DE3005958A1 - Heat exchanger with finned inner tube - has larger inlet than outlet for external chamber and second chamber inside - Google Patents
Heat exchanger with finned inner tube - has larger inlet than outlet for external chamber and second chamber insideInfo
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- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
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- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
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Abstract
Description
Fritz O. Schwenkler 1 2. FEb. 1980Fritz O. Schwenkler 1 2nd FEb. 1980
Königsbergerstraße 5
6908 WieslochKoenigsbergerstrasse 5
6908 Wiesloch
Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 29 12 998.4) bezieht sich auf eine Anordnung zum Wärmeaustausch mit mindestens einem mit einer Anzahl von kreisringförmigen Rippen versehenen Rohren, mit einem die Rippen eng umschließenden Leitkörper und einer Einströmdüse und einer Ausströmdüse.The main patent (patent application P 29 12 998.4) relates to an arrangement for exchanging heat with at least a tube provided with a number of annular ribs, with one that tightly encloses the ribs Guide body and an inlet nozzle and an outlet nozzle.
Bei solchen Wärmeaustauschern besteht das Problem, die zu kühlenden1! oder zu erhitzenden Gase oder Flüssigkeiten in möglichst gutem Kontakt zur Wärmeaustauschfläche zu bringen. Beim Gegenstand des Hauptpatentes wird eine gegenüber bekannten Anordnungen verbesserte Umströmung der Wärmeaustauschfläche erreicht, so daß der Wärmeaustauscher mit weniger Rohren bei gleicher Leistung gegenüber konventionellen Wärmeaustauscher gebaut werden kann.The problem with such heat exchangers is that the 1 ! or to bring the gases or liquids to be heated into the best possible contact with the heat exchange surface. In the subject of the main patent, an improved flow around the heat exchange surface compared to known arrangements is achieved, so that the heat exchanger can be built with fewer tubes with the same performance compared to conventional heat exchangers.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Gegenstand des Hauptpatentes im Sinne einer weiteren Verbesserung des Wärmeüberganges von den die Rohre umströmenden Mittel auf diese auszugestalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Demontage der Rohre und damit die Beseitigung von Verschmutzungen zu erleichtern.It is the object of the invention, the subject of the main patent in the sense of a further improvement of the heat transfer from the means flowing around the tubes to them to design. Another object of the invention is the dismantling of the pipes and thus their elimination to ease pollution.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der folgenden Merkmale gelöst:This object is achieved according to the invention by applying the solved the following features:
a) die Höhe der Rippen des Rippenrohres ist kleiner als der Durchmesser des Rohres,a) the height of the ribs of the finned tube is smaller than the diameter of the tube,
b) die Breite E der Einströmöffnung der Einströmdüse ist kleiner als der Durchmesser des Rohres,b) is the width E of the inlet opening of the inlet nozzle smaller than the diameter of the pipe,
c) die Breite A der Ausströmöffnung des Ausströmkanales ist kleiner als die der Eintrittsöffnung der Einströmdüse. c) the width A of the outflow opening of the outflow channel is smaller than that of the inlet opening of the inlet nozzle.
Die Breite der Einströmdüse vermindert sich zuerst in Richtung der Strömungsrichtung auf einen kleinsten Wert E und vergrößert sich dann wieder um einen geringen Betrag. Durch die vorgeschlagene Anordnung werden die Wärmeübergarigswerte zwischen dem wärmeführenden Medium und den Rippenrohren beträchtlich verbessert. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist die geringere Neigung zu Verschmutzungen, weil das Wärmeaustauschrohr voll umströmt ist, daß also nicht wie bei bekannten Anordnungen Teilbereiche der Austauschfläche im "Totwasser" der Strömung liegen. ,.'The width of the inlet nozzle first decreases in the direction of flow to a smallest value E and then increases again by a small amount. With the proposed arrangement, the heat values are overgardened considerably improved between the heat-carrying medium and the finned tubes. Another advantage of the proposed Arrangement is the lower tendency to contamination, because the heat exchange pipe flows completely around is that so not, as in known arrangements, partial areas of the exchange surface in the "dead water" of the flow lie. ,. '
Besonders günstige Wärmeübergangswerte lassen sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die Breite der Einströmöffnung etwa die Differenz zwischen dem Durchmesser des Rohres und der einfachen Höhe einer Rippe beträgt und/oder daß die Breite der Austrittsöffnung ' · . etwa der zweifachen Höhe einer Rippe entspricht.According to the invention, particularly favorable heat transfer values can be achieved achieve that the width of the inflow opening is about the difference between the diameter of the Tube and the simple height of a rib is and / or that the width of the outlet opening '·. about twice as much Corresponds to the height of a rib.
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Dabei beträgt erfindungsgeraäß die Höhe r der Rippen des
Rohres etwa das 0,15- bis 0,3-fache des Durchmessers des
Rohres. Mit diesen Werten wird der Rippenwirkungsgrad besonders günstig. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft,
daß der Durchmesser des Rohres mindestens 70 mm und die Mindeststärke einer Rippe 1,5 mm beträgt. Mit von diesen:
Wert ausgehender Vergrößerung des Rohrdurchmessers verbessert sich der Wärmeübergang.In this case, the height r of the ribs is according to the invention
Pipe about 0.15 to 0.3 times the diameter of the
Pipe. With these values, the fin efficiency becomes particularly favorable. It is also advantageous according to the invention that the diameter of the tube is at least 70 mm and the minimum thickness of a rib is 1.5 mm. With an increase in the pipe diameter starting from this: value, the heat transfer improves.
In zweckmäßiger Weise ist vorgesehen, daß die Leitkörper
aus zwei in einem Gehäuse befestigten halbkreisförmig gebogenen Blechkörpern bestehen.It is expediently provided that the guide body
consist of two semicircular bent sheet metal bodies fastened in a housing.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Leitkörper aus viertelkreisförmig gebogenen Blechteilen bestehen, wobei sich die Einströmöffnungen und gegenüber liegen und die Einströmöffnungen gegenüber den Ausströmöffnungen jeweils um etwa 90° räumlich versetzt gegeneinander angeordnet sind.In a further embodiment of the invention it is provided that the guide body is made of a quarter-circle curved Sheet metal parts exist, with the inflow openings and opposite and the inflow openings are arranged spatially offset from one another by approximately 90 ° in relation to the outflow openings.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausströmöffnung des Ausströmkanales aus parallel
verlaufenden Blechteilen gebildet ist.According to a further feature of the invention it is provided that the outflow opening of the outflow channel is parallel
extending sheet metal parts is formed.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß innerhalb des Rippenrohres ein konzentrisch zu diesem angeordnetes
weiteres Rohr vorgesehen ist, welches über
einen Flansch mit einem weiteren am Rippenrohr angeordneten Flansch verbunden ist.In a further development of the invention it is provided that within the finned tube a concentric to this arranged further tube is provided, which over
a flange is connected to a further flange arranged on the finned tube.
Diese Anordnung erlaubt es, das Innenrohr leicht herauszunehmen, was eine bequeme Kontrolle der inneren Austauschfläche bei Wärmeaustauschern, welche einer sicherheitstechnischen Kontrolle unterliegen, gestattet.This arrangement allows the inner tube to be easily removed, allowing convenient control of the inner exchange surface permitted for heat exchangers that are subject to safety checks.
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Bei dieser Ausführungsform ist in zweckmäßiger Weise das äußere Rohr an seineia Ende mit einem Boden verschlossen.In this embodiment, that is expedient outer tube closed with a bottom at its end.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich die Berippung und des äußeren Rohres nur auf einen Teil seiner Länge erstreckt.Furthermore, it is provided according to the invention that the ribs and the outer tube extends only part of its length.
Dabei ist an der nicht berippten Partie des Rohres dessen Querschnitt erweitert und an dieser Partie ist ein ait einen Gehäuse verbindbarer Flansch sowie ein Rohrstutzen angeordnet. The cross-section of the non-finned part of the pipe is expanded and there is an ait one on this part Housing connectable flange and a pipe socket arranged.
Weitere Ausbildungsformen der Erfindung sind aus den beiden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.Further forms of embodiment of the invention can be found in the two exemplary embodiments.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen in ein Gehäuse eingebauten Wärmeaustauscher nach der Erfindung,1 shows a cross section through a heat exchanger built into a housing according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen von zwei Seiten angeströmten Wärmeaustauscher nach der Erfindung,FIG. 2 shows a cross section through a heat exchanger according to the invention against which flow occurs from two sides, FIG.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung.3 shows a longitudinal section through a heat exchanger according to the invention.
In den Zeichnungen ist mit 5 das Rippenrohr,auf dem ringförmige Rippen 3 angeordnet sind, bezeichnet. Es ist von zwei halbkreisförmigen Leitkörpern, die bei Fig. 1 als Strömungsleitbleche 4 ausgebildet sind, umgeben, so daß zwischen den- LeitblechenJ4 und dem Rohr 5 ein Ringspalt 2 entsteht. Die beiden Strömungsleitbleche 4 gehen in axialer 3Q Richtung in eine parallel zum Rippenrohr 5 verlaufende Einströmdüse 1 mit einer Einströmöffnung 1.1 und eine Ausströmöffnung 1.2 über. Die Einströmdüsen 1 sowie die Ausströrakanäle bestehen jeweils aus Blechen, die an einem Gehäuse 21 befestigt sind. Die Breite E der Einströndüse 1 vermindert sich zuerst in Richtung der Strömungsrichtung auf einen kleinsten Wert E und vergrößert sich dann wieder um einen geringen Betrag.In the drawings, 5 denotes the finned tube on which annular fins 3 are arranged. It is surrounded by two semicircular guide bodies, which are designed as flow guide plates 4 in FIG. 1, so that an annular gap 2 is formed between the guide plates J 4 and the tube 5. The two flow baffles 4 merge in the axial 3Q direction into an inflow nozzle 1 running parallel to the finned tube 5 with an inflow opening 1.1 and an outflow opening 1.2. The inflow nozzles 1 and the outflow channels each consist of metal sheets which are fastened to a housing 21. The width E of the inlet nozzle 1 first decreases in the direction of flow to a smallest value E and then increases again by a small amount.
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Die kleinste Breite der Einströmöffnung 1.1 der Düse ist kleiner als der Durchmesser-des Rohres 5. Sehr günstige Wärmeübertragungswerte lassen sich erreichen, wenn die Breite der Einströmöffnung etwa der Differenz der Größen des Rohrdurchmessers d und der einfachen Höhe r einer Rippe 3 entspricht.The smallest width of the inlet opening 1.1 of the nozzle is smaller than the diameter of the pipe 5. Very favorable Heat transfer values can be achieved if the width of the inflow opening is approximately the difference between the sizes of the pipe diameter d and the simple height r of a rib 3 corresponds.
Die Breite A der Ausströmöffnung 1.2 des Ausströmkanales ist kleiner als die der Eintrittsöffnung 1.1. Sehr günstige Wärmeübertragungswerte lassen sich bei einer Breite A der Austrittsöffnung 1.2 erreichen, wenn diese etwa der zweifachen Höhe r einer Rippe 3 entspricht.The width A of the outflow opening 1.2 of the outflow channel is smaller than that of the inlet opening 1.1. Very favorable heat transfer values can be achieved with a width A. reach the outlet opening 1.2 when this corresponds approximately to twice the height r of a rib 3.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind die Strömungsleitbleche jeweils viertelkreisförmig gestaltet und die beiden Einströmöffnungen liegen sich gegenüber, während die beiden Ausströmöffnungen um jeweils 90° gegenüber den Ausströmöffnungen versetzt angeordnet sind.In the arrangement shown in FIG. 2, the flow baffles are each designed in the shape of a quarter circle and the two inflow openings are opposite each other, while the two outflow openings are each offset by 90 ° with respect to the outflow openings.
Innerhalb des Rippenrohres 3 ist ein zweites Rohr 6 konzentrisch zum Rippenrohr angeordnet und durch Distanzstücke 7 in seiner Lage fixiert. Das eine Ende des Rippenrohres 5 ist durch einen Boden 8 verschlossen. Die Berippung des äußeren Rohres 5 erstreckt sich nur über einen Teil seiner Länge. Es vergrößert sich außerhalb der Berippung in seinem Durchmesser und endet in einem Flansch 14, der mit einem Flansch 15 des inneren Rohres 6 verbunden ist. 'A second tube 6 is concentric within the finned tube 3 arranged to the finned tube and fixed by spacers 7 in its position. One end of the finned tube 5 is closed by a base 8. The ribbing of the outer tube 5 extends over only one Part of its length. It increases in diameter outside the ribs and ends in a flange 14, which is connected to a flange 15 of the inner tube 6. '
Weiter ist an der nicht berippten Partie des Rohres 5 ein Rohrstutz-.en 10 angeordnet, durch welchen das eine der beiden Gase oder Flüssigkeiten abströmen kann.Furthermore, a pipe socket 10 is arranged on the non-ribbed part of the pipe 5, through which one of the two Gases or liquids can escape.
Das Rippenrohr 3 ist in seiner breiteren Partie 3b mit einem weiteren Flansch 16 versehen, der mit dem Flansch eines Gehäuses 21 verbunden ist. In der Regel werden mehrere Gehäuse zu einem Rohrbündel zusammengebaut.The finned tube 3 is provided in its wider part 3b with a further flange 16 which is connected to the flange a housing 21 is connected. As a rule, several housings are assembled to form a tube bundle.
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Das Gas oder die Flüssigkeit strömt in der Figur 1 von links in Richtung des Pfeiles in das Gehäuse ein und wird durch die Verdrängerbleche 1 in den Ringspalt 2 zwischen dem Rippenrohr 5 der Strömungsleitbleche 4 geleitet.The gas or the liquid flows into the housing from the left in the direction of the arrow in FIG. 1 and becomes passed through the displacement plates 1 into the annular gap 2 between the finned tube 5 of the flow guide plates 4.
Es umströmt ablösungsfrei die gesamte äußere Wärmeaustauschfläche des Warmeaustauschrohres, welche aus der freien Fläche des Rippenrohres 5 und der aufgebrachten Berippung 3 besteht.It flows around the entire external heat exchange surface without detachment of the heat exchange tube, which consists of the free area of the finned tube 5 and the applied ribs 3 exists.
Das Gas oder die Flüssigkeit tritt aus der rechten Seite wieder aus, wobei die Verdrängerbleche 1 die strömungstechnischen Abströmverluste verringern. Durch die besondere oben geschilderte Dimensionierung der Öffnungen des Rohres und der Rippen ergeben sich gegenüber bekannten Rohren wesentlich verbesserte Wärmeübertragungswerte. Bei Versuchen mit den angegebenen Werten hat sich gezeigt, daß bei gleichem Raumbedarf und gleichem Materialbedarf im günstigsten Falle etwa eine Verdoppelung gegenüber konventionellen Wärmeaustauschern erzielbar ist.The gas or the liquid exits from the right side, the displacement plates 1 being the fluidic Reduce leakage losses. Due to the special dimensioning of the openings of the Tube and the ribs result in significantly improved heat transfer values compared to known tubes. at Tests with the specified values have shown that with the same space requirements and the same material requirements in most favorable case a doubling compared to conventional heat exchangers can be achieved.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung tritt das Gas bzw. die Flüssigkeit von zwei gegenüberliegenden Stellen aus ein und umströmt das Rippenrohr nur um jeweils um um an den beiden Austrittsöffnungen 1.2 wieder auszutreten.In the arrangement shown in FIG. 2, the gas or the liquid emerges from two opposite points from and flows around the finned tube only to exit again at the two outlet openings 1.2.
Diese Anordnung ist insbesondere bei pulsierenden StrömungenThis arrangement is particularly useful for pulsating flows
durch
von Vorteil, da /lie Anströmung von zwei Seiten Schwingungen verhindert werden. ''by
This is advantageous because the flow from two sides prevents vibrations. ''
In dem in Fig. 3 dargestellten Längsschnitt eines Wärmeaustauschrohres ist durch Pfeile die Fließrichtung der zweiten Flüssigkeit oder des zweiten Gases angedeutet. Das Gas tritt in das Innenrohr 6 von rechts ein, kehrt am Boden 8 des Rippenrohres 5 seine Richtung um und strömt in den Zwischenraum zwischen dem Rippenrohr 3 und dem inneren Rohr 6 zurück und verläßt den Innenraum des Rippenrohres 3 durch den Rohrstutzen 10.In the longitudinal section of a heat exchange tube shown in FIG. 3 the direction of flow of the second liquid or the second gas is indicated by arrows. The gas enters the inner tube 6 from the right, reverses its direction at the bottom 8 of the finned tube 5 and flows in the space between the finned tube 3 and the inner tube 6 and leaves the interior of the finned tube 3 through the pipe socket 10.
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Das Wärmeaustauschrohr kann nach Lösen der Gehäuseflanschverbindung 13 aus dem Gehäuse 12 bequem herausgezogen werden. Der Ausbau des Innenrohres 6 ist durch Lösung der Flanschverbindung 14 möglich, so daß eine einfache Montage und eine kostengünstige Wartung und Reinigung des Wärmeaustauschers möglich ist.The heat exchange tube can after loosening the housing flange connection 13 can be easily pulled out of the housing 12. The expansion of the inner tube 6 is achieved by loosening the flange connection 14 possible, so that simple assembly and inexpensive maintenance and cleaning of the heat exchanger is possible.
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