DE3610533A1 - Waerme- und/oder stoffaustauschapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Wärme- und/ oder Stoffaustauschapparat gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für eine befriedigende Funktion der gattungsgemäßen Apparate ist eine gleichmäßige Verteilung des Fluids und eine vollständige Benetzung der Wärmeaustauschrohre mit dem Fluid von ausschlaggebender Bedeutung. Um diese Bedingungen erfüllen zu können, hat man bislang über den obersten Wärmeaustausch­ rohren jeder vertikalen Rohrreihe parallele Überlaufrinnen an­ geordnet, aus denen das Fluid über mit den Überlaufrinnen ver­ bundene Stege auf die darunterliegenden Wärmeaustauschrohre übertreten konnte. Eine auch nur annähernd vollständige Be­ netzung der Wärmeaustauschrohre konnte bei einem solchen Aufbau jedoch nur dann erzielt werden, wenn die Wärmeaustauschrohre nahezu 100%ig horizontal ausgerichtet wurden und die Ober­ flächen der Wärmeaustauschrohre fettfrei sowie rauh genug waren. Indessen war es selbst bei genauester Einhaltung derartiger Randbedingungen nicht möglich, eine vollständige Benetzung der Rohroberflächen zu gewährleisten. Auch war nicht zu verhindern, daß bei dem bekannten Vorschlag das Fluid ungeführt von einem Wärmeaustauschrohr auf das darunterliegende nächste Wärmeaus­ tauschrohr abtropfte. Folglich konnten Abspritzverluste ebenfalls nicht verhindert werden.

Um die Stoffübergangsverhältnisse zwischen den übereinanderliegenden Wärmeaustauschrohren zu verbessern, hatte man zwar angeregt, die übereinanderliegenden Wärmeaus­ tauschrohre durch Stege miteinander zu verbinden, jedoch wurde eine solche Erwägung bislang nur in einem geringen Umfang in die Praxis umgesetzt, da sie sich als zu aufwendig und kost­ spielig erwies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Wärme- und/oder Stoffaustauschapparat so zu verbessern, daß das Fluid ohne Verluste gleichmäßig an die Oberfläche der Wärmeaustauschrohre gebracht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Die Ummantelung der Wärmeaustauschrohre mit einem Kapillarmaterial verbindet die Vorteile einer vollständigen Benetzung der Rohroberflächen mit der Vergrößerung der am Wärme­ übergang beteiligten Flächen, mit einer erheblichen Vergrößerung der am Stoffübergang beteiligten Flächen sowie mit einer Ver­ besserung der Strömungsverhältnisse des Fluids im Apparat.

Dabei kann eine solche Ummantelung mit Vorteil in den Apparaten Austreiber, Absorber und Verdampfer in einer Ab­ sorptionswärmepumpe, in einer Absorptionskälteanlage oder in einem Wärmetransformator verwendet werden.

Da sich aufgrund des Kapillareffekts eine absolut gleichmäßige Benetzung der Rohroberflächen einstellt, ist es nicht notwendig, eine 100%ig horizontale Lage der Wärmeaus­ tauschrohre sicherstellen zu müssen. Auch können die Anforde­ rungen an die Rohroberflächen sehr gering gehalten werden. Die Strömungsführung im Apparat ist problemlos und Abspritzver­ luste treten nicht auf.

Die Erfindung läßt zu, daß jedes Wärmeaustauschrohr für sich einzeln ummantelt werden kann. Denkbar ist aber- auch eine gemeinsame Ummantelung, insbesondere aller Wärmeaustausch­ rohre in einer vertikalen Rohrreihe. Die Wärmeaustauschrohre können unmittelbar übereinanderliegend oder mit Abstand zuein­ ander angeordnet sein.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Mit Hilfe der Stege aus Kapillarmaterial wird das Fluid ohne Abspritzverluste bis zum untersten Wärmeaustauschrohr jeder vertikalen Rohrreihe durchgezogen. Außerdem wird mit den Stegen der Vorteil er­ zielt, daß die bei einem Stoffaustausch beteiligten Flächen erweitert werden. Dadurch können die Stoffübergangsverhältnisse merklich verbessert werden.

Bei Anwendung der Merkmale des Anspruchs 3 kann beispielsweise das Kapillarmaterial seitlich an die Wärmeaus­ tauschrohre herangedrückt und dann im Bereich der Stege ver­ bunden, insbesondere miteinander vernietet, werden.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundge­ dankens sind entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 auch die Fluid-Verteilerrinnen in das Kapillarsystem einbezogen. In die Fluid-Verteilerrinnen eingebrachtes Fluid gelangt folg­ lich über das Kapillarmaterial in die darunterliegenden Ober­ flächenbereiche der Wärmeaustauschrohre, ohne daß Freifallver­ luste eintreten können. Die Fluid-Verteilerrinnen können V­ förmig ausgebildet sein oder auch einen anderen Querschnitt aufweisen.

Die Merkmale des Anspruchs 5 sind insbesondere dann mit Vorteil anwendbar, wenn in einem Wärmetransformator eine Flüssigkeit mit einem Dampf reagieren soll, derart, daß der Dampf von der Flüssigkeit absorbiert und die dann entstehende Wärme auf ein Wärmeträgermedium in den Wärmeaustauschrohren übertragen wird. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, wenn zwischen den Fluid-Verteilerrinnen und den diesen jeweils be­ nachbarten Wärmeaustauschrohren ein ausreichend hoher Steg aus einem Kapillarmaterial vorhanden ist. Die Höhe des Stegs kann etwa der Dicke eines Wärmeaustauschrohrs entsprechen. Beim Durchwandern des Kapillarstegs wird der Flüssigkeit Gelegen­ heit gegeben, durch Reaktion mit dem Dampf ihre Temperatur zu erhöhen, welche dann letztlich an das Wärmeträgermedium in den Wärmeaustauschrohren abgegeben wird. Auf diese Weise wird ein Nachteil beim Stand der Technik vermieden, der darin besteht, daß in der Regel zumindest die obersten Wärmeaustauschrohre der einzelnen vertikalen Rohrreihen unwirksam blieben, da in diesen Bereichen das Fluid noch nicht die notwendige Temperatur hatte.

Das Kapillarmaterial kann Gaze sein. Beispielsweise gelangen Gazematten zur Anwendung. Interne Versuche haben ge­ zeigt, daß eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Kapillarmaterials in den Merkmalen des Anspruchs 6 zu sehen ist.

Für den Einsatz in einem mit den bei Absorptions­ anlagen verwendeten Fluiden berieselten Apparat haben sich die Merkmale des Anspruchs 7 als sehr zweckmäßig erwiesen.

Damit im Bereich der Fluid-Verteilerrinnen sicher­ gestellt wird, daß Fluid beim Eintritt in die Verteilerrinnen nicht seitlich überschwappt und es somit zu Abspritzverlusten kommt, sieht die Erfindung die Merkmale des Anspruchs 8 vor. Hierbei können ggf. zwei oder auch mehrere kurze Ausströmrohre in Längsrichtung einer Fluid-Verteilerrinne mit Abstand zu­ einander angeordnet sein. Die Ausströmrohre werden so tief in die Verteilerrinnen eingebettet, daß aus den Mündungen treten­ des Fluid sich gleichmäßig in Längsrichtung der Verteilerrinnen ausbreitet und von hier durch das Kapillarmaterial abtranspor­ tiert wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Rohrbündel eines Wärmetransformators und

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den oberen Höhenbereich einer vertikalen Rohrreihe des Rohrbündels der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 1 das Rohrbündel eines an­ sonsten nicht näher veranschaulichten Wärmetransformators be­ zeichnet. Das Rohrbündel 1 ist in vertikale und horizontale Wärmeaustauschrohrreihen aufgegliedert. Die Wärmeaustausch­ rohre 2 sind unberippt.

Wie insbesondere die Fig. 2 erkennen läßt, sind die in einer vertikalen Rohrreihe mit Abstand übereinander­ liegenden Wärmeaustauschrohre 2 mit einer Ummantelung 3 aus einem Kapillare aufweisenden Material versehen. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Material ein Drahtgewebe mit einer Maschenweite von 0,5 mm und einer Drahtdicke von 0,32 mm. Das Drahtgewebe wird an die Wärmeaustauschrohre 2 einer Rohrreihe angepreßt und im Höhenbereich zwischen zwei übereinanderliegen­ den Wärmeaustauschrohren 2 stegartig zusammengeführt. Die Ver­ bindung an den Stegen 4 erfolgt beispielsweise durch Nieten 5.

Oberhalb der obersten Wärmeaustauschrohre 2 jeder vertikalen Rohrreihe sind in einem Abstand, der etwa dem Durch­ messer eines Wärmeaustauschrohrs 2 entspricht, V-förmige, nach oben offene Fluid-Verteilerrinnen 6 angeordnet (Fig. 1 und 2). Auch die Fluid-Verteilerrinnen 6 sind mit einer Ummantelung 7 aus einem Kapillare aufweisenden Material versehen, das im Höhenbereich zwischen den Fluid-Verteilerrinnen 6 und den obersten Rohren 2 stegartig zusammengefaßt ist. Auch hier er­ folgt die Verbindung des Materials 7 zu einem Steg 8 zweck­ mäßig durch Nieten 9.

Fluid, das sich in den Verteilerrinnen 6 befindet, wird nunmehr gemäß den Pfeilen PF selbständig durch das Ka­ pillarmaterial 7 aus den Verteilerrinnen 6 herausgezogen und unter gleichmäßiger Benetzung der Rohroberflächen verteilt,

so daß ein optimaler Wärmeaustausch stattfinden kann. Dabei hat beim Ausführungsbeispiel das aus den Verteilerrinnen 6 herausgezogene Fluid beim Durchwandern des Stegs 8 die Möglich­ keit, durch Reaktion mit Dampf diesen zu absorbieren und dabei eine Temperaturerhöhung zu erfahren, die ausreicht, um an den Wärmeaustauschrohren 2 den gewünschten Wärmeaustausch mit dem in den Rohren 2 strömenden Wärmeträgermedium durchzuführen.

Wie die Fig. 1 und 2 weiter erkennen lassen, sind für eine optimale Verteilung des Fluids in den Verteiler­ rinnen 6 zwei im Abstand voneinander angeordnete kurze Ausström­ rohre 10 in jede Verteilerrinne 6 eingebettet. Die Mündungen der Ausströmrohre 10 weisen in Längsrichtung der Verteiler­ rinnen 6.

Mittig der Ausströmrohre 10 sind vertikale Steig­ rohre 11 vorgesehen, welche in Querrohre 12 münden, die über ein Längsrohr 13 mit dem Zuführrohr 14 für das Fluid verbunden sind.

Claims (8)

1. Wärme- und/oder Stoffaustauschapparat mit durch ein Fluid aus einer Verteileranlage beaufschlagten, neben- und übereinander angeordneten, sich im wesentlichen horizontal er­ streckenden Wärmeaustauschrohren, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (2) mit einem Ka­ pillare aufweisenden Material (3) ummantelt sind.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen im Abstand übereinander lie­ genden Wärmeaustauschrohren (2) Stege (4) aus einem Kapillar­ material (3) vorgesehen sind.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wärmeaustauschrohre (2) einer vertikalen Rohrreihe gemeinsam durch Kapillarmaterial (3) um­ mantelt sind und das Kapillarmaterial (3) zwischen jeweils zwei Wärmeaustauschrohren (2) stegartig verbunden ist.

4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß über dem obersten Wärme­ austauschrohr (2) jeder vertikalen Rohrreihe eine nach oben offene Fluid-Verteilerrinne (6) angeordnet und in ein mit dem die Wärmeaustauschrohre (2) ummantelnden Kapillarmaterial (3) verbundenes Kapillarmaterial (7) eingebettet ist.

5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Distanz zwischen einer Fluid- Verteilerrinne (6) und dem darunterliegenden Wärmeaustausch­ rohr (2) durch einen Steg (8) aus Kapillarmaterial (7) über­ brückt ist.

6. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarmaterial (3, 7) aus einem Drahtgewebe mit einer Maschenweite von max. etwa 0,5 mm und einer Drahtdicke von max. etwa 0,32 mm besteht.

7. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarmaterial (3, 7) aus einem Edelstahlgitter mit einer Maschenweite von etwa 0,16 mm und einer Drahtdicke von etwa 0,1 mm besteht.

8. Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Fluid-Verteilerrinnen (6) kurze Ausströmrohre (10) mit in Längsrichtung der Fluid-Ver­ teilerrinnen (6) weisenden Mündungen eingebettet sind.