DE2210743A1

DE2210743A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2210743A1
Application number: DE19722210743
Authority: DE
Inventors: Robert Ferolles Attilly Guyard (Frankreich)
Original assignee: BSL Bignier Schmidt Laurent SA
Current assignee: BSL Bignier Schmidt Laurent SA
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-06
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2128127A1; FR2128127B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten, von denen eine in einem Rohrbündel mit metallenen Rohren und die andere um diese Rohre herum in einer das Rohrbündel aufnehmenden Kammer strömt.

Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, einen Wärmetauscher dieser Art so auszugestalten, daß die Anzahl der Rohre des Rohrbündels an die jeweils gewünschte Leistung des Wärmeaustauschers leicht angepaßt werden kann, ohne daß das Außengehäuse des Wärmetauschers verändert werden muß, wobei der Wärmetauscher den selben, so klein wie möglich gehaltenen Platz-bedarf beansprucht.

Mit der Erfindung sollen insbesondere die Schwierigkeiten beseitigt werden, die bei Wärmetauschern zum Heizen von im Haushalt zu verwendenden Wasser auftreten, das zum Verbrauch in Ein- oder Mehrfamilien-Wohngebäuden bestimmt ist und mit unter Druck

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stehenden, zu einem derartigen Verbrauch ungeeignetem Wasser aufgeheizt wird.

Verständlicherweise ist bei einem derartigen Anwendungsfall die Anzahl der Rohre des Rohrbündels des Wärmeaustauschers abhängig von der Anzahl der Verbraucher zu wählen. Es ist daher zweckmäßig, einen Wärmeaustauscher einzusetzen, der aufgrund seiner Konzeption einfach an den jeweils vorliegenden Durchschnittsverbrauch anpaßbar ist.

Die bekannten Wärmeaustauscher, von denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele schematisch in den Fig. 1 bis 4 dargestellt und mit den Bezugszeichen 1 bis 4 bezeichnet sind, wobei die Rohre schlangenförmig in einem Zylinder (Fig. 1) oder haarnadelförmig (Fig. 2) oder mit im wesentlichen geradlinigen Abschnitten (Fig. 3 und 4) ausgebildet sind, können in der oben beschriebenen Hinsicht nicht befriedigen.

Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Rohr eine Spirale bildet, bei der der Abstand zwischen zv/ei aufeinander folgenden Windungen höchstens gleich dem Außendurchmesser des Rohres ist, daß die so gebildeten Spiralen koaxial und derart geschichtet sind, daß in der von ihnen gebildeten Anordnung der Abstand einer beliebige Windung eines beliebigen Rohres von dem ihm benachbarten Rohr oder von den ihm benachbarten Rohren höchstens gleich dem halben Außendurchmesser des Rohres ist, und daß die Enden der Rohre des Rohrbündels mit außerhalb des Rohrbündels angeordneten Sammlern verbunden sind. Eine derartige Konzeption eines Wärmeaustauschers ermöglicht, Rohre mit nahezu gleich großen Innenquerschnitten und nahezu gleichen Längen zu verwenden, derart, daß zwei beliebige Rohre eines Rohrbündels keinen Innendurchmesser- oder Längenunterschied von mehr als 10 % haben. Die Windungen eines beliebigen Rohres des Rohrbündels oder der Rohrschichtung können teilweise aber

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auch nur teilweise zwischen die Windungen des oder der "benachbarten Rohre eindringen.

Ein Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist in mehreren Ausführunsformen realisierbar. Bei einer Ausführungsform ist jede Spirale im Raum gemäß einem Kegelstumpf gestaltet, wobei dann das Rohrbündel eine kegelstumpfförmige Gestalt hat. Bei einer anderen Ausführungsform ist jede Spirale in einer Ebene angeordnet, wobei dann das Rohrbündel zylindrische Gestalt hat.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen ■" Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungtbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis h je einen bekannten Wärmetauscher;

Fig. 5 ein Rohr eines Wärmetauschers nach der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Abschnitt eines Wärmetauschers mit Rohren nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht auf eine der Spiralen des Wärmetauschers nach Fig. 6;

Fig. 8 bis 13 je einen Wärmetauscher der Bauart nach Fig. 6 mit unterschiedlich gestaltetem Zu- oder Ablauf für die das Rohrbündel umströmende Flüssigkeit;

Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Rohr eines abgewandelten Wärmetauschers nach der Erfindung und

Fig. 15 ein Rohrbündel nach der Erfindung mit Rohren nach Fig.14.■

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Die in den Fig. 5 bis 13 gezeigten Wärmetauscher betreffen einen Wärmetauscher einer Bauart, bei der jedes Rohr des Rohrbündels von einer Spirale gebildet ist, die sowohl außen als auch innen als Einhüllende einen Kegelstumpf hat.

Fig. 5 zeigt eine solche Spirale 5, welche in dem gezeigten Beispiel die Windungen A bis J aufweist. Außerdem hat das Rohr noch abgebrochene Endstücke, von denen nur die Abschnitte A, A¹ und J, J¹ gezeigt sind und die zur Verbindung des Rohres mit den Sammlern des Wärmeaustauschers bestimmt sind, zu dem das Rohr gehört .

In Fig. 5 ist zu erkennen, daß der Abstand e zwischen zwei benachbarten Windungen kleiner als der Außendurchmesser des Rohrs ist. Vorzugsweise ist dieser Abstand so gewählt, daß das Verhältnis von Abstand zu Außendurchmesser kleiner als O, 8 ist.

Fig. 6 zeigt einen Wärmeaustauscher mit einem von sechs Rohren 6-11 gebildeten Rohrbündel, dessen Rohre im Prinzip identisch sind und je wie das Rohr nach Fig. 5, jedoch mit einer größeren Anzahl von Windungen gestaltet sind.

Die Rohre sind koaxial derart geschichtet, daß sie eine kompakte Anordnung bilden, die durch zwei kegelstumpfförmige Wände 12 und 13 zusammengehalten ist, welche die Wände einer Kammer 14 bilden, in der das Rohrbündel aufgenommen ist.

Der gewünschte Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Rohren des Rohrbündels oder der Rohrschichtung ist mittels zwischengeschalteten Bändern erhalten, welche die Verschiebungen im Rohrbündel aufgrund der Temperaturänderungen aushalten, z.B. Wände aus Glasfasergewebe einer entsprechend den gewünschten Abständen gewählten Stärke von z.B. 0,2 bis 0,8 mm, wobei die Rohre oder nur jeweils eines von zwei Rohren z.B. mit mehreren verteilt an-

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geordneten Bändern versehen ist, von denen jedes eine Umwickelung um die Windungen des Rohres, einer Erzeugenden des Kegels folgend, bildet.

Die äußeren Enden des Rohrbündels sind im Winkel derart zueinander versetzt, daß sie aus der Kammer durch die Mitte des Rohrbündels und durch die Umschließung des Rohrbündels austreten können.

So sieht man in Fig. 6 die Eintrittsenden (oder Austrittsenden) 6A, 9A, 1OA und 11A der Rohre 6, 9, 10 und 11 aus der Kammer 14 in der Mitte des Rohrbündels und die Austrittsenden (oder Eintrittsenden) 6b und 9B der Rohre 6 und 9 aus der Kammer 14 am Umfang des Rohrbündels austreten, wobei die anderen Rohrenden zur Vermeidung von Unklarheit der Zeichnung nicht dargestellt sind. Fig. 7 zeigt schematisch die Verteilung der äußeren Rohrenden in der Mitte des Rohrbündels und einen Abschnitt des Rohres 6.

zum Austauschen Die Flüssigkeit, die in der Kammer um das Rohrbündel/von

Wärme mit der innerhalb der Rohre strömenden Flüssigkeit strömt, kann auf unterschiedliche Weise zu- und abgeführt werden.

Die Kammer 14 kann an ihrem äußeren, nahe der kleinen Grundfläche des Kegelstumpfes gelegenen Ende einen zentralen Kanal 15 und an ihrem anderen Ende einen Ringkanal 16 aufweisen (Fig 8 bis 13).

Außerdem können die kegelstumpfförmigen Wände der Kammer Flüssigkeitskanäle 17 umfassen (Fig. 9).

Die Kammer kann eine das Rohrbündel umgebende starre zylindrische Wand 18 haben, die koaxial zum Rohrbündel angeordnet ist und mit Flüssigkeitskanälen 19 versehen ist (Fig. 13). Diese Wand 18 kann zweckmäßigerweise zum Halten des Rohrbündels in der beschriebenen Anordnung dienen.

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Die Kammer kann in der Mitte des Rohrbündels eine zylindrische starre Wand 20 aufweisen, die koaxial mit dem Rohrbündel ist und Flüssigkeitskanäle 21 aufweist (Fig. 12 und 13). Diese Wand 20 kann ebenso wie die Wand 18 zum Halten des Rohrbündels dienen.

Der Zusammenhalt des Rohrbündels kann auch durch den Wänden 18 und 20 entsprechende, jedoch nicht perforierte Wände sichergestellt werden, wie die Wände 22 und 23 (Fig. 9 und 10).

Die Kammer 14 ist normalerweise in einem Gehäuse 24 angeordnet, das mit der Kammer gemeinsame Wände haben kann.

Das Gehäuse 24 des Wärmetauschers hat in bekannter Weise Kanäle 25 und 26 zum Zuleiten (oder Ableiten) und zum Ableiten (oder Zuleiten) der um die Rohre strömenden Flüssigkeit.

Schließlich umfaßt der Wärmetauscher Sammler 27 und 28 zum Zuführen und Ableiten der durch die Rohre strömenden Flüssigkeit.

Da die Rohre dünnwandig sind (niedrigste Wandstärke bei 1 mm) und aus schmelzschweißbarem Metall bestehen, können ihre Enden vorzugsweise verschweißt sein und zwar jedes Ende mit einem entsprechenden Kragen in dem zugehörigen Sammler, wie einem Kragen 35 gemäß Fig. 13.

Fig. 14 zeigt ein Rohr mit einer ebenen Spirale 30 mit vier Windungen, die bei einem abgewandelten Wärmetauscher nach der Erfindung verwendbar ist. Man erkennt, daß der Abstand e zwischen zwei aufeinander folgenden Windungen kleiner als der Außendurchmesser des Rohres ist.

Fig. 15 zeigt ein Rohrbündel aus vier Rohren 31, 32, 33, 34 von denen jedes wie das Rohr nach Fig. 14 gestaltet ist und die zu einer zylindrischen Anordnung geschichtet sind.

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Bei dieser Ausführung sind die Enden der Rohre im Winkel in ähnlicher Weise wie bei dem Wärmeaustauscher nach Fig. 6 versetzt, so daß die einen Rohrenden in der Mitte und die anderen Rohrenden am Umfang des Rohrbündels angeordnet werden können.

Die beiden beschriebenen Ausführungsformen haben gemeinsam den Vorteil, daß aufgrund der Spiralform der Rohre die Schwierigkeiten bei der differentiellen Ausdehnung zwischen den einzelnen Rohren und den Wänden des Wärmeaustauschers vermindert sind, daß die Rohre hinsichtlich Querschnitt und Länge identisch sein können und daß die Anzahl der Rohre eines Rohr^-lndels einfach abgeändert werden kann, so daß Baureihen von Wärmeaustauschern hergestellt werden können, deren Typen sich nur durch die Anzahl der Rohre in dem betreffenden Rohrbündel unterscheiden.

Wie bei dem bekannten Wärmeaustauscher können die Rohre mit Rillen oder Rippen zum Verbessern des Wärmeaustausches versehen sein. Im letztgenannten Fall ist der Außtendurchmesser des Rohres durch den Außendurchmesser der Rippen bestimmt.

Im einzelnen kann der Wärmeaustauscher nach der Erfindung noch wie folgt ausgestaltet sein:

Die Sammler 27, 28 können außerhalb des Rohrbündels angeordnet sein;

Dieses Röhrt ^del kann vorzugsweise geringe Querabmessungen haben, wobei der Außendurchmesser des Rohrbündels kleiner als 100 cm gehalten werden kann, während der Innendurchmesser kleiner als 35 cm ist. Ein so gestalteter Wärmeaustauscher ist besonders zweckmäßig bei der Erwärmung von Flüssigkeiten zum Verbrauch im Haushalt.

Ansprüche:

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Claims

Ansprüche

M J Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten, von denen eine in einem Rohrbündel mit metallenen Rohren und die andere um diese Rohre herum in einer das Rohrbündel aufnehmenden Kammer strömt, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes Rohr (5; 6-11; 31-34) eine Spirale bildet, bei der der Abstand (e) zwischen zwei aufeinander folgenden Windungen (A-J) höchstens gleich dem Außendurchmesser des Rohres ist, daß die so gebildeten Spiralen koaxial und derart geschichtet sind, daß In der von ihnen gebildeten Anordnung der Abstand einer beliebigen Windung eines beliebigen Rohres von dem ihm benachbarten Rohr oder von den ihm benachbarten Rohren höchstens gleich dem halben Außendurchmesser des Rohres ist, und daß die Enden der Rohre des Rohrbündels mit außerhalb des Rohrbündels angeordneten Sammlern verbunden sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chne t , daß die Rohre des Rohrbündels etwa gleiche Innenquerschnitte und etwa gleich Länge haben.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Spirale (5; 6-11) die Gestalt eines Kegelstumpfes hat und daß das Rohrbündel ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chn e t , daß die Kammer (14) zwei kegelstumpfförmige Wände (12, 13) hat, die sich innen und außen an das Rohrbündel anschmiegen.

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5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spirale (31-34) eben ist und daß das Rohrbündel zylindrische Gestalt hat.

6. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre des Rohrbündels durch die Wände der Kammer in einer kompakten Anordnung gehalten sind.

7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer eine um das Rohrbündel herum angeordnete starre Umfangswand hat, die zylindrisch und koaxial mit dem Rohrbündel ausgebildet ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand Kanäle für die andere Flüssigkeit aufweist.

der

9. Wärmetauscher nach einem/vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet , daß die Kammer in der Mitte des Rohrbündels eine zentrale starre Wand hat, die zylindrisch und koaxial mit dem Rohrbündel ausgebildet ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzei chn e t , daß die zylindrische starre Wand Kanäle für die andere Flüssigkeit aufweist.

11. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer mindestens einen Ringkanal für die andere Flüssigkeit an einem Ende des Rohrbündels aufweist.

1-2. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer an den beiden Enden des Rohrbündels Wände aufweist, die Durchlässe für die Zu- und Ableitung der anderen Flüssigkeit aufweisen.

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mit einem

13. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche/ZuIauf-

Sammler und einem Ablaufsammler für die in den Rohren des Rohrbündels zirkulierende Flüssigkeit, dadurch gekennzei chn e t , daß die Rohre dünne Wände haben und aus schmelzschweißbarem Metall bestehen, wobei die Enden jedes Rohres in den entsprechenden Sammler hinein durch die Wand durchgeführt sind, in welcher das betreffende Ende durch Bildung eines Kragens verschweißt ist.

14. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der Rohre im Winkel versetzt sind, wobei die einen Enden durch die Mitte des Rohrbündels verlaufen und die anderen Enden vom Umfang des Rohrbündels wegragen.

15. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der gewünschte Abstand zwischen den aufeinander folgenden Rohren des Rohrbündels mittels zwischengeschalteten Bändern erhalten ist, die die Verschiebungen im Rohrbündel aufgrund der Temparaturänderungen aus-

den

halten, z.B. Bänder aus Glasfasergewebe einer entsprechend / gewünschten Abständen gewählten Stärke (0,2 bis 0,8 mm), wobei die Rohre oder nur jeweils eines von zwei Rohren/eit'mehreren verteilt angeordneten Bändern versehen ist, von denen jedes eine Umwickelung um die Windungen des Rohres,einer Erzeugenden des Kegele folgend, bildet.

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