Wärmetauscher in Form eines Rohres und seine Verwendung zur Kühlung des Kühlwassers einer Kraftwerkanlage

Abstract

 Bei Wärmetauscherrohren ist an der Innenwandung des Rohres (1) mindestens ein wendelförmig gewickeltes, gewelltes Wärmerohr (2) in gut leitendem Kontakt mit der Innenwandung des Rohres (1) angebracht.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung