DE3146460C2 - Wärmeaustauscher - Google Patents

Abstract

Der Wärmeaustauscher besteht aus einem Primärkreis mit einem schraubenförmig gewendelten Rippenrohr mit Zu- und Ablauf, einem die Rohrwendel aufnehmenden Gehäuse aus zwei konzentrischen Rohren mit stirnseitigen Abschlußdeckeln für die Zu- und Abläufe der Trägermedien und einem Sekundärkreis mit einem von einem zur Rohrwendel koaxial schraubenförmig gewendelten Trennblech-Streifen gebildeten Strömungskanal, wobei die Breite des Trennblech-Streifens etwa dem Zylinder-Ringspalt zwischen den Rohren entspricht und die Trennblechwendel in die Rohrwendel eingeschraubt wird. Hierdurch wird ein in thermischer sowie fertigungs- und montagetechnischer Hinsicht besonders günstiger Aufbau für einen Wärmeaustauscher erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wärmeaustauscher dieses Aufbaus sind bekannt (CH-PS 5 50 985). Die als schraubenförmiges Rippenrohr ausgebildete Heizrohrwendel ist in einem wiederum schraubenförmigen Kanal angeordnet, der außen von einem Schutzrohr aus Kunststoff und innen von einem koaxialen Innenrohr, das ebenfalls vorzugsweise aus gummielastischem Kunststoff besteht, begrenzt ist. Im übrigen ist der schraubenförmige Kanal von einer entsprechend schraubenförmig verlaufenden Rippe gebildet, die mit dem Innenrohr einstückig aus einem gummielastischen Werkstoff ausgebildet ist.

Bei dieser Konstruktion des Wärmeaustauschers sind keine Schweiß- oder Klebevcrbindungen zwischen den Einzelteilen vorgesehen; es handelt sich um einen Montagewärmeaustauscher, dessen Einzelteile nicht fest miteinander verbunden sind. Dabei können sich Probleme bei der gegenseitigen Abdichtung benachbarter Gänge des schraubenförmigen Kanals ergeben, so daß Kurzschlußströmungen möglich sind.

Bei der Kombination des aus Kunststoff gefertigten Gehäuses mit dem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Rippenrohr treten thermische Probleme aufgrund der unterschiedlichen und in unterschiedlichen Richtungen wirksam werdenden Dehnung auf. die das ohnehin aufgrund der Montagckonstniktion vorhandene Problem der gegenseitigen Abdichtung benachbarter Wendeln des Strömungskanals erschwert Auch ist die thermische Stabilität solcher gummielastischer Werkstoffe begrenzt Ferner sind im Strömungskanal keine konstanten Strömungsquerschnitte gewährleistet, da die einzelnen Gänge der Rohrwendcl nur an dem äußeren Kunststoffrohr anliegen. Diese Anlage ist erforderlich, da die Rohrwendel nur bei entsprechendem Abstand zu den Gängen bei der Montage einigermaßen sicher eingeschraubt werden kann, dann aber wegen des vorhandenen Spiels zentriert werden muß. Wärmeaustauscher dieses Aufbaus gewährleisten daher keinen optimalen und insbesondere keinen konstanten Wirkungsgrad und besitzen bei vorgegebener Baugröße keine definierte Leistung.

Darüber hinaus ergeben sich Nachteile bei der Herstellung. Einerseits treten bei der Montage des Wärmeaustauschers beim Einschrauben des mit der schraubenförmigen Rippe versehenen Innenrohrs in die Rohrwendel aufgrund des gummielastischen Materials von Innenrohr und Schraubenrippe erhebliche Schwierigkeiten auf, andererseits ist der herstellungstechnische Aufwand für das Innenrohr mit der umlaufenden Schraubenrippe relativ hoch. Während beispielsweise die Rohrwendel, die als Hohlrippenrohr ausgebildet sein soll, aus einem genormten handelsüblichen Serienteil hergestellt werden kann, stellt das Innenrohr mit der schraubenförmigen Rippe ein Sonderteil dar, das eigens für den vorliegenden Zweck angefertigt werden muß und — da es aus Kunststoff bzw. Gummi bestehen soll — gesonderte Formwerkzeuge erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Wärmeaustauscher dahingehend weiterzuentwickeln, daß er bei geringen Herstellungskosten mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Trennfläche ist erfindungsgemäß nicht ein integriertes Teil des Gehäuses, sondern ein eigenes Bauteil, das in die Rohrwendel eingeschraubt wird. Das Einschrauben ist ohne weiteres möglich, da die einzelnen Schiaubengänge der Rohrwendel nach Art einer Feder nachgeben. Der Wärmeaustauscher besteht somit ausschließlich aus genormten Serienteilen (Rohrwendel, Innenrohr und Außenrohr) und einem einzigen anzupassenden Bauteil, nämlich dem die Trennfläche bildenden Trennblechstreifen, der sich in einfacher Weise herstellen läßt. In Verbindung mit dem zweiten Teilmerkmal ist die Montage in besonders einfacher Weise möglich. Der richtige Sitz der Rohrwendel wird praktisch selbsttätig erreicht, indem die benachbarten Schraubengänge der Rohrwendel sich über die einander zugekehrten Rippen des Rippenrohrs auf dem Trennblechstreifen abstützen bzw. dieser zwischen die Rippen eindringt Diese Abstützung kann dadurch erreicht bzw. verbessert werden, daß die Rohrwendel beim Einbau bis zur Anlage der Rippen an dem Trennblechstreifen zusammengedrückt

bo wird. Durch die beiden ersten Teilmerkmale wird weiterhin sichergestellt, daß der Strömungskanal in jedem Querschnitt einen definierten und konstanten Strömungsquerschnitt besitzt, was einen reproduzierbaren Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers gewährleistet.

b^r> Mit dem letzten Teilmerkmal der erfindungsgemäßen Lösung wird einerseits das Einbringen der Trennblechwendcl und der Rohrwendel in den Ringspalt des Gehäuses erleichtert, andererseits dafür gesorgt, daß die

einzelnen Gänge des Strömungskanals einwandfrei gegeneinander abgedichtet sind, so daß keine »Kurzschlußw-Strömungen möglich sind- Praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Vorliegen von Undichtigkeiten zwischen den einzelnen Gängen des Strömungskanals der Wirkungsgrad rapide absinkt Diese Gefahr könnte zwar auch dadurch zu beseitigen versucht werden, daß zwischen den Außenkanten des ebenen Trennblechstreifens und dem Innen- bzw. AuCenrohr elastische Dichtungsstreifen eingelegt werden. Dies erschwert aber einerseits die Montage erheblich, andererseits ist nach der Montage nicht sichergestellt, daß sich die Dichtungen noch an ihrer bestimmungsgemäßen Stelle befinden. Dies wiederum ist nach der Montage weder von außen erkennbar, noch ist der Mangel behebbar sofern nicht der gesamte Wärmeaustauscher demontiert wird. Diese elastische Abdichtung an der inneren und äußeren Peripherie des Trennblechstreifens versagt auch dann, wenn der Wärmeaustauscher mit hoher Eingangstemperatur betrieben wird, da die unterschiedliche thermische Dehnung der Dichtung und des Blechstreifens ungünstige Auswirkungen hat und zudem einigermaßen preiswerte Dichtungswerkstoffe keine ausreichende Temperaturwechselfestigkeit besitzen.

Hingegen werden mit der erfindungsgemäßen Ausbildung hervorragende Ergebnisse im praktischen Einsatz bei der Fernwärmeversorgung erzielt So kann beispielsweise bei einer Vorlauftemperatur von 120⁰C im Primärkreis und einer Eingangstemperatur von 10"C im Sekundärkreis eine Ausgangstemperatur von 55° C bei einer Austrittstemperatur zwischen 35 und 40⁰C im Primärkreis erreicht werden.

Bei bevorzugten Ausführungen ist vorgesehen, daß das Gehäuse aus zwei konzentrischen Rohren und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln besteht, welche die Zu- und Abläufe des Primär- und Sekundärkreises aufweisen und durch eine zentrale Spannschraube mit den Rohren dichtend verbunden sind und an ihren den Ringspalt begrenzenden Wandungen und/oder der Trennblechstreifen beidseitig beschichtet bzw. ausgekleidet sind. Bei dieser konstruktiven Ausgestaltung des Gehäuses wird die Möglichkeit gegeben, die Rohre beispielsweise von entgegengesetzten Richtungen — je nach Richtung der Abkantungen — auf die Trennblechwendel aufzuschieben, wodurch die Montage des Wärmetauschers weiter erleichtert ist. Im übrigen läßt sich auf diese Weii.e eine einfache druckfeste Ausführung schaffen und der Wärmetauscher aus herkömmlichen Serienteilen herstellen. Durch die Beschichtung bzw. Auskleidung tier Wandungen und/oder des Trennblechstreifens kann der Wärmeaustauscher auf die chemischphysikalischen Eigenschaften der Trägermedien abgestimmt werden. Besteht die Beschichtung oder Auskleidung aus ΡΤΓΕ, so kann eine Inkrustierung vermieden werden. Ferner wird die Wärmeableitung in das äußere Rohr gedämpft.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung im Längschnitt wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben.

Der Wärmeaustauscher weist ein Gehäuse auf, das aus einem äußeren Druckrohr 1. einem inneren Druckrohr 2 und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln 3, 4 besteht, wobei diese identisch ausgebildet sein können. Die Abschlußdeckel 3, 4 sind durch eine zentrale Spannschraube 5 mit den Druckrohren 1, 2 verspannt, wobei zwischen den Rohren und entsprechenden Sitzen an den Abschlußdeckeln 3, 4 Rundschnurringe 6 als Dichtungen eingelegt sind.

Im Ringspalt der beiden Druckrohre 1,2 ist einerseits eine Rohrwendel 7 angeordnet, die durch schraubenförmiges Umformen eines Rippenrohrs entstanden ist. Fer-

ner liegt in dem Ringspalt eine Trennblechwendel 8, die durch schraubenartiges Umformen eines Blechstreifen=, erhalten wird, dessen Breite etwa der Breite des Ringspaltes zwischen den Druckrohren 1, 2 entspricht Au? diese Weise wird zwischen den einzelnen Schraubengangen der Trennblechwendel 8 ein Strömungskanal 9 erzeugt, in welchem das Rippenrohr 7 liegt Das Rippenrohr weist unter anderem Rippen 10 auf derart, daß die Rippen benachbarter Schraubengänge den Schraubengängen der Trennblechwendel 8 anliegen und diese ab-

stützen. Die Rippen können, wie die Zeichnung zeigt, in Axialcbenen, aber auch in Radialebenen liegen, können aber auch schraubenförmig auf dem Rohr angeordnet

sein.

Die Rohrwendel 7 weist für das Trägermedium des Primärkreiscs einen Zulauf 11 und einen Ablauf 12 auf, die miteinander fluchten und durch die Abschlußdeckel 3, 4 hindurchgeführt sind. Ferner weisen die Abschlußdeckel 3, 4 für das Trägermedium des Sekundärkreises eine Zulauföffnung 13 und eine Ablauföffnung 14 auf, die mit dem von der Trennblechwende) 8 gebildeten Strömungskanal in Verbidnung stehen. Die Trägermedien sind somit im Gegenstrom geführt.

Die unabhängig voneinander hergestellte Rohrwer,-del 7 und Trennblechwendel 8 werden dadurch vereinigt, daß die Trennblechwendel 8 in die fertige Rohrwendel 7eingcschraubt wird. Die Anschlüsse 11 bzw. 12 sind dabei nicht im Wege, da die Trennblechwendel 8 exzentrisch eingeschraubt und nach Passieren des Zu- bzw. Ablaufs 11, 12 in ihre zentrische Lage seitlich verschober, werden kann. Um den diametral gegenüberliegenden Rippen 10 der Rohrwendel 7 die notwendige Stützfunktion für die Trennblechwendel zu geben, kann die Rohrwendel 7 nach dem Einschrauben der Trennblechwendel bzw. beim Einbau in den Ringspalt zwisehen den Druckrohren 1, 2 bis zur Anlage der Rippen an dem Trennblcch zusammengedrückt werden.

je nach Anwendungszweck und Temperatur der Trägermcdicn kann das aus den Rohren 1, 2 und den Abschlußdeckeln 3, 4 gebildete Gehäuse noch mit einer Isolation 15 umgeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wärmeauslauscher, bestehend aus einem Primärkreis mit einem schraubenförmig gewendelten Rippenrohr mit Zu- und Ablauf, einem Sekundärkreis mit einem zwischen den Rohrwendeln verlaufenden koaxialen Strömungskanal, der von einer mit gleicher Steigung wie die Rohrwendel schraubenförmig gewendelten Trennfläche und einem die Rohrwendel aufnehmenden Gehäuse in Zylinderringform mit stirnseitigen Abschlüssen für die Zu- und Abläufe der Trägermedien gebildet ist, wobei die Breite der Trennfläche dem Zylinderringspalt des Gehäuses entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche von einem Trennblechstreifen (8) gebildet ist, der in die Rohrwendel (7) eingeschraubt ist, daß einander zugekehrte Rippen benachbarter Schraubengänge der Rohrwendel (7) zwischen sich den Trennblechstreifen (8) abstützen und die Ränder des Trcnnblechstreifens (8) nach entgegengesetzten Richtungen mit leichtem Radius abgekantet sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei konzentrischen Rohren (1, 2) und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln (3,4) besteht, welche die Zu- und Abläufe (U, 12 bzw. 13,14) des Primär- und Sekundärkreises aufweisen und durch eine zentrale Spannschraube (5) mit den Rohren (1, 2) dichtend verbunden sind und daß die Rohre (1,2) an ihren den Ringspalt begrenzenden Wandungen und/oder der Trennblechstreifen (8) beidseitig beschichtet bzw. ausgekleidet sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Auskleidung aus PTFE besteht.