensat aus der Kammer 17 auf. Eine Längswand 21 ist in

Längsrichtung der unteren Wund 18 zwischen dieser und dem Mantel 10 angeordnet, um den Zustrom von Wärmeaustausehmittel in die Kandensatsammelkammer 17 zu verhindern.

Die Bezeichnungen obere, untere, aufwärts, abwärts, oberes Ende, unteres Ende, links, rechts usw. werden nachstehend nur zur Erleichterung der Beschreibung unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 verwendet und schränken die Erfindung iir keiner Weise ein.

Ein Bündel 20 aus Rohren 22, die an ihren beiden to Enden durch Endplatten 24 und 26 flüssigkeitsdicht abgestützt sind, liegen mit Abstand vom Mantel 10 in diesem. Mehrere in Längsrichtung im Abstand liegende Rippenplatten 28, die zwischen den Endplatten 24 und 26 angeordnet sind, ver'aufen quer zu den Rohren 22 und sind mit Öffnungen zur flüssigkeitsdichten Aufnahme der Rohre versehen. Die Rippenplatten 28 sind in bekannter Weise an den Rohren 22 befestigt. Das ganze Bündel 20 ist innerhalb des Mantels 10 zwischen den Wänden 16 und 18 in Längsrichtung verschiebbar.

Jede Rippenplatte 28 weist parallel zueinander liegende Seitenkanten 30 und 32 auf, die senkrecht zwischen den Wänden 16,18 verlaufen und Seitenwände bilden, die in Längsrichtung der Rohre 22 verlaufen. Diese Rippenplatte^ haben gewöhnlich Rechteckform. Die Rippenplatten 28 sind so ausgebildet, daß sie sich den Wänden 16 und 18 eng anpassen in einer Weise, weiche ein relatives Gleiten zuläßt. Zu diesem Zweck weist das obere Ende jeder Rippenplatte 28 Sehnen 34, 36,38 und das untere Ende Sehnen 40,42,44 auf, weiche Durchlässe 46, 48, 50 zwischen sich und der unleren Wand 18 begrenzen, um die Zwischenräume zwischen benachbarten Rippenplatten 28 zu verbinden. Die Rippenplatlen 28,die eine solche Ausbildung des oberen und unteren Endes aufweisen, ermöglicher, die Ausnützung im wesentlichen des ganzen zwischen den Wänden 16, 18 verfügbaren Raumes und bilden im Abstand voneinander liegende Stützpunkte, welche das Gleiten zwischen den Wänden erleichtern.

Eine Abstandsplattc 52 trennt die Endplatte 24 vom Deckel 86, und diese Elemente sind an der Endplatte 12 des Mantels 10 befestigt.

Um die relative Ausdehnung und Zusammenziehung zwischen dem Mantel 10 und den Rohren 22 auszugleichen, ist am linken Ende der Einheil eine besondere Einrichtung vorgesehen. Sie besteht aus einem mnd um die Endplatte 26 angeordneten Mattering 54, der über das Ende der Endplatte 14 des Mantels 10 hinausragt (F i g. 3). Der Ring 54 weist einen abgeschrägten ringförmigen Silz 56 auf. der einen Dichtring 58 aufnimmt, welcher gegen die Endplatte 14 des Mantels 10 und die Endplatte 26 des Bündels 20 gedrückt wird, um das Entweichen von Wärmeaus-(auschmcdium zu verhindern. Der Haltering 54 ist an der Endplatte 14 durch Schrauben 55 befcsligt.

Wie Fig. 1 zcijjt, ist am oberen linksseitigen Teil des Mantels 10 ein Einlaß 60 und am oberen rechtsseitigen Teil ein Auslaß 62 befestigt. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß Einlaß 60 und Auslaß 62 etwas gegeneinander versetzt sind und nicht in einer gemeinsamen Längsebenc liegen. Einlaß und Auslaß sind jedoch auf der gleichen Seite des Wärmetauschers angeordnet, was besondere Probleme stellt.

Oberhalb des Bündels 20 sind Einrichtungen vorgesehen, um das Wärmcaustauschmittel durch das ganze Bündel zu drücken und eine Strömung auf kurzem Weg vom Einlaß 60 direkt zum Auslaß 62 zu verhindern. Diese Einrichtungen bestehen aus einer bogenförmigen Querwand 66, die in Umfangsrichtung auf der Oberseite der Wand 16 und senkrecht zwischen dieser und dem Mantel 10 verläuft, um einen Einlaß- 68 und einen Auslaßbereich 70 zu bilden. Eine Längswand 72, die nit einer Kante der Querwand 66 verbunden ist, erstreckt sich senkrecht zu dieser in Längsrichtung des Mantels 10 längs einer Kante der Wand H6 und endet an der Endplatte 14, um zu verhindern, daß Wärmeausiauschmitte! im Uhrzeigersinn aus dem Einlaßbereich 68 strömt, wie F i g. 2 zeigt. Eine Längswand 74, die mit der anderen Kante der Querwand 66 verbunden ist, erstreckt sich senkrecht zu dieser längs der entgegengesetzten Kante der Wand 16 und endet an der Endplatte 12, um zu verhindern, daß Wärmeaustauschmittel im Gegenuhrzeigersinn in den Auslaßbereich 70 strömt, wie F i g. 2 zeigt.

Eine Einrichtung, um das Wärmeaustauschmittel in Längsrichtung der Rohre 22 zu verteilen, hat die Form einer gelochten Längsplatte 80, die vorzugsweise auf der Auslaßseite des Bündels 20 angeordnet ist, das heißt auf der ,echten Seitenwand, wie Fig.2 zeigt. Die Längsplatte 80 erstreckt sich in Längsrichtung des Bündels 20 und senkrecht zwischen den Wänden 16 und 18. Die gelochte Längsplatte 80 kann auch auf der Einlaßseite des Bündels 20 angeordnet werden.

An den beiden Enden des Wärmetauschers sind Deckel 84 und 86 befestigt. Die Deckel dienen zur Verteilung von Kühlmittel in den Rohren 22 des Bündels. Im Betrieb wird Kühlmittel durch Anschlüsse 88 eingelassen und in die Rohre 22 geleitet. Das Kühlmittel strömt in der Längsrichtung des Bündeis 20 in den Deckel 84, wo es in die in der Mitte angeordneten Rohre 22 geleitet und durch das Bündel 20 in den Deckel 86 zurückgeführt wird, aus dem es durch Anschlüsse 90 abgeführt wird.

Das Kühlmittel wird durch das Bündel 20 hindurch in Umlauf gesetzt, um das eine hohe Temperatur aufweisende Wärmeaustauschmittel zu kühlen, das in den Einlaßbereich 68 des Wärmetauschers durch den Einlaß 60 eingelassen wird.

Das Wärmeaustauschmittel kann wegen der Querwand 66 nicht direkt zum Auslaß 62 strömen, sondern strömt wegen des durch die Längswand 72 gebildeten Hindernisses in Umfangsrichtung im Gegenuhrzeigersinn um die obere Wand 16, wie durch die Pfeile A in F i g. 2 angegeben ist. Es strömt daher längs einer Seite der Rohre 22 nach unten und quer zu diesen zwischen den Rippenplatten 28 in der durch die Pfeile A angegebenen Richtung. Am Eintritt in die Kondensatsammeikammer 17 wird es durch die Längswand 21 gehindert. Die gelochte Längsplatte 80 bietet der Strömung genügenden Widerstand, um zu bewirken, daß das Wärmeaustauschmittel auf der Einlaßseite des Bündels 20 der Rohre 22 über deren ganze Länge ve: ;eik wird. Es strömt schließlich durch die rechte Seite des Bündels 20 nach außen und aufwärts in den Auslaßbereich 75, wie durch die Pfeile Bin F i g. 2 angegeben ist, und wird durch den Ausiaß 62 abgeführt.

Im Gegensatz zu den meisten üblichen Wärmetauschern wird das gesamte Volumen nicht auf einem sinusförmigen Weg um eine Reihe von Leitwänden geführt. Es wird vielmehr in der Längsrichtung des Rohrbündels verteilt und strömt nur einmal durch dieses durch. Jede Volumeneinheit strömt nur zwischen einem Paar von Rippenplatten 28, so daß sich im Verlaufe der Strömung nur ein minimaler Druckabfall ergibt.

Die Feuchtigkeit in dem zwischen den Rippenplatten 28 strömenden Wärmeaustauschmitlei kondensiert und

bildet Flüssigkeitströpfehen auf den Platten 28 und auf den Rohren 22, welche unter .Schwerkraftwirkung auf die untere Wand 18 fallen und dort gesammelt werden. Die Flüssigkeit gelangt durch die Durchlässe 46, 48, 50 und die Abflußöffnungen 15 in die Feuchtigkeilssanimel kammcr 17 und kann aus dem Mantel 10 durch die unteren Abflußöffnungen 19 abgeführt werden. Demgemäß wird die Feuchtigkeit aus dem Wärmcaustauschmitlel bei dessen Abkühlung entfernt, um einen gekühlten trockenen Abfluß /u er/iclen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Wärmetauscher mit einem zylinderförmigen, an seinen beiden Enden abgeschlossenen Mantel, mit in Längsrichtung innerhalb des Mantels verlaufenden Rohren, deren radial außen liegende einen Abstand vom Mantel haben, mit je einem auf den Mantel aufgesetzten, in das Mantelinnere führenden Einlaß und Auslaß für ein Wärmetauschmittel, die auf derselben Seite des Mantels mit Längsabstand voneinander angeordnet sind, wobei im Einlaß-Auslaßbereich eine die Rohre abschirmende Wand zwischen diesen und dem Mantel einen Ein- und Auslaßbereich abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohre (22) abschirmende Wand (16) etwa parallel zum Mantel (10) gebogen ist und bis zu dessen beiden Enden reicht, daß eine radiale, die Wand (16) mit dem Mantel (10) verbindende Querwand (66) einen Einlaß- (68) und einen Auslaßbereich (70) trennt, daß eine Längswand (72} im Einlaßbereich (68 den einen Längsrand der Wan« (16) mit dem Mantel (10) und eine Längswand (74) im Auslaßbereich (70) den anderen Längsrand der Wand (16) mit dem Mantel (10) verbindet und daß eine gelochte Längsplatte (80) von der Innenkante der Längswände (72 oder 74) ausgehend die Rohre (20) abdeckt und mit dem Mantel (10) einen Abfuhr- oder Zufuhrbereich für das Wärmetauschmittel bildet.
2. Wärmetauscher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wärmetauscher mit oben liegendem Einlaß und Auslaß für das Wärmetauschmittel unter den Rohren (20) eine von der gelochten Längsfalte (te·) ausgehende, mit dem Mantel (10) gekrümmt·».· Wand (18) mit diesem eine Kondensatsammeikammer (K; bildet, die auf der anderen Seite der Rohre (22) durch eine Längswand (21) vom Strömungsbereich des Wärmetauschmittels abgegrenzt ist.