DE4302602C1 - Vorrichtung zum Wärmeaustausch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaus­ tausch gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Um bei vereinfachter Fertigung und geringerem Material­ aufwand große Wärmeaustauschflächen mit geringem Strö­ mungswiderstand gegenüber dem äußeren und inneren Tau­ schermedium unter weitgehender Vermeidung von Biegespan­ nungen und Verwerfungen der Rippen bereitstellen zu kön­ nen, sind im Umfang der DE 40 39 293 A1 Rippenrohrbündel bekannt, die mit in einer Reihe parallel nebeneinander angeordneten, durch wellenförmige Rippenbänder unterein­ ander verbundenen, in Strömungsrichtung des äußeren Tau­ schermediums einen langgestreckten Querschnitt aufweisen­ den Austauscherrohren versehen sind. Die Herstellung der Rippenrohrbündel erfolgt derart, daß zunächst den halben Querschnitt eines Austauscherrohrs bildende Rohrschalen geformt und anschließend die Rippenbänder entlang ihrer scheitelseitigen Kontaktabschnitte durch mindestens einen auf die Innenseiten der Rohrschalen gerichteten Schmelz­ schweißstrahl mit den Außenseiten der Rohrschalen ver­ schweißt werden. Zum Schluß werden die Längskanten von jeweils zwei Rohrschalen unter Bildung eines Austauscher­ rohrs aneinandergeschweißt.

Auf diese Weise werden mithin Rippenrohrbündel geschaf­ fen, die aufgrund der direkten Verbindung der jeweils be­ nachbarten Austauscherrohre über die zwischen diesen be­ findlichen Rippenbänder sowie über die endseitigen Rohr­ böden weitgehend selbsttragend sind und eine hohe Verwin­ dungssteifigkeit aufweisen. Dadurch, daß die Rippenbänder an beiden jeweils einander benachbarten Austauscherrohren befestigt sind, werden sowohl die Rippenbänder als auch die Rohrflanken im wesentlichen nur Zugspannungen unterworfen, wenn sich in dem Austauscherrohren ein Va­ kuum ausbildet bzw. Druckspannungen ausgesetzt, wenn in den Austauscherrohren Überdruck herrscht. Aufgrund dessen ist es möglich, sehr breite Rohrflanken von 300 mm und mehr herstellen zu können. Auf diese Weise wird ein hohes Widerstandsmoment (Trägheitsmoment) erreicht und es wer­ den bei schlanken Austauscherrohren große Wärmeaustausch­ flächen mit einem geringen Strömungswiderstand gegenüber dem äußeren und inneren Tauschermedium erzielt.

Aufgabe der Erfindung bildet es nunmehr, die im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 beschriebene Vorrichtung da­ hingehend weiterzubilden, daß unter Aufrechterhaltung ih­ rer Selbsttrageeigenschaft und unter Erzielung großer Wärmeaustauschflächen ihre Bauweise noch kompakter ge­ staltet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 auf ge­ führten Merkmalen.

Die Erfindung schafft die Voraussetzungen dafür, auch ex­ trem großflächige (lange und/oder breite) Austauscher­ wände, die in der Praxis meist dachförmig zusammenge­ stellt werden, aus einer größeren Anzahl von Rippenrohr­ bündeln zu bilden, ohne daß an den Koppelstellen der Rip­ penrohrbündel Wärmeaustauschflächen verloren gehen. Viel­ mehr werden an diesen Koppelstellen die Rippenrohrbündel gewissermaßen miteinander verklettet. Nach dem Verkletten ist jede Austauscherwand über die endseitig der Austau­ scherrohre vorgesehenen Verteilerkammern und Sammelkam­ mern einwandfrei selbsttragend. Stützgerüste in Form von z. B. Seitenwänden und Tragkämmen sind nicht erforderlich.

Die Rippenbänder jedes Rippenrohrbündels zwischen den je­ weils stirnseitig angeordneten Austauscherrohren können jede beliebige Konfiguration aufweisen. Bevorzugt verlau­ fen ihre Flanken jedoch parallel zueinander. Die Umlenk­ bereiche der Rippenbänder zwischen den Flanken können bo­ genförmig gekrümmt oder flach abgekantet sein. Obwohl die zum Verkletten zweier benachbarter Rippenrohrbündel die­ nenden Rippenbänder auch gekrümmte Flanken aufweisen kön­ nen, sofern diese eine flächige Anlage gewährleisten, be­ steht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aber darin, daß die keilförmigen Rippenbänder gemäß Pa­ tentanspruch 2 ebene Flanken aufweisen.

Eine besonders zweckmäßige Gestaltung wird in den Merkma­ len des Patentanspruchs 3 gesehen.

Obwohl es möglich ist, die endseitigen keilförmigen Rip­ penbänder von zwei benachbarten Rippenrohrbündeln ledig­ lich so zusammenzufügen, daß die Flanken der Rippenbänder quasi drucklos aneinander liegen, wird eine größere Si­ cherheit im Zusammenhalt dann erzielt, wenn die Merkmale des Patentanspruchs 4 zur Anwendung gelangen.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundge­ dankens besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Die Verwendung eines Klebers, insbesondere eines geeigne­ ten Industrieklebers, hat den Vorteil, daß beim Betrieb der Wärmeaustauschvorrichtung sowohl die Rohrflanken der den keil-, insbesondere aber trapezförmigen Rippenbändern zugeordneten Austauscherrohre als auch die keilförmigen Rippenbänder selber biegespannungsfrei gehalten werden können, wie dies bei den Rohrflanken der mittleren Aus­ tauscherrohre eines Rippenrohrbündels durch die jeweils beidseitig angeschweißten Rippenbänder der Fall ist. Dies trifft für transiente Überdrücke wie auch für übliche Betriebsunterdrücke zu. Im ersten Fall werden die Rippen­ bänder bzw. die Verbindung der Rippenbänder auf Druck, im zweiten Fall auf Zug beansprucht. Ein kraftschlüssiges Ineinanderfügen der Rippenbänder sollte jedoch derartig erfolgen, daß nach dem Zusammenfügen eine Entlastung der dabei eintretenden Biegebeanspruchungen vorgenommen wird. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß auf die Austauscher­ rohre mit den keilförmigen Rippenbändern kurzzeitig ein Druck aufgegeben wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß z. B. ein Keil mit einem geringen Übermaß durch die Austauscherrohre vor dem Aushärten des Klebers gezo­ gen wird.

Sind die Rippenbänder zur Verbesserung des Wärmeaus­ tauschs mit wechselseitig in beide Richtungen ausgeform­ ten Turbulatoren versehen, so wird gemäß Patentanspruch 6 zur Erzielung eines einwandfreien Klettverschlusses zwi­ schen zwei benachbarten Rippenrohrbündeln dafür Sorge ge­ tragen, daß die jeweils nach außen geformten Turbulatoren in die Ebene der Flanken der Rippenbänder zurückgedrückt werden. Diese stellen dann kein Hindernis mehr beim Zu­ sammenfügen von zwei benachbarten Rippenrohrbündeln dar.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 im Schema in der Stirnansicht eine Vorrich­ tung zum Wärmeaustausch;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung der Fig. 1 gemäß dem Pfeil I;

Fig. 3 in vergrößerter perspektivischer Darstellung den Ausschnitt III der Fig. 1 und

Fig. 4 in nochmals vergrößerter schematischer per­ spektivischer Darstellung den Ausschnitt IV der Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch bezeichnet. Hierbei kann es sich bei­ spielsweise um eine Vorrichtung handeln, in der Abdampf mit Hilfe von Kühlluft kondensiert wird. Die Kühlluft kann ein natürlicher Luftzug sein. Sie kann aber auch mit in den Figuren nicht näher dargestellten Ventilatoren er­ zeugt werden. Ferner ist eine Kombination von künstlichem und natürlichem Luftzug denkbar.

Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Traggerüst 2, auf welchem in dachförmiger Anordnung mehrere Reihen, beim Ausführungs­ beispiel zwei Reihen, von Austauscherwänden 3 vorgesehen sind. Jede Austauscherwand 3 besteht aus aneinander ge­ koppelten Rippenrohrbündeln 4 (Fig. 2). Die Koppelstel­ len sind mit KS bezeichnet. Die Rippenrohrbündel 4 beste­ hen jeweils aus in einer Reihe parallel nebeneinander an­ geordneten Austauscherrohren 5 (siehe auch Fig. 3 und 4). Die Austauscherrohre 5 besitzen einen in Strömungs­ richtung SR des äußeren Tauschermediums (Kühlluft) lang­ gestreckten Querschnitt und sind aus zwei Rohrschalen zu­ sammengeschweißt. Die Schweißnähte erstrecken sich ent­ lang der Kuppen 6 der Austauscherrohre 5. Jeweils zwei benachbarte Austauscherrohre 5 eines Rippenrohrbündels 4 sind durch wellenförmige Rippenbänder 7 untereinander verbunden. Die Rippenbänder können verschiedenartig kon­ figuriert sein. Sie können gekrümmte oder gerade Flanken aufweisen. Auch können die Flanken im Winkel oder paral­ lel zueinander verlaufen. Ihre Befestigung an den geraden Flanken der Austauscherrohre 5 erfolgt mit Hilfe des Schmelzschweißverfahrens. Die Enden der Austauscherrohre 5 sind in Rohrböden 8 festgelegt und münden einerseits in firstseitige Verteilerkammern 9 für das innere Tauscher­ medium (Abdampf) und andererseits in untere Sammelkammern 10 für das kondensierte innere Tauschermedium.

Um die Rippenrohrbündel 4 einer Austauscherwand 3 ohne Verlust von Wärmeaustauschfläche und ohne zusätzliche Stützeinrichtungen miteinander zu verbinden, weisen die sich an den Stirnseiten 12 von jeweils zwei benachbarten Rippenrohrbündeln 4 einander frontal gegenüberliegenden Rippenbänder 11 einen trapezförmigen Querschnitt auf.

Wie in diesem Zusammenhang insbesondere die Fig. 4 er­ kennen läßt, sind diese trapezförmigen Rippenbänder 11 formschlüssig verzahnungsartig zusammengesteckt. Das Zu­ sammenstecken kann drucklos erfolgen, und zwar dadurch, daß die Flanken 13 der Rippenbänder 11 aneinanderliegen. Die Rippenbänder 11 können aber auch unter Druck zusam­ mengefügt sein, so daß sie dann klemmend miteinander ver­ keilt sind. In diesem Fall ist es ferner zweckmäßig, wenn die geneigten Flanken 13 der Rippenbänder 11 miteinander verklebt sind.

Zur Verbesserung der Wärmeaustauscheigenschaften sind an den Rippenbändern 7, 11 aller Austauscherrohre 5 aus den Flanken 13 herausgeformte Turbulatoren 14 vorgesehen. Diese Turbulatoren 14 sind wechselweise in die eine und andere Richtung herausgeformt. Die Fig. 4 zeigt, daß bei den trapezförmigen Rippenbändern 11, die beim Ankoppeln zweier Rippenrohrbündel 4 entsprechend den Pfeilen A, B klettartig zusammengesteckt werden, die jeweils äußeren Turbulatoren in die Ebenen der Flanken 13 zurückgedrückt sind, so daß die Rippenbänder 11 einwandfrei ineinander­ gefügt und miteinander klemmend verkeilt werden können.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Vorrichtung zum Wärmeaustausch
 2 Traggerüst
 3 Austauscherwände
 4 Rippenrohrbündel
 5 Austauscherrohre
 6 Kuppen v. 5
 7 mittlere Rippenbänder
 8 Rohrböden
 9 Verteilerkammer
10 Sammelkammer
11 endseitige Rippenbänder
12 Stirnseiten v. 4
13 Flanken v. 11
14 Turbulatoren
A Pfeil
B Pfeil
KS Koppel stellen
SR Strömungsrichtung

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch, welche in insbeson­ dere dachförmiger Anordnung mehrere zu einer Austau­ scherwand (3) aneinander gekoppelte Rippenrohrbündel (4) umfaßt, von denen jedes Rippenrohrbündel (4) aus in einer Reihe parallel nebeneinander angeordneten, durch wellenförmige Rippenbänder (7, 11) untereinan­ der verbundenen, in Strömungsrichtung (SR) des äuße­ ren Tauschermediums einen langgestreckten Querschnitt aufweisenden und aus zwei Rohrschalen zusammenge­ schweißten Austauscherrohren (5) besteht, deren in Rohrböden (8) festgelegte Enden einerseits in Vertei­ lerkammern (9) und andererseits in Sammelkammern (10) für das innere Tauschermedium münden, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den Stirnseiten (12) von jeweils zwei benachbarten Rip­ penrohrbündeln (4) einander frontal gegenüberliegen­ den Rippenbänder (11) einen keilförmigen Querschnitt aufweisen und formschlüssig verzahnungsartig zusam­ mengesteckt sind.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen keilförmi­ gen Querschnitt aufweisenden Rippenbänder (11) ebene Flanken (13) besitzen.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenbänder (11) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmigen Rippenbänder (11) unter Druck klemmend miteinander verkeilt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Flanken (13) der Rippenbänder (11) mitein­ ander verklebt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, mit aus den Flanken (13) der Rippenbänder (7, 11) wechselweise in beide Richtungen geformten Turbulato­ ren (14), dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils nach außen geformten Turbulatoren (14) an den keilförmigen Rippenbändern (11) in die Ebenen der Flanken (13) zurückgedrückt sind.