DE2744263B2 - Röhrenwärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrenwärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Röhrenwärmeaustauscher bekannt (GB-PS 13 06 864 und GB-PS 3 08 715), bei denen ein Medium durch die Rohre des Rohrbündels fließt und ein anderes Medium durch Umlenkplatten so um die Rohre geleitet wird, daß dieses immer wieder in eine Querströmung zum Rohrbündel kommt. Durch die Anzahl der Umlenkplatten wird die Anzahl der Querströmungen bestimmt. Am bekanntesten sind bei diesen Wärmeaustauschern Abschnitts- oder Ringschotten. Diese bekannten Wärmeaustauscher haben den Nachteil, daß beim 'jeweiligen Umlenken des Mediums Längsströmungen und vor allem Schadräume entstehen, die den Wärmeaustausch negativ beeinflussen. Ferner muß für das dauernde Umlenken Energie aufgewendet werden, wodurch sich ein Druckverlust ergibt. Durch den beim Umlenken entstehenden Staudruck ergeben sich an den Rohrdurchführungen sowie zwischen den Umlenkplatten und dem Wärmeaustauschermantel sogenannte »by-passes«, wodurch der wärmetechnische Wirkungsgrad verschlechtert wird.

Es sind bereits Röhrenwärmeaustauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekanntgeworden (DE-PS 8 09 816, GB-PS 2 48 712, GB-PS 6 67 281 und US-PS 9 48 835). Diese Wärmeaustauscher bestehen im wesentlichen aus vier (separaten) Teilen, einem rohrförmigen Mantel, einem Kern, einem auf den Kern aufgeschobenen spi-alförmigen Leitblech und einem durch Bohrungen in dem Leitblech hindurchgeführten Rohrbündel. Die Bohrungen für die einzelnen Rphre müssen in den schräg verlaufenden Flächen des spiralförmigen Leitbleches vorgesehen werden und pro Rohr in Axialrichtung miteinander fluchten. Die Herstellung ist daher, insbesondere wegen der notwendigen größeren Zahl von Windungen der Spirale, relativ aufwendig und kostspielig, was vor allem für Sonderanfertigungen zutrifft. Wenn Vorratsfertigung erfolgt, ist eine entsprechend große und kostspielige Lagerhaltung notwendig. Im Bereich des rohrförmigen Kerns dieser bekannten Wärmeaustauscher sind relativ große Schadräume vorhanden, in denen der Wärmeaustausch gering ist, was insbesondere bei Wärmeaustauschern geringeren Druchmessers und der dadurch bedingten geringeren Zahl von ringförmigen Kühlrohranordnungen der Fall ist. Hierdurch wird der wärmetechnische Wirkungsgrad verschlechtert.

Die US-PS 15 25 0S4 zeigt einen Wärmeaustauscher, bei dem Leitbleche von Rohren durchsetz! sind. Die Leitbleche sind in Form von feststehenden Propellerflügeln ausgebildet Die Flügel sind entweder sämtlich an Umfangsstangen oder an einem zentralen Rohr befestigt Ein Leitblech in Form einer durchgehenden Spirals ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar. Diese Druckschrift zeigt auch einzeln zusammensetzbare Leitblechelemente, die wie ein einzelner Propeller ausgebildet sind. Duich die vielen Unterbrechungen der Zwangsführung des die propellerflügelähnlichen Leitbleche umströmenden Mediums entstehen zwangsweise starke Verwirbelungen und Strömungsabrisse und damit ungünstige Strömungsverhältnisse und strömungsmäßige Toträume. Hierdurch ist der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers schlecht Die Herstellung der Propellerflügel-Leitbleche oder -Elemente ist technisch relativ aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß eine rationellere Fertigung und leichterer Zusammenbau, insbesondere auch für Sonderanfertigungen sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschers erzielbar

» ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden also einzelne, einstückige Grundelemente geschaffen, die jeweils aus einem integrierten Kernrohr und spiralförmigem Leitblech bestehen. Diese Grundelemente sind für die verschiedensten Größen jeweils einheitlich und können zu größeren beliebigen Längen — je nach Bedarf und Leistung — zusammengesetzt werden. Die Grundelemente können numehr durch die Integration von Kernrohr und Leitblech im Gußverfahren gleichzeitig mit den notwendigen Löchern für die Kühl- oder Heizmittelrohre hergestellt werden. Aber auch das

■so nachträgliche Einarbeiten der Löcher gestaltet sich relativ einfach wegen der geringen Länge der Grundelemente und der angeformten spiralförmigen Leitbleche. Durch die Anwendbarkeit von Gußverfahren wird der Umfang der verwendbaren Materialien erheblich vergrößert. Vor allem können leichte Gußmaterialien, wie Aluminium und Aluminiumverbindungen, zur Gewichtseinsparung vorteilhaft eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Herstellungsaufwand erheblich reduziert werden. Die Lagerhaltung ist unproblematisch, weil nur noch einheitliche, zu größeren Einheiten auf einfache Art und Weise zusammensetzbare Grundelemente bereitgehalten zu werden brauchen. Sonderanfertigungen sind ohne zusätzlichen Aufwand möglich.

Durch die im Anspruch 2 angegebene vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, durch welche beispielsweise bei einer Spirale mit einer vollständigen Windung die Spiralendflächen axial

miteinander fluchten, kann die Ausrichtung der Grundelemente wesentlich erleichtert bzw. überflüssig gemacht werden, da durch die beanspruchte Ausbildung, 'ind zwar durch die gegenseitige Anlage der Spiralenden benachbarter Enden der Grundelemente, eine Fixierung in Umfangsrichtung erfolgt. Fi:rner wird hierdurch ein nachtloser Übergang von Spirale zu Spirale erzielt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfin-Jungsgemäßen Aufgabenlösung ist im Anspruch 7 gekennzeichnet Hierdurch werden die Schadräume verkleinert urA der Wärmeaustausch optimiert.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines aus integriertem, geschlossenem Kernrohr und spiralförmigem Leitblech bestehenden erfindungsgemäß ausgebildeten Grundeiements für Wärmeaustauscher, wobe^: zusätzlich ein zweites Grundelement in Teildarstellung gezeigt ist zur Verdeutlichung des Zusan: menfügens zweier erfindungsgemäßer Grundelemente,

Fig.2 eine perspektivische Detailansicht des in der F i g. 1 verdeckten linken Teiles des erfindungsgemäßen Grundelementes und

Fig.3 einen schematischen Schnitt durch einen vollständig montierten Wärmeaustauscher, bei dem mehrere erfindungsgemäße Grundelemente nach den F i g. 1 und 2 verwendet sind.

Es sei Bezug genommen auf die F i g. 1 und 2, in denen jeweils gleiche Teile aus Vereinfachungsgründen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Diese Figuren zeigen ein im wesentliche.ι geschlossenes hohlzylindrisches Kernrohr 2 mit einem mit dem Kernrohr integriert ausgebildeten Leitblech bzw. Leitblechstück 4, das hier die Form einer Spirale mit einer Windung hat. Das Kernrohr und das Leitblechstück bilden so ein einstückiges Grundelement 3. Anstelle einer Spirale mit einer vollen Windung können auch Spiralen mit nur einem Teil einer Windung am Grundelement vorgesehen sein, wobei jedoch die Länge des Kernrohres im wesentlichen stets der axialen Länge der Spirale bzw. des Leitblechstückes entspricht. Die Steigung der Spirale kann selbstverständlich den jeweiligen speziellen Anforderungen angepaßt werden.

Das Kernrohr 2 weist an seinem einen Ende 6 einen stufenförmig erweiterten Innendurchmesser auf, so daß eine innere ringförmige Ausnehmung 8 und eine innere Stufe 10 gebildet sind. Am anderen Ende 12 weist das Kernrohr 2 einen stufenförmig verringerten Außendurchmesser auf, so daß eine äußere ringförmige Ausnehmung 14 und eine äußere Stufe 16 gebildet sind. Der verringerte Außendurchmesser entspricht dem vergrößerten Innendurchmesser und die Tiefe der äußeren Stufe ist geringer als die Tiefe der inneren Stufe, wodurch die Grundelemente einwandfrei zusammensetzbar sind.

Das Leitblechstück 4 ist — axial gesehen — mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Lochreihen versehen, deren Löcher 18, 20 versetzt zueinander angeordnet sind, um so sin möglichst dichtes Rohrbündel (nicht dargestellt) für das Kühlmittel zu erzielen. Die Zahl der Lochreihen sowie die Anordnung der Löcher ist beliebig variierbar. Die Spirale des Leitblechstückes ist an einem Ende 22 in etwa um die Dicke des Leitblechstückes über den Rand des Endes 6 des Kernstückes 2 hinaus verlängert und fluchtet am anderen Ende 24 in etwa mit der Stufe 16, so daß durch Verdrehen der Grundelemente 3 gegeneinander die

ίο Flächen der Spiralenden 22 und 24 benachbarter Grundelemente gegeneinander zur Anlage kommen und ein glatter Übergang von Spirale zu Spirale erzielbar ist. Außerdem erfolgt hierdurch eine umfangsmäßige Fixierung, so daß wegen der identischen

ij Ausbildung der Grundelemente zum Durchstecken der nicht dargestellten Kühlmittelrohre automatisch eine Ausrichtung der Löcher 18,20 in Axialrichtung erfolgt.

Bei Verwendung runder Löcher 18 und 20 und/oder einer versetzten Anordnung dieser entstehen Bereiche zwischen dem Kernrohr und den Löchern bzw. den nicht dargestellten Rohren, die einen gewissen Schadraum darstellen, in dem der Wärmeaustausch geringer ist. Um diesen Schadraum zu verkleinern, weist das Kernrohr 2 auf seiner Mantelfläche axial verlaufende Rippen 26 auf, die aus strömungstechnischen Gründen vorzugsweise — wie dargestellt — zylindrisch sind. Die Löcher können auch eine andere als runde Form haben.

Als Material für c'as Grundelement eignen sich

insbesondere sämtliche Materialien, die eine Herstellung im Gußverfahren gestatten. Gut geeignet ist Aluminiumguß wegen seines geringen Gewichtes.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die F i g. 3. in der ein vollständiger Röhrenwärmeaustauscher 28 dargestellt ist. Der Wärmeaustauscher besteht aus einem Mantel 30, der beidseitig mit Rohrboden 36 und 38 versehen ist.

Der Mantel 30 weist einen Einlaßstutzen 40 und einen Auslaßstutzen 42 für das zu kühlende oder zu erwärmende Medium auf. Im Mantel sind zwischen den Stutzen 40 und 42 vier Grundelemente 44,46,48,50 aus je integriert ausgebildetem Kernrohr und spiralförmigem Leitblechstück 52 bzw. 54 angeordnet. Die Verbindungsstellen 56 zwischen den Grundelementen sind gestrichelt eingezeichnet.

In den Leitblechstücken sind Löcher 58, 60 vorgesehen, durch die ein das Kernrohr 52 umgebendes Rohrbündel 62 gezogen ist, das in den Rohrboden 36 und 38 endet. Der Mantel 30 ist beidseitig mit Deckeln 64 und 66 versehen, wobei der Deckel 66 mit einem Einlaß- und Auslaßstutzen 68 bzw. 70 für das Kühl- oder Heizmittel versehen ist. Zwischen dem Deckel 66 und dem Rohrboden 38 ist eine zwei Kammern aufweisende Einlaßkammer 72 und zwischen dem Deckel 64 und dem Rohrboden 36 ist eine Umlenkkammer 74 angeordnet.

Die Strömungsrichtung des Kühl- oder Heizmittels ist durch die Pfeile in dem gestrichelten Linienzug 76 und die des zu kühlenden oder zu erwärmenden Mediums durch die Pfeile im strichpunktierten/durchgezogenen Linienzug 78 angezeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Röhrenwärmeaustauscher mit einem geschlossenen Kernrohr, um das ein spiralförmiges, mit axial ausgerichteten Bohrungen versehenes Leitblech für ein Strömungsmittel angeordnet ist, das von einem das zweite Strömungsmittel transportierenden Rohrbündel axial durchsetzt und von einem Mantelrohr umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (2) zusammen mit dem spiralförmigen Leitblech (4) aus mit dem Leitblech einstückig herstellbaren Teilrohren zusammengesetzt ist, deren Länge bis zu etwa der axialen Länge einer vollständigen Windung des Leibleches entspricht

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (22, 24) der Spirale oder Teilspirale der Leitblechstncke (4) in Radialebenen zur Kernrohrachse liegen und daß jeweils ein Ende (z. B. 22) in axialer Richtung über das freie Ende des Kernrohrs (2), z. B. um eine der Dicke der Leitblechstücke (4) entsprechende Länge, vorsteht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrohre (2) außen angeformte axiale, die Leitblechstücke (4) durchsetzende Rippen (26) aufweisen.