DE9412931U1 - Horizontal tube bundle evaporator with U-tubes for a refrigeration system for cooling a liquid - Google Patents

Description

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Liegender Rohrbündelverdampfer mit U-Rohren für eine Kälteanlage zur Kü-hlung^-einer—Fl-üssigkeit-: ■ — —■—^-■ — · ■Horizontal tube bundle evaporator with U-tubes for a refrigeration system for cooling^-a—liquid-: ■ ——■—^-■— · ■

Die Erfindung betrifft einen liegenden Rohrbündelverdampfer mit U-Rohren für eine Kälteanlage zur Kühlung einer Flüssigkeit, die mittels Umlenkplatten mit wechselnd versetzten Durchtrittsöffnungen mäanderförmig um die Rohre strömt, in denen Ammoniak als Kältemittel verdampft.The invention relates to a horizontal tube bundle evaporator with U-tubes for a refrigeration system for cooling a liquid which flows in a meandering manner around the tubes by means of baffle plates with alternately offset passage openings in which ammonia evaporates as a coolant.

Bei Kälteanlagen zur Kühlung von Flüssigkeiten haben liegende Rohrbündelverdampfer mit U-Rohren wegen der konstruktiven und funktionsmäßigen Vorteile weite Verbreitung gefunden. So sei nur angeführt, daß diese Verdampfer nur einen Rohrboden benötigen und die Montage in den Apparat sehr einfach ist. Bei Verwendung von FCKW-Kältemitteln fand Kupfer als Werkstoff für die Rohre Verwendung. Damit wurden gute Wärmeübertragungsverhältnisse erreicht. Wegen der Schädigung der Lufthülle der Erde ist in Kürze mit einem absoluten Verwendungsverbot von FCKW zu rechnen. Es gelangt deshalb verstärkt Ammoniak als Kältemittel zum Einsatz. Bei diesen vom Konstruktionsprinzip so günstigen Verdampfern wurde wegen der Unverträglichkeit Kupfer-Ammoniak, Stahl als Werkstoff eingesetzt. Dabei können die Rohre beiderseitig mit Rippen versehen sein, um den Wärmeübergang zu verbessern. Der Wärmeübergang vom verdampfenden Ammoniak an die Oberfläche der berippten Rohre ist aber so hoch, daß die schlechte Wärmeleitung von Stahl zu einem Hemmnis für das Erreichen einer höheren Leistung wird, die den mit Kupferrohren bestückten FCKW-Verdampfern vergleichbar ist. Der nach Kupfer nächst bessereIn refrigeration systems for cooling liquids, horizontal tube bundle evaporators with U-tubes have become widespread due to their structural and functional advantages. It should be noted that these evaporators only require one tube plate and are very easy to install in the device. When CFC refrigerants were used, copper was used as the material for the tubes. This achieved good heat transfer conditions. Due to the damage to the earth's atmosphere, an absolute ban on the use of CFCs is to be expected in the near future. Ammonia is therefore increasingly being used as a refrigerant. In these evaporators, which are so advantageous in terms of their design principle, steel was used as the material due to the incompatibility of copper and ammonia. The tubes can be provided with fins on both sides to improve heat transfer. However, the heat transfer from the evaporating ammonia to the surface of the finned tubes is so high that the poor heat conduction of steel becomes an obstacle to achieving a higher performance that is comparable to CFC evaporators equipped with copper tubes. The next best material after copper

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Werkstoff im Wärmeleitvermögen ist Aluminium. Mit Rippen / Rillen versehene Rohre aus Aluminium wurden in Kältemittelverdampfern, vorzugsweise zur Luftkühlung, schon angewendet. Aufgabe der Erfindung ist es einen funktionssicheren liegenden Rohrbündelverdampfer mit U-Rohren zu schaffen, der eine sehr gute Wärmeübertragung vom Ammoniak an den flüssigen Kälteträger ermöglicht.The material with the best thermal conductivity is aluminum. Aluminum tubes with ribs/grooves have already been used in coolant evaporators, preferably for air cooling. The aim of the invention is to create a functionally reliable horizontal tube bundle evaporator with U-tubes that enables very good heat transfer from the ammonia to the liquid coolant.

Die Aufgabe wird durch die Kombination folgender für sich allein bekannter Merkmale gelöst:The task is solved by combining the following known features:

- der Werkstoff der Rohre ist Aluminium,- the material of the pipes is aluminium,

- die Rohre sind innen und außen mit Rippen / Rillen versehen,- the pipes are provided with ribs / grooves inside and outside,

- im Bereich der Durchtrittsöffnungen der Umlenkplatten sind keine Rohre angeordnet,- there are no pipes in the area of the passage openings of the baffles,

- der unberührte Bereich der Durchtrittsöffnungen ist jeweils im unteren und oberen Apparateteil angeordnet,- the untouched area of the passage openings is arranged in the lower and upper parts of the apparatus,

Die gute Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums bewirkt, verbunden mit einer Berippung der Rohroberfläche innen und außen, eine sehr gute Wärmeübertragung an den flüssigen Kälteträger. Der Wärmeübergang zwischen den inneren Rippen und dem verdampfenden Ammoniak ist besser, als bei FCKW-Kältemitteln, so daß die Verdampferleistung durch noch höhere Berippung auf der Außenseite verbessert werden konnte. Dies ist jedoch nur bei reiner Querströmung parallel zu den Rippen an der Außenfläche der Rohre voll nutzbar. Aus diesem Grunde sind im Bereich der Durchtrittsöffnungen erfindungsgemäß keine Rohre. Diesen unberührten Bereich im oberen und unteren Teil des Apparates anzuordnen dient dazu, den Stömungswiderstand zu verringern und korrosionsfor-The good thermal conductivity of aluminum, combined with ribbing on the inside and outside of the tube surface, results in very good heat transfer to the liquid coolant. The heat transfer between the inner ribs and the evaporating ammonia is better than with CFC refrigerants, so that the evaporator performance could be improved by even higher ribbing on the outside. However, this can only be fully utilized with pure cross-flow parallel to the ribs on the outside surface of the tubes. For this reason, according to the invention, there are no tubes in the area of the passage openings. Arranging this untouched area in the upper and lower parts of the device serves to reduce the flow resistance and prevent corrosion.

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dernde Schmutzablagerungen von den Rohren fern zu halten. Diese 1 ager-il·· sieh—im—untereit-TeilTrdes Verdampfers ab .und erreichen nicht die Rohre. Damit wird ein funktionssicherer und leistungsfähiger Verdampfer geschaffen.to keep harmful dirt deposits away from the pipes. These deposits are deposited in the lower part of the evaporator and do not reach the pipes. This creates a reliable and efficient evaporator.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rohre im Bereich der U-Bogen zumindest außen unberippt. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß im Bereich der U-Bogen überwiegend Längsströmung auftritt. Eine Berippung in diesem Bereich würde dort Schmutzablagerungen unerwünscht fördern.In a further embodiment of the invention, the pipes in the area of the U-bends are unribbed, at least on the outside. The invention is based on the knowledge that longitudinal flow predominantly occurs in the area of the U-bends. Ribs in this area would undesirably promote dirt deposits.

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig.l: einen Schnitt durch einen liegenden RohrbündelverdampferThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows: Fig.l: a section through a horizontal tube bundle evaporator

im Schema,
Fig.2: einen Querschnitt durch den Rohrbündelverdampfer gemäßin the scheme,
Fig.2: a cross section through the tube bundle evaporator according to

Fig.l,
Fig.3: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.l zwischen den Schnittlinien A-B gemäß Fig.lFig.l,
Fig.3: an enlarged section of Fig.l between the cutting lines AB according to Fig.l

Der Rohrbündelverdampfer besteht aus dem Behältermantel 1, in dessen Innenraum die U-Rohre 2 angeordnet sind. 3 ist der Kältemitteleintritt in den Innenraum der U-Rohre 2, und 4 ist der Kältemittelaustritt. Über den Eintrittsstutzen 5 gelangt der Kälteträger in den Innenraum des Verdampfers und strömt um die Rohre 2 und über den Austrittsstutzen 6 zu den nicht dargestellten Kälteverbrauchern. Umlenkplatten 7 sorgen für einen mäanderförmigen Strömungsweg um die U-Rohre 2. Der über den Durchtrittsöffnungen der Umlenkplatten 7 liegende obere Bereich 8 und der unter den Durchtrittsöffnungen liegende untere Bereich 9,The tube bundle evaporator consists of the vessel shell 1, in the interior of which the U-tubes 2 are arranged. 3 is the coolant inlet into the interior of the U-tubes 2, and 4 is the coolant outlet. The coolant enters the interior of the evaporator via the inlet connection 5 and flows around the tubes 2 and via the outlet connection 6 to the coolant consumers (not shown). Baffle plates 7 ensure a meandering flow path around the U-tubes 2. The upper area 8 above the passage openings of the baffle plates 7 and the lower area 9 below the passage openings,

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ist nicht mit U-Rohren besetzt, da eine Anordnung an diesen Stellen mit überwiegender Längsströmung keinen guten Wärmeübergang an berippte Rohre bewirkt, der Strömungswiderstand ansteigt und es zu unerwünschten Schmutzablagerungen in den Rippen / Rillen kommen würde.is not equipped with U-tubes, since an arrangement at these points with predominantly longitudinal flow does not result in good heat transfer to finned tubes, the flow resistance increases and undesirable dirt deposits would occur in the fins / grooves.

Die U-Rohre sind über ihre gesamte Länge mit relativ hohen Rippen / Rillen versehen mit der Ausnahme, daß im Bereich der U-Bogen 10 die U-Rohre 2 glatt ohne Rippen / Rillen gestaltet sind. Hier findet überwiegend Längsströmungströmung mit den schon beschriebenen Wirkungen statt. Schmutzablagerungen zwischen den Rippen / Rillen an diesen Stellen werden vermieden.The U-tubes are provided with relatively high ribs/grooves over their entire length, with the exception that in the area of the U-bends 10 the U-tubes 2 are smooth without ribs/grooves. Here the flow is predominantly longitudinal with the effects already described. Dirt deposits between the ribs/grooves at these points are avoided.

Aus Fig.3 ist der Strömungsverlauf des Kälteträgers um die Rohre zu erkennen. Im oberen Bereich 8 und im unteren Bereich 9 - die frei von Rohren sind - findet überwiegend Längsströmung statt. Im Raum zwischen zwei Umlenkplatten 7 strömt der Kälteträger quer zu den Rohren 2, die mit relativ hohen Rippen / Rillen versehen sind. Damit kann das gute Wärmeleitvermögen von Aluminium voll genutzt werden. Die Wärmeübertragerleistung ist damit sehr gut. Es wird die Leistung bekannter Verdampfer mit Kupfer als Rohrwerkstoff erreicht und überboten.The flow path of the coolant around the pipes can be seen in Fig.3. In the upper area 8 and in the lower area 9 - which are free of pipes - the flow is predominantly longitudinal. In the space between two deflection plates 7, the coolant flows across the pipes 2, which are provided with relatively high ribs/grooves. This means that the good thermal conductivity of aluminum can be fully utilized. The heat exchanger performance is therefore very good. The performance of known evaporators with copper as the pipe material is achieved and exceeded.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference symbols

1 Behältermantel1 container shell

1 U-Jlohre . -~. - ....._ . . 1 U-Johre . -~. - ....._ . .

3 Kältemitteleintritt3 Refrigerant inlet

4 Kältemittelaustritt4 Refrigerant leak

5 Eintrittsstutzen Kälteträger5 Inlet nozzle coolant

6 Austritsstutzen Kälteträger6 coolant outlet nozzle

7 Umlenkplatten7 deflection plates

8 oberer Bereich8 upper area

9 unterer Bereich9 lower area

10 U-Bogen10 U-bend

Claims (2)

•SfchUtzarffipiMch "•SfschUtzarffipiMch " 1. Liegender Rohrbündelverdampfer mit U-Rohren für eine Kälteanlage zur Kühlung einer Flüssigkeit, die mittels Umlenkplatten mit wechselnd versetzten Durchtrittsöffnungen mäanderförmig um die Rohre stömt, in denen Ammoniak als Kältemittel verdampft, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich allein bekannter Merkmale:1. Horizontal tube bundle evaporator with U-tubes for a refrigeration system for cooling a liquid that flows in a meandering manner around the tubes by means of baffle plates with alternately offset passage openings in which ammonia evaporates as a coolant, characterized by the combination of the following independently known features: - der Werkstoff der Rohre (2) ist Aluminium,- the material of the tubes (2) is aluminium, - die Rohre (2) sind innen und außen mit Rippen / Rillen versehen, - the tubes (2) are provided with ribs / grooves inside and outside, - im Bereich der Durchtrittsöffnungen {8;9) der Umlenkplatten (7) sind keine Rohre (2) angeordnet,- no pipes (2) are arranged in the area of the passage openings {8;9) of the deflection plates (7), - der unberührte Bereich (8;95 der Durchtrittsöffnungen ist jeweils im unteren (7) und oberen Bereich (8) des Verdampfers angeordnet.- the untouched area (8;95) of the passage openings is located in the lower (7) and upper area (8) of the evaporator. 2. Liegender Rohrbündelverdampfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der U-Bogen (10) die Rohre (2) zumindest außen unberippt sind.2. Horizontal tube bundle evaporator according to claim 1, characterized in that in the region of the U-bends (10) the tubes (2) are unfinned at least on the outside.