[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Form eines Rohres.
[0002] Für den Wärmetausch zwischen Medien unterschiedlicher Temperatur werden vielfach
Wärmetauscherrohre eingesetzt, bei denen das eine Medium im Innern des Rohres strömt
und das andere Medium das Rohr von außen anströmt. Beim Wärmetausch zwischen voreinem
in flüssiger Form/Liegenden Medium und einem gasförmigen Medium werden an den Rohren
besondere Vorkehrungen getroffen, um den unterschiedlichen Wärmeübergangszahlen beim
Wärmeübergang von einem strömenden flüssigen Medium auf ein festes Medium verglichen
mit dem Übergang von einem gasförmigen auf ein festes Medium Rechnung zu tragen. Aus
diesem Grunde wird z. B. häufig die Oberfläche an der Gasseite durch eine Berippung
vergrößert. Das führt aber nicht immer zu technisch befriedigenden Lösungen.
[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscherrohr anzugeben,
welches in besonders einfacher Weise geeignet ist, einen Wärmetausch zwischen strömenden
Medien zu vollziehen, insbesondere, wenn die Medien flüssig und gasförmig sind.
[0004] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung an der Innenwandung das
Rohres mindestens ein wendalförmig gewickeltes, gewelltes Wärmerohr in gut wärmeleitendem
Kontakt mit der Innenwandung angebracht ist.
[0005] Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die Anordnung
des wendelförmigen gewellten Wärmerohres die Tauschfläche auf der Gasseite drastisch
erhöht wird. Durch die Wellung des Wärmerohres wird eine gute Verwirbelung des Gasstromes
erreicht, die den Wärmeübergang noch verbessert. Außerdem neigt die erfindungsgemäße
Anordnung weniger zu einer Verschmutzung an der Gasseite als eine enge Berippung.
Gegenüber anderen das Wärmerohrprinzip ausnutzenden Wärmetauschern ergibt sich zudem
noch der Vorteil, daß die aus vielen Windungen bestehende Wendel aus einem Wellrohr
mehrfach Heiz- und Kühlzonen durchläuft und somit wie eine Vielzahl von Wärmerohren
wirkt, obwohl nur ein einziges Wellrohr großer Länge zu einem Wärmerohr konfektioniert
wurde.
[0006] Ein besonders günstiger Wärmeübergang entsteht dann, wenn die einzelnen Windungen
des Wärmerohres durch ein in gut wärmeleitendem Kontakt mit den Windungen bestehendes
balkenförmiges Element verbunden sind und das balkenförmige Element in ebenfalls gut
wärmeleitendem Kontakt an der Innenwandung befestigt ist. Bei dieser Anordnung hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Rohr den Querschnitt eines flächendeckenden
Vielecks, vorzugsweise eines gleichseitigen Sechsecks, aufweist. Die Wendel kann einen
beliebigen Querschnitt haben. Er sollte aber so gewählt werden, daß die sich bildenden
Strömungskanäle möglichst gleichen Querschnitt haben. An jeder geraden Innenwand ist
zweckmäßigerweise eine Wendel befestigt.
[0007] Je nach Anwendungsfall wird man die Wendeln ineinandergreifend oder nebeneinanderliegend
anordnen, wobei dann die einzelnen Windungen auf Distanz oder aber eng anliegend gewickelt
sind. Innerhalb der Wendeln wird der Rücktransport des Kondensats von der Kühlzone
zur Heizzone zweckmäßigerweise aufgrund der Schwerkraft erfolgen, wobei der Rücktransport
des flüssigen Arbeitsmittels gegebenenfalls durch kapillare Kräfte noch verbessert
wird. Aus diesem Grunde sind die Windungen der Wendeln bei vertikaler Anordnung des
Wärmetauschers geneigt zur Längsachse angeordnet. Es hat in manchen Anwendungsfällen
sich als sinnvoll erwiesen, zwei oder mehr Wendeln an einem balkenförmigen Element
zu befestigen. Dabei wird die lichte Weite der beiden Wendeln unterschiedlich sein.
Die Form der Wendeln spielt dabei keine Rolle, d. h. es sind kreisförmige Querschnitte
aber auch jede andere beliebige Form möglich.
[0008] Wenn man, wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist, die Wandung
des Wärmetauscherrohres mit Einsickungen versieht, wird der Wärmeübergang noch intensiviert,
da sowohl das außen strömende Medium als auch das im Rohrinnern strömende Medium zusätzlich
verwirbelt wird. In besonders günstiger Weise läßt sich der Wärmetauscher nach der
Lehre der Erfindung zur Kühlung des Kühlwassers einer Kraftwerkanlage verwenden, wobei
mehrere parallel und im Abstand zueinander angeordnete Wärmetauscherrohre verwendet
werden. Dabei strömt das zu kühlende Wasser durch den Zwischenraum, der zwischen den
ein Wärmetauscherfeld bildenden Wärmetauscherrohren entsteht, während der Innenraum
der Wärmetauscherrohre von Luft durchströmt wird. Insbesondere bei diesem Anwendungsfall
hat sich der Sechseckquerschnitt als besonders günstig erwiesen, da das seitlich anströmende
Kühlwasser mehrfach umgelenkt und dabei verwirbelt wird. Ein derartiges Wärmetauscherfeld
läßt sich in besonders vorteilhafter Weise dadurch herstellen, daß man die einzelnen
Wärmetauscherrohre parallel zueinander anordnet und an den endseitigen Bereichen mit
einem passenden Gitter die Rohrzwischenräume abdichtet.
[0009] Die Erfindung ist an Hand der in den Fig. 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
[0010] In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Innenwandung eines
im Querschnitt sechseckförm-igen Metallrohres 1, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer
mehrere wendelförmig gewickelte Wärmerohre 2 angebracht. Die einzelnen Windungen des
Wärmerohres 2 werden über nicht näher dargestellte Ausnehmungen in einen balkenförmigen
Element 3, vorzugsweise aus Kupfer, in Abstand zueinander gehalten. Das balkenförmige
Element 3 steht sowohl zu den einzelnen Windungen des Wärmerohres 2 als auch zur Innenwandung
des Metallrohres 1 in gut wärmeleitendem Kontakt, beispielsweise über eine Lotverbindung.
[0011] In dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wärmerohr 2 in Form
einer Wendel gewickelt, die einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist.
[0012] Die Fig. 3 zeigt die Anordnung von zwei ineinander angeordneten Wendeln, die beide
am balkenförmigen Element 3 befestigt sind.
[0013] Die Fig. 4 zeigt eine seitliche Ansicht eines Teiles des Rohres 1. An der Rohrwandung
ist das balkenförmige Element 3 angelötet, welches auf seiner der Rohrwandung 1 abgekehrten
Seite die einzelnen Windungen des Wärmerohres 2 trägt. Das Wärmerohr ist als metallisches
Wellrohr ausgebildet, welches vorzugsweise durch Längsnahtschweißen und anschließendes
Wellen in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß hergestellt wurde. Die für eine Wendel
benötigte Rohrlänge wird zunächst an einem Ende verschlossen, evakuiert, in genau
bemessener Weise mit dem Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, Frigen, Ammoniak oder
anderen geeigneten Stoffen gefüllt und endseitig verschlossen und sodann zu der Wendel
gewickelt. Wird nun dem Wärmerohr 2 durch die Wandung des Rohres 1 über das balkenförmige
Element 3 Wärme zugeführt, so verdampft das Arbeitsmittel im Innern des Wärasrohres
und verteilt sich gleichmäßig auf die Windungen und kondensiert an der Innenwandung
der Windungen, sofern die Windungen gekühlt werden. Es entsteht somit eine Vielzahl
von übereinander angeordneten Wärmerohren. In diesem Fall sind die Windungen des Wärmerohres
2 unter einen Winkel α zur Rohrwandung geneigt angeordnet, so daß das kondensat aufgrund
der Schwerkraft im Innern des Wärmerohres 2 zur Heizzone zurückfließen kann.
[0014] Ein besonders günstiges Anwendungsbeispiel der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten wärmetauscherrohre
ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Dabei wird eine Vielzahl der Wärmetauscherrohre
parallel verlaufend zu einem Wärmetauscherfeld vereinigt, wobei zwischen den einzelnen
Wärmetauscherrohren 1 Kanäle 4 verbleiben, durch welche das zu kühlende Wasser strömen
kann. Der Zwischenraum zwischen den einzelnen Wärmetauscherrochen 1 ist endseitig
mit einem geeigneten nicht dargestellten Gitter abgedichtet, wodurch der Strömungsquerschnitt
für das zu kühlende Wasser oben und unten begrenzt ist. Seitenwände 5 und 6 bilden
die seitlichen Begrenzungen. Der Innenraum der Wärmetauscherrohre 1 wird in diesem
Fall von Luft durchströmt.
[0015] Die gezeigten Ausführungsformen sind auch geeignet, die Wärme vom gasrörmigen, d.
h. im Innern des Wärmetauschers strömenden Medium auf das außen strömende flüssige
Medium zu· übertragen. Entsprechend dem Anwendungsfall wird man das als Wärmerohr
arbeitende Wellrohr so anordnen, daß die Schwerkraft zum Rücktransport des flüssigen
Arbeitsmittels ausgenutzt, wird.
1. Wärmetauscher in Form eines Rohres, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung
des Rohres (1) mindestens ein wendelförmig gewickeltes, gewelltes Wärmerohr (2) in
gut wärmeleitendem Kontakt mit der Innenwandung angebracht ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen
durch :ein in gut wärmeleitendem Kontakt mit den Windungen stehendes balkenförmiges
Element (3) verbunden sind und das balkenförmige Element (3) in ebenfalls gut wärmeleitendem
Kontakt an der Innenwandung (1) befestigt ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) im
Querschnitt die Form eines flächendeckenden Vielecks, vorzugasweise eines gleichseitigen
Sechsecks aufweist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder geraden Innenwandung
eine Wendel befestigt ist und der Querschnitt der Wendeln so aufeinander abgestimmt
ist, daß die sich bildenden Strömungakanäle einen nahezu gleichen Querschnitt aufweisen.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch daß die Windungen
der Wendeln genaigt zur Rohrlängsachae angeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder ainem der folgenden, dadurch gekennzaichnet,
daß mindestens zwei Wendeln an einem balkenförmigen Element (3) befestigt sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenxizeichnet
, daß die Wandung des Rohres (1) mit Einsickungen versehen ist.
8. Verwendung von mehreren parallel und im Abstand voneinander angeordneten Wärmetauschern
nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Kühlung des Kühlwassers einer Kraftwerkanlage,
bei welcher das zu kühlende Wasser durch den Zwischenraum zwischen den ein Wärmetauscherfeld
bildenden Wärmetauscherrohren strömt und der Innenraum der Wärmetauscherrohre von
Luft durchströmt wird.