DE3510406A1 - Heat exchangers - Google Patents

Abstract

Heat exchangers, in particular air coolers, direct-expansion evaporators, evaporative condensers and evaporative coolers for underground mining and tunnelling, are fitted with heat-exchanging plates which consist of two or more conventional pipes nested in and connected to one another. For this purpose, the pipes are bent, possibly pressed flat, tilted in the region of the deflections, laid flush one inside another and connected to one another, preferably soldered, and are possibly provided with condensate discharge grooves of streamlined shape in the rear plate section in the weather direction. The planar plates thus formed are fixed in the housing like conventional heat-exchanging plates. The design configuration renders the active heat-exchanging surface very large and the air-side resistance low, as a result of which high air speeds are possible in the heat exchanger. The high heat transfer coefficients achievable in this way enable lower overall volumes than previously. Moreover, the heat-exchanging plates are suitable for high operating pressures, have a lesser tendency to contamination than previously, and are advantageous as regards cleaning. <IMAGE>

Description

• · * t • · * t

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1

Patent- und Hilfsge- 27. Februar 1985Patent and auxiliary documents February 27, 1985

brauchsmusteranmeldung A9/26/84 Ha/Gsutility model registration A9 / 26/84 Ha / Gs

WärmetauscherHeat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Wetterkühler, Direktverdampfer, Verdunstungskühler und -kondensatoren, die insbesondere im Bergbau eingesetzt werden, bestehend aus zwei oder mehreren ineinandergeschachtelten, das Wasser oder sonstiges Kältemittel führenden Rohren.The invention relates to a heat exchanger, in particular a weather cooler, direct evaporator, evaporative cooler and condensers, which are used in particular in mining, consisting of two or more nested, water or something else Pipes carrying refrigerant.

Wärmetauscher werden in der Industrie überall dort eingesetzt, wo Wärme von einem Kreislauf auf einen anderen zu übertragen ist. Im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden für die Wetterkühlung und die Abfuhr von Kondensatorwärme Wärmetauscher eingesetzt, die hinsichtlich Leistung, Verschmutzungsanfälligkeit, Platzbedarf, Robustheit und Wartungsfreundlichkeit besonders hohen Ansprüchen genügen müssen.Heat exchangers are used in industry wherever heat has to be transferred from one circuit to another. in the Underground mining and tunneling are used for weather cooling and the dissipation of condenser heat heat exchangers, which with regard to Performance, susceptibility to soiling, space requirements, robustness and ease of maintenance meet particularly high demands have to.

Derzeit werden v. a. Wärmeaustauscherplatten eingesetzt, die ausCurrently v. a. Heat exchanger plates used, which are made from

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1 3510406Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1 3510406

einer tragenden Kupferplatte oder aus Kupferblechstreifen bestehen, auf die das wasser- bzw. kältemittelführende, schlangenförmig gebogene Rohr aufgelötet ist. Die so gebildeten Platten werden in ein Gehäuse eingebaut, mit Abstandshaltern in einem Abstand von 2 bis 3 cm voneinander.gehalten und an Sammelrohre angeschlossen. Das Wasser- bzw. Kältemittel wird im Gegenstrom zur Luft geführt.Folgende Einflußgrößen bestimmen vor allem die Leistung dieser Wärmetauscher :consist of a load-bearing copper plate or strips of copper sheet metal, on which the water-carrying or refrigerant-carrying, serpentine bent pipe is soldered. The plates thus formed are in a Housing installed, held with spacers at a distance of 2 to 3 cm from each other and connected to collecting pipes. That Water or refrigerant is fed in countercurrent to the air Influencing factors primarily determine the performance of these heat exchangers:

- konstruktive Gestaltung der Wärmetauschflächen (Material, Durchmesser und Form der Rohre, Material und Ausbildung der tragenden Platte, Abstand der Rohre auf der Platte = Rippenwirkungsgrad)i - Structural design of the heat exchange surfaces (material, diameter and shape of the tubes, material and design of the supporting plate, distance between the tubes on the plate = rib efficiency) i

- Größe der Wärmetauschplatten,- size of the heat exchange plates,

- Kälteträgervolumenstrom und -geschwindigkeit, r - Wettervolumenstrom und -geschwindigkeit,- refrigerant volume flow and speed, r - weather volume flow and speed,

- wetterseitiger Druckverbrauch- Weather-related pressure consumption

" - Verschmutzung im Dauerbetrieb. " - pollution in continuous operation.

Derartige Wetterkühler erreichen große Leistungen und sind hinsichtlich der Verschmutzungsanfälligkeit günstiger als übertage eingesetzte, für den Wärmetausch bei sauberer Luft eingesetzte, Lamellenwärmetauscher oder Glattrohrwärmetauscher. Nachteilig ist trotzdem, daß durch die auf die Platte aufgesetzten Rohre die Reinigung der Rohre nur mit erheblichem Aufwand möglich ist und insbesondere nach längeren Betriebszeiten nicht mehr zu einem vollständigen Abwaschen des Schmutzes von den Rohren führt. Darüber hinaus sind diese Wetterkühler wärmeübertragungstechnisch nicht optimal ausgenutzt, was auf den Einfluß des Rippenwirkungsgrades und den relativ hohen luftseitigen Druckverbrauch zurückzuführen ist. Dies muß durch ein entsprechendes Bauvolumen des Wetterkühlers ausgeglichen werden, was bei den z. T. äußerst beengten Platzverhältnissen unter Tage nicht vorteilhaft ist.Such weather coolers achieve great performances and are regarding the susceptibility to soiling more favorable than lamellar heat exchangers used for heat exchange with clean air or smooth tube heat exchanger. However, it is disadvantageous that the pipes placed on the plate make it easier to clean the pipes is only possible with considerable effort and, especially after long periods of operation, no longer leads to a complete washing off of the Dirt from the pipes. In addition, these weather coolers are not optimally used in terms of heat transfer technology, which is due to the Influence of the rib efficiency and the relatively high air-side pressure consumption can be attributed. This must be done through a corresponding Build volume of the weather cooler to be compensated, what with the z. T. extremely cramped space underground is not advantageous.

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1

— 5 —- 5 -

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hohe Leistungen übertragenden, für hohe Betriebsdrücke geeigneten und auch bei staubhaltigen Wettern wartungsfreundlichen Wärmetauscher mit möglichst kleinem Bauvolumen zu schaffen.The invention is therefore based on the object of high performance transferring heat exchanger, suitable for high operating pressures and maintenance-friendly even in dusty weather to create a small construction volume.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre der einzelnen Rohrschlangen zu einer flächigen Platte zusammengefügt und miteinander verbunden, vorzugsweise verlötet sind.The object is achieved in that the tubes of the individual pipe coils are joined together to form a flat plate and connected to one another, preferably soldered.

Aus der Heizungstechnik ist es zwar grundsätzlich bekannt, sogenannte Profilplatten zu verwenden, bei denen somit aneinandergefügte Kammern von dem Kühl- oder Wärmemittel durchflossen werden. Derartige Profilplatten können allerdings bei hohen Betriebsdrücken nicht eingesetzt werden, wobei hinzukommt, daß sie aufgrund der Formgebung ein hohes Gewicht und ungünstige Abmessungen aufweisen.It is basically known from heating technology, so-called To use profile plates, in which thus joined chambers are traversed by the cooling or heating medium. Such Profile plates cannot, however, be used at high operating pressures, and there is also the fact that they are due to the Shaping have a high weight and unfavorable dimensions.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher nun ist aufgrund der nach wie vor zum Einsatz kommenden Rohre bei hohen Betriebsdrücken ohne weiteres einsetzbar, verfügt somit über eine hohe Stabilität und kann in die bisher üblichen Gehäuse der Wärmetauscher eingefügt werden, gegebenenfalls auch gegen die vorhandenen Rohrschlangen im Austausch. Abgesehen von der Möglichkeit, mit hohen Betriebsdrücken zu fahren haben diese so geschaffenen Platten einen geringen luftseitigen Druckverbrauch und ermöglichen damit hohe Wettervolumenströme und -geschwindigkeit en. Darüber hinaus ist eine optimale Wärmeübertragung dadurch gegeben, daß die Platte ausschließlich aus aktiver Wärmetauschfläche besteht. Die o. a. Vorteile führen somit zu kleinerem Bauvolumen der Wetterkühler. Darüber hinaus können diese flächigen Platten vorteilhaft leicht gereinigt werden, ganz davon abgesehen, daß für die von den Wettern mitgeführten Staubteilchen wenig Angriffsfläche überhaupt vorhanden ist.The heat exchanger according to the invention is now readily available at high operating pressures because of the tubes that are still used can be used, thus has a high level of stability and can be inserted into the previously customary housing of the heat exchanger, if necessary also for the existing pipe coils in exchange. Apart from the possibility of driving with high operating pressures The panels created in this way have a low air-side pressure consumption and thus enable high volume flows and velocities of the weather en. In addition, an optimal heat transfer is given by the fact that the plate consists exclusively of an active heat exchange surface consists. The o. A. Advantages thus lead to a smaller construction volume of the weather cooler. In addition, these can be flat Plates are advantageously easy to clean, quite apart from the fact that there is little contact surface for the dust particles carried along by the weather exists at all.

* ψ * ψ

P * 4 P * 4

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1 3510406Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1 3510406

6 -6 -

Um die üblichen Rohre verwenden zu können und um fertigungstechnisch realisierbare Rohrbiegeradien zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeweils zwei oder mehrere Rohrschlangen fluchtend angeordnet und durch Abkanten im Bereich der Umlenkung und Ineinanderlegen zu einer Platte verbunden sind.In order to be able to use the usual tubes and in terms of production engineering To obtain realizable pipe bending radii, the invention provides that two or more pipe coils arranged in alignment and connected by folding in the area of the deflection and nesting to form a plate.

Desweiteren ist vorgesehen, die Rohrschlangen nach dem Biegen durch Flachdrücken so zu verformen, daß ein ovaler oder ähnlicher Rohrquerschnitt entsteht und die Platte somit eine geringere Dicke erhält. Sie sind an den stärker gekrümmten Seitenteilen miteinander verbunden. Damit wird der luftseitige Anströmquerschnitt kleiner und die Plattenoberfläche ebener, was zu einem geringeren Druckverbrauch führt. Da die Rohre durch das Verformen breiter werden, ergeben sich auch günstigere Rohrbiegeradien und ein niedrigerer Materialverbrauch .Furthermore, it is provided that the pipe coils through after bending To deform flattening so that an oval or similar tube cross-section is created and the plate is thus given a smaller thickness. They are connected to one another on the more curved side parts. This makes the air-side inflow cross-section smaller and the plate surface is more even, which leads to less pressure consumption. As the pipes become wider as a result of the deformation, result there are also more favorable pipe bending radii and lower material consumption .

Die ineinandergeschachtelten, fluchtend nebeneinanderliegenden, ggf. flachgedrückten, Rohrschlangen berühren sich oder haben einen sehr kleinen Abstand voneinander. Sie werden vorzugsweise punktförmig oder ganzflächig zu einer stabilen Platte zusammengelötet.The nested, aligned side by side, possibly flattened, coiled pipes touch or have a very small distance from each other. They are preferably soldered together at points or over the entire surface to form a stable plate.

Zur Entlastung des dem Wetterkühler nachgeschalteten Tropfenabscheiders können auf den, in Wetterrichtung gesehen, hinteren Abschnitt der Wärmeaustauscherplatte strömungstechnisch ausgebildete Kondensatablaufrinnen aufgelötet sein.To relieve the droplet separator downstream of the weather cooler can be placed on the rear section of the heat exchanger plate, seen in the direction of the weather, of the flow-related condensate drainage channels be soldered on.

Die Wärmetauscherplatten werden wie die bisher verwendeten Rohre und Tragplatten in Wetterkühlern, Direktverdampfern, Rückkühlern oder Verdunstungskondensatoren eingesetzt. Die bisherige konstruktive Gestaltung der Kühlergehäuse, Sammelrohre, Bedüsungseinrichtung usw. wird beibehalten.The heat exchanger plates are like the tubes and previously used Support plates in weather coolers, direct evaporators, dry coolers or evaporation condensers used. The previous structural design of the cooler housing, manifolds, spraying device, etc. is maintained.

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1

Der technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß bei Beibehalten der hohen Betriebsdrücke ermöglichenden Rohre für die Führung des Kältemittels bei gleichem Bauvolumen höhere Kälteleistungen als bisher übertragen werden, die Verschmutzungsanfälligkeit der Kühler verringert und die Reinigungsmöglichkeit verbessert werden.The technical progress of the present invention is particular It can be seen that, while maintaining the high operating pressures, pipes for the conduct of the refrigerant allow With the same construction volume, higher cooling capacities can be transferred than before, the susceptibility of the cooler to contamination is reduced and the possibility of cleaning can be improved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the description of the figures further explained. Show it:

Fig. 1 ein Rohrführungsschema,1 shows a pipe routing scheme,

Fig. 2 den oberen Teil einer Rohrschlange in Teilansicht2 shows the upper part of a pipe coil in partial view

Fig. 3 die Vorderansicht der in Fig. 2 dargestellten Rohrschlange, Fig. 3 is the front view of the coil shown in Fig. 2,

Fig. 4Fig. 4

und 5 aus Rohren gebildete Platten im Schnitt.and 5 plates formed from tubes in section.

Das in Fig. 1 dargestellte Rohrführungsschema eines WärmetauschersThe pipe routing diagram of a heat exchanger shown in FIG. 1

1 zeigt die schlangenförmig gebogenen Rohre 2 und 3, die dicht aneinanliegend und zu einer Platte 8 zusammengefügt geführt und an ein Sammelrohr 15 angeschlossen sind.1 shows the serpentine tubes 2 and 3, which are tightly fitting and are guided together to form a plate 8 and connected to a collecting pipe 15.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ausformung des RohresFig. 2 shows an embodiment for the shaping of the tube

2 bzw. 3 an den Umlenkungsstelllen.2 or 3 at the deflection points.

Die Rohre 2, 3 sind nach Fig. 3 in Tragrohre 9 eingehängt. Sie sind durch Ankanten im Bereich der Umlenkung so ineinandergelegt, daß sich aus den Rohrschlangen 6, 7 eine flächige Platte 8, 8" mit fluchtend angeordneten Rohren 2, 3, 4, 5 gemäß Fig. 4 oder 5 ergibt. The tubes 2, 3 are suspended in support tubes 9 according to FIG. 3. they are by edging in the area of the deflection so that a flat plate 8, 8 ″ emerges from the coils 6, 7 aligned pipes 2, 3, 4, 5 according to FIG. 4 or 5 results.

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 EssenRuhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen

Die Fig. 4 und 5 zeigen den Querschnitt durch die Platte 8. Etwas größere Biegeradien und eine größere Wärmetauschfläche ergeben sich, wenn ein kleiner Abstand zwischen den Rohren 2, 3, 4, 5 bleibt. Eine Absenkung des luftseitigen Druckverbrauchs, Verbesserung des Verschmutzungsverhaltens, Vergrößerung der Biegeradien und Materialeinsparung wird erzielt, wenn die Rohrschlangen 6, 7 gemäß Fig. 5 zu ovalen Querschnitten flachgedrückt sind. Die ineinandergeführten Rohrschlangen 6, 7 sind dabei durch Lötstellen 13, 14 so miteinander verbunden, daß die so gebildete Wärmetauscherplatte vorteilhaft stabil ist.4 and 5 show the cross section through the plate 8. Slightly larger bending radii and a larger heat exchange surface arise when a small distance between the tubes 2, 3, 4, 5 remains. A reduction in the air-side pressure consumption, Improvement of the soiling behavior, enlargement of the bending radii and material savings are achieved when the pipe coils 6, 7 according to FIG. 5 are pressed flat to form oval cross-sections. The nested pipe coils 6, 7 are connected to one another by soldering points 13, 14 in such a way that the heat exchanger plate thus formed is advantageously stable.

a · « r a · «r

Ruhrkohle AG, Rellxnghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellxnghauser Strasse 1, 4300 Essen 1

-X--X-

11 WärmeaustauscherplatteHeat exchanger plate 22 Rohrpipe 33 Rohrpipe 44th Rohrpipe 55 Rohrpipe 66th RohrschlangePipe snake 77th RohrschlangePipe snake 88th flächige Platteflat plate 99 AbstandshalterSpacers 1313th LötstelleSolder joint 1414th LötstelleSolder joint 1515th SammelrohrManifold

-AO--AO-

- Leerseite - Blank page

Claims (4)

Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1 3510406 ί Patent- und Hilfsge- 27. Februar 1985 brauchsmusteranmeldung A9/26/84 Ha/Gs Wärmetauscher Patentansprüche:Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1 3510406 ί Patent and auxiliary 27 February 1985 utility model registration A9 / 26/84 Ha / Gs heat exchanger patent claims: 1. Wärmetauscher, insbesondere Wetterkühler, Direktverdampfer, Verdunstungskühler und -kondensatoren, die insbesondere im Bergbau eingesetzt werden, bestehend aus zwei oder mehreren ineinandergeschachtelten, das Wasser oder sonstiges Kältemittel ' führenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 3, \1. Heat exchangers, in particular weather coolers, direct evaporators, evaporative coolers and condensers, which are used in particular in mining, consisting of two or more nested pipes carrying water or other refrigerant, characterized in that the pipes (2, 3, \ 4, 5) zu einer flächigen Platte (8) zusammengefügt, vorzugsweise verlötet sind.4, 5) are joined together, preferably soldered, to form a flat plate (8). 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 3, 4, 5) fluchtend angeordnet und durch Abkanten im Bereich der Umlenkung und Ineinanderlegen zu einer Platte (8) verbunden sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes (2, 3, 4, 5) are arranged in alignment and by folding in the area of the deflection and nesting into one Plate (8) are connected. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2, 3, 4, 5) zu ovalen oder ähnlichen Querschnitten verformt und dann an den stärker gekrümmten Seiten (11) miteinander verbunden sind.3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes (2, 3, 4, 5) have oval or similar cross-sections are deformed and then connected to one another on the more curved sides (11). 351040$$ 351040 Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1 — 2 —- 2 - 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die fertig verlötete Platte (8) strömungsgünstig ausgeformte Kondensatablaufrinnen aufgelötet sind.4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that on the ready-soldered plate (8) formed in a flow-favorable manner Condensate drainage channels are soldered on. — 3 —- 3 -