EP3171116A1 - Gewickelter wärmeübertrager mit turbulatoren - Google Patents

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Publication number
EP3171116A1
EP3171116A1 EP15003340.5A EP15003340A EP3171116A1 EP 3171116 A1 EP3171116 A1 EP 3171116A1 EP 15003340 A EP15003340 A EP 15003340A EP 3171116 A1 EP3171116 A1 EP 3171116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
heat exchanger
turbulator
interior
jacket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15003340.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Steinbauer
Christiane Kerber
Christoph Seeholzer
Ingomar Blum
Elise Estiot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP15003340.5A priority Critical patent/EP3171116A1/de
Publication of EP3171116A1 publication Critical patent/EP3171116A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • the invention relates to a wound heat exchanger according to claim 1.
  • Such a heat exchanger has a pressure-bearing jacket, which surrounds a jacket space for receiving a first fluid and extends along a longitudinal axis, and a core tube extending in the jacket, which extends along the longitudinal axis, which, based on a heat exchanger arranged as intended, preferably along the vertical runs.
  • the heat exchanger furthermore has a tube bundle arranged in the jacket space, which tube has at least one tube and serves for receiving the second fluid, wherein this at least one tube is helically wound around the core tube.
  • Coiled heat exchangers of the type mentioned in the introduction are used, for example, as water bath evaporators which are designed to evaporate a liquefied gas guided in the tube bundle, the tube bundle being arranged in a water bath located in the jacket space.
  • Such post-dryout boiling is characterized by a low heat transfer coefficient because the inside of the tubes of the tube bundle is covered with a vapor film while in the middle of the respective tube there is a liquid core or a droplet flow.
  • nonequilibrium conditions and sudden changes in surface wettability create flow instabilities. This can lead to difficult operating conditions, especially pressure and volume fluctuations.
  • the present invention is based on the problem to provide a heat exchanger of the type mentioned, which is improved in terms of the aforementioned problem.
  • the at least one tube has an interior, wherein in the interior of a turbulator is arranged.
  • Such a turbulator is configured to fluidize a flow carried in the at least one tube.
  • the heat transfer is improved throughout the evaporation process, since drying zones on the inner sides of the at least one tube, which occur due to the large temperature differences and the subsequent gas film formation on the wall surface can be prevented or reduced, and further non-equilibrium conditions of the two-phase flow due to the turbulator caused mixing or turbulence of the pipe-side stream are suppressed.
  • the convection is improved in the supercooled or overheated area due to the higher turbulence. As a result, the heat exchanger costs are reduced and increases process reliability.
  • the turbulator is designed as a band extending along a helical path (the helical path is due to the helical winding of the tube around the core tube), which has a first and a second edge extending along the helical path wherein the two edges in turn helically rotate around this helical path.
  • Such a turbulator may e.g. are produced from a strip or flat material by this is subjected to a corresponding twist, the turbulator is inserted into the tube and the tube is wound around or on the core tube.
  • the two edges of the turbulator respectively an inner side of the at least one tube, so that the interior is divided into two separate subspaces.
  • the turbulator in further embodiments of the invention may also be a wire turbulator having a plurality of wire loops, e.g. are connected to a central longitudinally extending element which extends centrally in the interior of the at least one tube.
  • the turbulator can also be designed as a wire-wound tube core and have a tube core which extends in the interior of the at least one tube and is helically wrapped with a wire.
  • the turbulator can also be designed as an insert which has another helical structure which contacts the fluid flowing in the at least one tube.
  • the aforementioned band of the turbulator according to the invention consists of a metal, in particular of an aluminum alloy or a steel.
  • the wound heat exchanger according to the invention may comprise a plurality of tubes which are wound around the core tube, these tubes each having one of the turbulators described above, in particular a helically wound band (see above). Furthermore, these tubes can be helically wound in several layers around or on the core tube.
  • the core tube preferably serves to receive the load of the at least one tube or of the tube bundle.
  • the tubes are wound on the core tube, wherein spacer elements, in particular in the form of longitudinally extending webs, can be provided between each two adjacent tube layers.
  • the turbulator does not extend over an entire length of the at least one tube in the interior of the tube, but only over a portion of the tube or alternatively over an entire length of the respective tube.
  • the aforesaid portion of the tube may, for example, be located at the beginning of the tube bundle in which supercooled film boiling occurs.
  • water bath evaporators are preferably used in applications where pipe-side cleaning is not required (for example, in the evaporation of nitrogen, oxygen, argon, ethylene, propylene, LNG, CO 2 , CO), there is no need for the turbulator (s) after Insert into the tubes to remove.
  • turbulators which are arranged one behind the other in particular in the flow direction of the tube side guided fluid and preferably differ from each other in terms of their shape and / or their material.
  • the size of the turbulators is preferably chosen so that they can easily be introduced into the initially straight tubes of the tube bundle, at the same time preferably ensuring that sufficient contact is made between the respective turbulator and the surrounding inner side of the tube in question.
  • the turbulators used preferably have sufficient flexibility, so that the mechanical stability of the helically wound tubes of the tube bundle after winding is not endangered.
  • the shape and the characteristic dimensions of the turbulators are preferably chosen so that the best possible heat transfer is achieved with the lowest possible pressure drop.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for producing a wound heat exchanger, preferably a heat exchanger according to the invention.
  • At least one tube is provided, a turbulator is inserted into an interior of the tube, and the tube is then helically wound around or onto a core tube of the heat exchanger.
  • the turbulator is fixed in the pipe by bending of the pipe during or around the core pipe during winding of the pipe.
  • FIG. 1 shows in connection with FIG. 2 a heat exchanger 1 according to the invention, which is characterized in that it comprises a tube bundle 2 with at least one tube 20 (see, in particular Fig. 2 ), which runs along a longitudinal axis L of the heat exchanger 1 and thereby helically wound around or on a core tube 21 of the heat exchanger 1, so that it along an imaginary Helical orbit B runs in the FIG. 1 is indicated.
  • a turbulator 200 is arranged (see. FIG. 2 ), which also extends along the helical path B, wherein the turbulator 200 is formed helically wound.
  • FIG. 2 This web B along which the tube 20 or the tubulator 200 also extends, but before the tube 20 is wound together with the turbulator 200 around or on the core tube 21.
  • the web B is here formed substantially longitudinally extending.
  • the heat exchanger 1 according to the invention FIGS. 1 and 2 said core tube 21, to which the tubes 20 of the tube bundle 2 are preferably wound, so that preferably the core tube 21 carries the load of the tubes 20.
  • the invention is also generally applicable to wound heat exchanger without core tube, in which the tubes 20 are helically wound around the longitudinal axis L.
  • the heat exchanger 1 is designed for indirect heat transfer between a first and a second fluid and has a jacket 10 which surrounds a jacket space M for receiving the first fluid, for example via an inlet port 101 on the shell 10 in the shell space M introduced and, for example via a corresponding outlet port 102 on the jacket 10 again from the shell space M is removable.
  • the jacket 10 extends along the said longitudinal axis L, which preferably extends along the vertical with respect to a heat exchanger 1 arranged as intended.
  • the tube bundle 2 is further arranged with a plurality of tubes 20 for receiving the second fluid.
  • These tubes 20 are preferably helically wound in several layers 22 on the core tube 21, wherein the core tube 21 also extends along the longitudinal axis L and is arranged concentrically in the shell space M.
  • Several tubes 20 of the tube bundle 2 can each form a tube group (in the FIG.
  • the jacket 10 and the core tube 21 can furthermore be of cylindrical design, at least in sections, so that the longitudinal axis L forms a cylinder axis of the jacket 10 and of the concentric core tube 21 extending therein.
  • a shirt 3 may further be arranged, which is the Tube bundle 2 or the at least one tube 200 encloses, so that between the tube bundle 2 and that shirt 3 a tube bundle 2 or tube 200 surrounding space 4 is formed.
  • the shirt 3 serves, if necessary, to suppress a bypass flow of the first fluid guided in the jacket space M, with which the tube bundle 2 / tube 200 is acted upon, as far as possible to suppress the tube bundle 2 / tube 200.
  • the first fluid is thus preferably guided in the jacket space M in the region of the jacket space M surrounded by the shirt 3.
  • the individual pipe layers 22 (in particular in the case of horizontal support of the tube bundle 2) can be supported on spacer elements 6 extending along the longitudinal axis L and on the core tube 21 in each case, wherein a plurality of spacer elements 6 can be arranged one above the other in the radial direction R of the tube bundle 2.
  • the tubes 20 in their respective interior I each have a turbulator 200, which is introduced in the manufacture of the wound heat exchanger 1 along an insertion direction R 'in the respective interior I of the straight or only slightly curved tube 20.
  • the respective turbulator 200 is completely inserted into the inner space I of the respective tube 20, this is brought into its helically wound state, for example by being wound onto the core tube 21.
  • the turbulator 200 arranged therein is fixed in the tube 20.
  • turbulator 200 may be an elongated strip 200 (eg, a metal) that is helically twisted. That is, the band 200 extends according to FIG. 2 along a path B, wherein opposite edges 201, 202 of the belt 200 respectively helically surround this path B.
  • the two edges 201, 202 preferably contact the inner side 20a of the tube 20 and subdivide the inner space I of the tube 20 into a first and a second subspace T, T ', respectively.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen gewickelter Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid, mit: einem Mantel (10), der einen Mantelraum (M) zur Aufnahme des ersten Fluids umgibt und sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt, einem im Mantelraum (M) angeordneten Kernrohr (21), das sich entlang der Längsachse (L) erstreckt, einem im Mantelraum (M) angeordneten Rohrbündel (2) aufweisend zumindest ein Rohr (20) zur Aufnahme des zweiten Fluids, wobei das mindestens eine Rohr (20) helikal um das Kernrohr (21) gewickelt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens eine Rohr (20) einen Innenraum (I) aufweist, wobei in dem Innenraum (I) ein Turbulator (200) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen gewickelten Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1.
  • Ein derartiger Wärmeübertrager weist einen drucktragenden Mantel auf, der einen Mantelraum zur Aufnahme eines ersten Fluids umgibt und sich entlang einer Längsachse erstreckt, sowie ein im Mantel verlaufendes Kernrohr, das sich entlang der Längsachse erstreckt, die - bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager - vorzugsweise entlang der Vertikalen verläuft. Der Wärmeübertrager weist weiterhin ein im Mantelraum angeordnetes Rohrbündel auf, das zumindest ein Rohr aufweist und zur Aufnahme des zweiten Fluids dient, wobei dieses mindestens eine Rohr helikal um das Kernrohr gewickelt ist.
  • Gewickelte Wärmeübertrager der eingangs genannten Art werden zum Beispiel als Wasserbadverdampfer eingesetzt, die dazu ausgebildet sind, ein im Rohrbündel geführtes verflüssigtes Gas zu verdampfen, wobei das Rohrbündel in einem im Mantelraum befindlichen Wasserbad angeordnet ist. Häufig ereignet sich hierbei ein post-dryout-Sieden des Flüssiggases in den Rohren des Rohrbündels aufgrund der vergleichsweise hohen Temperaturdifferenz zwischen dem kryogenen Flüssiggas und dem heißen Wasserbad. Ein derartiges post-dryout-Sieden ist durch einen geringen Wärmeübergangskoeffizienten gekennzeichnet, da die Innenseite der Rohre des Rohrbündels mit einem Dampffilm bedeckt ist, während in der Mitte des jeweiligen Rohres ein flüssiger Kern oder eine Tröpfchenströmung vorliegt. Zudem erzeugen Nichtgleichgewichtsbedingungen und plötzliche Änderungen in der Oberflächenbenetzbarkeit Strömungsinstabilitäten. Dies kann zu schwierigen Betriebsbedingungen führen, insbesondere Druck- und Mengenschwankungen.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bereitzustellen, der hinsichtlich der vorgenannten Problematik verbessert ist.
  • Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
  • Danach ist gemäß Anspruch erfindungsgemäß vorgesehen, dass das mindestens eine Rohr einen Innenraum aufweist, wobei in dem Innenraum ein Turbulator angeordnet ist.
  • Ein derartiger Turbulator ist dazu konfiguriert, eine in dem mindestens einen Rohr geführte Strömung zu verwirbeln.
  • Aufgrund des Turbulators wird die Wärmeübertragung während des gesamten Verdampfungsprozesses verbessert, da Trockenzonen an den Innenseiten des mindestens einen Rohrs, die aufgrund der großen Temperaturunterschiede und der darauffolgenden Gasfilmbildung an der Wandoberfläche auftreten, verhindert bzw. verringert werden, und weiterhin Nichtgleichgewichtsbedingungen der Zweiphasenströmung aufgrund der durch den Turbulator bewirkten Vermischung bzw. Verwirbelung des rohrseitigen Stromes unterdrückt werden. Zudem wird im unterkühlten bzw. überhitzten Bereich die Konvektion aufgrund der höheren Turbulenz verbessert. Hierdurch werden im Ergebnis die Wärmeübertragerkosten reduziert und die Prozesssicherheit erhöht.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass der Turbulator als ein entlang einer helixförmigen Bahn erstrecktes Band ausgebildet ist (die helixförmige Bahn besteht aufgrund der helikalen Wicklung des Rohres um das Kernrohr), das eine erste und eine zweite entlang der helixförmigen Bahn erstreckte Kante aufweist, wobei die beiden Kanten wiederum diese helixförmige Bahn helixförmig umlaufen.
  • Ein solcher Turbulator kann z.B. aus einem Band oder Flachmaterial erzeugt werden, indem dieses einer entsprechenden Verwindung unterzogen wird, der Turbulator in das Rohr eingeführt und das Rohr um oder auf das Kernrohr gewickelt wird.
  • Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen, dass die beiden Kanten des Turbulators jeweils an einer Innenseite des mindestens einen Rohres anliegen, so dass der Innenraum in zwei separate Teilräume unterteilt wird.
  • Alternativ hierzu kann es sich bei dem Turbulator in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch um einen Drahtturbulator handeln, der mehrere Drahtschlaufen aufweist, die z.B. mit einem zentralen längs erstreckten Element verbunden sind, das sich mittig im Innenraum des mindestens einen Rohres erstreckt.
  • Weiterhin kann der Turbulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch als drahtumwickelter Rohrkern ausgebildet sein und einen im Innenraum des mindestens einen Rohres erstreckten Rohrkern aufweisen, der helikal mit einem Draht umwickelt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Turbulator auch als ein Einsatz ausgebildet sein, der eine sonstige helixförmige Struktur aufweist, die das in dem mindestens einen Rohr strömende Fluid kontaktiert.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann es sich bei einem Turbulator auch um ein oder mehrere Elemente handeln, die durch ein Streckmetall oder ein gestanztes Metall gebildet sind.
  • Vorzugsweise besteht auch das eingangs genannte Band des erfindungsgemäßen Turbulators aus einem Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder einem Stahl.
  • Weiterhin kann der erfindungsgemäße, gewickelte Wärmeübertrager mehrere Rohre aufweisen, die um das Kernrohr gewickelt sind, wobei diese Rohre jeweils einen der vorstehend beschriebenen Turbulatoren, insbesondere ein helixförmig verwundenes Band (siehe oben), aufweisen. Weiterhin können diese Rohre in mehreren Lagen helixförmig um oder auf das Kernrohr gewickelt sein.
  • Das Kernrohr dient des Weiteren bevorzugt dazu, die Last des mindestens einen Rohres bzw. des Rohrbündels aufzunehmen.
  • Vorzugsweise sind die Rohre auf das Kernrohr gewickelt, wobei zwischen je zwei benachbarten Rohrlagen Abstandselemente, insbesondere in Form von längserstreckten Stegen, vorgesehen sein können.
  • Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen, gewickelten Wärmeübertragers vorgesehen, dass sich der Turbulator nicht über eine gesamte Länge des mindestens einen Rohres im Innenraum des Rohres erstreckt, sondern nur über einen Abschnitt des Rohres oder alternativ über eine gesamte Länge des jeweiligen Rohres. Der vorgenannte Abschnitt des Rohres kann zum Beispiel am Anfang des Rohrbündels angeordnet sein, in dem unterkühltes Filmsieden auftritt.
  • Da Wasserbadverdampfer vorzugsweise in Anwendungen verwendet werden, bei denen eine rohrseitige Reinigung nicht erforderlich ist (zum Beispiel bei der Verdampfung von Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Ethylen, Propylen, LNG, CO2, CO) besteht keine Notwendigkeit, den oder die Turbulatoren nach dem Einführen in die Rohre zu entfernen.
  • Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, in dem Innenraum des mindestens einen Rohres mehrere Turbulatoren anzuordnen, die insbesondere in Strömungsrichtung des rohrseitig geführten Fluides hintereinander angeordnet sind und sich bevorzugt hinsichtlich ihrer Form und/oder ihres Materials voneinander unterscheiden.
  • Die Größe der Turbulatoren wird vorzugsweise so gewählt, dass sie sich in die anfänglich geraden Rohre des Rohrbündels leicht einführen lassen, wobei gleichzeitig bevorzugt gewährleistet wird, dass ein hinreichender Kontakt zwischen dem jeweiligen Turbulator und der umgebenden Innenseite des betreffenden Rohres hergestellt wird.
  • Die verwendeten Turbulatoren weisen bevorzugt eine hinreichende Flexibilität auf, sodass die mechanische Stabilität der helikal gewickelten Rohre des Rohrbündels nach dem Wickeln nicht gefährdet ist.
  • Die Form und die charakteristischen Dimensionen der Turbulatoren (zum Beispiel Dicke und Breite des Bandes, Verwindungsverhältnis des Bandes etc.) werden bevorzugt so gewählt, dass eine möglichst gute Wärmeübertragung bei gleichzeitig möglichst geringem Druckabfall erzielt wird.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Wärmeübertragers, bevorzugt eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Wärmeübertragers wird zumindest ein Rohr bereitgestellt, ein Turbulator in einen Innenraum des Rohres eingeführt, und das Rohr anschließend um oder auf ein Kernrohr des Wärmeübertragers helikal gewickelt.
  • Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass der Turbulator durch eine sich beim Wickeln des Rohres um bzw. auf das Kernrohr einstellende Biegung des Rohres im Rohr fixiert wird.
  • Auch hier können natürlich, wie oben beschrieben, mehrere Rohre mit einem Turbulator ausgestattet und um bzw. auf das Kernrohr gewickelt werden. Der oder die Turbulatoren können im Einzelnen wie hierin beschrieben ausgebildet sein.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine ausschnitthafte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung des Einführens eines Turbulators in ein Rohr des herzustellenden Wärmeübertragers, das nach dem Einführen des Turbulators auf ein Kernrohr des Wärmeübertragers helikal gewickelt wird.
  • Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 2 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1, der sich dadurch auszeichnet, dass er ein Rohrbündel 2 mit zumindest einem Rohr 20 aufweist (vgl. insbesondere Fig. 2), das entlang einer Längsachse L des Wärmeübertragers 1 verläuft und dabei helikal um oder auf ein Kernrohr 21 des Wärmeübertragers 1 gewickelt ist, so dass es entlang einer gedachten helikalen Bahn B verläuft, die in der Figur 1 angedeutet ist. In dem mindestens einen Rohr 20 ist ein Turbulator 200 angeordnet (vgl. Figur 2), der sich ebenfalls entlang der helikalen Bahn B erstreckt, wobei der Turbulator 200 helixförmig verwunden ausgebildet ist. Figur 2 zeigt diese Bahn B entlang der sich das Rohr 20 bzw. der Tubulator 200 erstreckt ebenfalls, allerdings bevor das Rohr 20 zusammen mit dem Turbulator 200 um bzw. auf das Kernrohr 21 gewickelt wird. Entsprechend ist die Bahn B hier noch im Wesentlichen längs erstreckt ausgebildet.
  • Im Einzelnen weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1 gemäß Figuren 1 und 2 das besagte Kernrohr 21 auf, auf das die Rohre 20 des Rohrbündels 2 bevorzugt aufgewickelt sind, so dass bevorzugt das Kernrohr 21 die Last der Rohre 20 trägt. Die Erfindung ist jedoch auch grundsätzlich auf gewickelte Wärmeübertrager ohne Kernrohr anwendbar, bei denen die Rohre 20 um die Längsachse L helikal gewickelt sind. Der Wärmeübertrager 1 ist zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid ausgebildet und weist einen Mantel 10 auf, der einen Mantelraum M zur Aufnahme des ersten Fluids umgibt, das z.B. über einen Einlassstutzen 101 am Mantel 10 in den Mantelraum M einleitbar und z.B. über einen entsprechenden Auslassstutzen 102 am Mantel 10 wieder aus dem Mantelraum M abziehbar ist. Der Mantel 10 erstreckt sich entlang der besagten Längsachse L, die bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager 1 vorzugsweise entlang der Vertikalen verläuft. Im Mantelraum M ist weiterhin das Rohrbündel 2 mit einer Mehrzahl an Rohren 20 zur Aufnahme des zweiten Fluids angeordnet. Diese Rohre 20 sind vorzugsweise in mehreren Lagen 22 helikal auf das Kernrohr 21 gewickelt, wobei sich das Kernrohr 21 ebenfalls entlang der Längsachse L erstreckt und konzentrisch im Mantelraum M angeordnet ist. Mehrere Rohre 20 des Rohrbündels 2 können jeweils eine Rohrgruppe bilden (in der Figur 1 sind drei solche Rohrgruppen gezeigt), wobei die Rohre einer Rohrgruppe in einem zugeordneten Rohrboden 104 zusammengefasst sein können, wobei das zweite Fluid über Einlassstutzen 103 am Mantel 10 in die Rohre 20 der jeweiligen Rohrgruppe eingeleitet und über Ablassstutzen 105 aus den Rohren 20 der entsprechenden Rohrgruppe abgezogen werden kann. Somit kann zwischen den beiden Fluiden indirekt Wärme übertragen werden. Der Mantel 10 sowie das Kernrohr 21 können weiterhin zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgeführt sein, so dass die Längsachse L eine Zylinderachse des Mantels 10 und des konzentrisch darin verlaufenden Kernrohres 21 bildet. Im Mantelraum M kann des Weiteren ein Hemd 3 angeordnet sein, das das Rohrbündel 2 bzw. das mindestens eine Rohr 200 umschließt, so dass zwischen dem Rohrbündel 2 und jenem Hemd 3 ein das Rohrbündel 2 bzw. Rohr 200 umgebender Zwischenraum 4 ausgebildet ist. Das Hemd 3 dient dazu, ggf. eine Bypassströmung des im Mantelraum M geführten ersten Fluids, mit dem das Rohrbündel 2/Rohr 200 beaufschlagt wird, am Rohrbündel 2/Rohr 200 vorbei möglichst zu unterdrücken. Das erste Fluid wird also im Mantelraum M vorzugsweise in dem vom Hemd 3 umgebenen Bereich des Mantelraumes M geführt. Weiterhin können sich die einzelnen Rohrlagen 22 (insbesondere bei horizontaler Lagerung des Rohrbündels 2) über entlang der Längsachse L erstreckte Abstandselemente 6 aneinander bzw. am Kernrohr 21 abstützen, wobei jeweils mehrere Abstandselemente 6 in radialer Richtung R des Rohrbündels 2 übereinander angeordnet sein können.
  • Wie in Figur 2 gezeigt ist, weisen die Rohre 20 in ihrem jeweiligen Innenraum I jeweils einen Turbulator 200 auf, der bei der Herstellung des gewickelten Wärmeübertragers 1 entlang einer Einführrichtung R' in den jeweiligen Innenraum I des geraden bzw. nur leicht gekrümmten Rohres 20 eingeführt wird. Wenn der jeweilige Turbulator 200 vollständig in den Innenraum I des jeweiligen Rohres 20 eingeführt ist, wird dieses in seinen helikal gewickelten Zustand gebracht, beispielsweise indem es auf das Kernrohr 21 aufgewickelt wird. Durch die hierbei entstehende Krümmung des jeweiligen Rohres 20 wird der darin angeordnete Turbulator 200 im Rohr 20 fixiert.
  • Wie in der Figur 2 gezeigt, kann es sich bei dem Turbulator 200 z.B. um ein längserstrecktes Band bzw. Flachmaterial 200 (z.B. aus einem Metall) handeln, das helikal verwunden ist. D.h., das Band 200 erstreckt sich gemäß Figur 2 entlang einer Bahn B, wobei einander gegenüberliegende Kanten 201, 202 des Bandes 200 jeweils helixförmig diese Bahn B umlaufen. Ist der Turbulator 200 in das Rohr 20 eingeführt, kontaktieren die beiden Kanten 201, 202 bevorzugt die Innenseite 20a des Rohres 20 und unterteilen den Innenraum I des Rohres 20 entsprechend in einen ersten und einen zweiten Teilraum T, T'.
  • Nach dem Aufwickeln des Rohres 20 auf das Kernrohr 21 weist die (anfangs bzw. vor dem Aufwickeln) gerade Bahn B einen helixförmigen Verlauf auf, wobei nunmehr die beiden Kanten 201, 202 ihrerseits helixförmig um diese Bahn B verlaufen (vgl. Figur 1). Anstelle des in der Figur 2 gezeigten Turbulators 200 können natürlich auch andere Turbulatoren, insbesondere die hierin beschriebenen Turbulatoren, verwendet werden. Bezugszeichenliste
    1 Wärmeübertrager
    2 Rohrbündel
    3 Hemd
    4 Zwischenraum
    6 Abstandselemente
    10 Mantel
    20 Rohre
    20a Innenseite
    21 Kernrohr
    22 Rohrlagen
    101 Einlassstutzen
    102 Auslassstutzen
    103 Einlassstutzen
    104 Rohrboden
    105 Auslassstutzen
    200 Turbulator
    201,202 Kanten
    B Helixförmige Bahn
    R radiale Richtung
    R' Einführrichtung
    L Längsachse
    M Mantelraum
    T, T' Teilräume

Claims (8)

  1. Gewickelter Wärmeübertrager (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid, mit
    - einem Mantel (10), der einen Mantelraum (M) zur Aufnahme des ersten Fluids umgibt und sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt,
    - einem im Mantelraum (M) angeordneten Kernrohr (21), das sich entlang der Längsachse (L) erstreckt,
    - einem im Mantelraum (M) angeordneten Rohrbündel (2) mit zumindest einem Rohr (20) zur Aufnahme des zweiten Fluids, wobei das mindestens eine Rohr (20) helikal um das Kernrohr (21) gewickelt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das mindestens eine Rohr (20) einen Innenraum (I) aufweist, wobei in dem Innenraum (I) ein Turbulator (200) angeordnet ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulator (200) als ein entlang einer helixförmigen Bahn (B) erstrecktes Band ausgebildet ist, das eine erste und eine zweite entlang der helixförmigen Bahn (B) erstreckte Kante (201, 202) aufweist, wobei die beiden Kanten (201, 202) die Bahn (B) helixförmig umlaufen.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kanten (201, 202) jeweils an einer Innenseite (20a) des mindestens einen Rohres (20) anliegen, so dass der Innenraum (I) in zwei separate Teilräume (T, T') unterteilt wird.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Turbulator (200) nicht über eine gesamte Länge des mindestens einen Rohres (20) entlang der Längsachse (L) im Innenraum (I) des Rohres (20) erstreckt, sondern nur über einen Abschnitt des Rohres (29).
  5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Turbulator (200) über eine gesamte Länge des mindestens einen Rohres (20) im Innenraum (I) des Rohres (20) entlang der Längsachse (L) erstreckt.
  6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (I) des mindestens einen Rohres (20) mehrere Turbulatoren (200) angeordnet sind, die hinsichtlich ihrer Form und/oder ihres Materials unterschiedlich ausgestaltet sind.
  7. Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Wärmeübertragers (1), insbesondere eines Wärmeübertragers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Verfahren zumindest ein Rohr (20) bereitgestellt wird, ein Turbulator (200) in einen Innenraum (I) des mindestens einen Rohres (20) eingeführt wird und das mindestens eine Rohr (20) anschließend um ein Kernrohr (21) helikal gewickelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulator (200) durch eine sich beim Wickeln des mindestens einen Rohres (20) um das Kernrohr (21) einstellende Biegung des mindestens einen Rohres (20) bezüglich des mindestens einen Rohres (20) fixiert wird.
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