Wärmeaustauscher

Abstract

 Anordnung zum Wärmeaustausch mit mindestens einem mit einer Anzahl von kreisringförmigen Rippen (3) versehenen Rohr (5), mit einem die Rippen eng umschließenden Leitkörper (4) und einer Einströmdüse (1) und einer Ausströmdüse (1.2). Die zu kühlenden oder zu erhitzenden Gase oder Flüssigkeiten werden in besonders guten Kontakt zur Wärmeaustauschfläche durch eine verbesserte Umströmung der Wärmeaustauschfläche gebracht, womit der Wärmeaustauscher mit weniger Rohren bei gleicher Leistung gegenüber konventionellen Wärmeaustauschern auskommt, indem folgende Maßnahmen getroffen werden: die Höhe der Rippen (3) des Rippenrohres (5) ist kleiner als der Durchmesser des Rohres, die Breite E der Einströmöffnung (1.1) der Einströmdüse (1) ist kleiner als der Durchmesser (d des Rohres (5), die Breite A der Ausströmöffnung (1.2) de: Ausströmkanales (1) ist kleiner als die der Eintrittsöffnung (1.1) der Einströmdüse (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Wärmeaustausch mit mindestens einem mit einer Anzahl von kreisringförmigen Rippen versehenen Rohr , mit einem die Rippen eng umschließenden Leitkörper und einer Einströmdüse und einer Ausströmdüse. Eine solche Anordnung ist aus der FR-PS 20 58 516 bekannt.

[0002] Bei solchen Wärmeaustauschern besteht das Problem, die zu kühlenden oder zu erhitzenden Gase oder Flüssigkeiten in möglichst guten Kontakt zur Wärmeaustauschfläche zu bringen. Bei der oben erwähnten bekannten Anordnung ist die Breite der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung gleich groß. Sie beträgt etwa das Doppelte der Höhe der Rippen des Rippenrohres. Außerdem ist dort die Ausströmdüse als Diffusor ausgebildet. Bei dieser bekannten Anordnung ergibt sich bereits gegenüber konventionellen Anordnungen eine verbesserte Umströmung der Wärmeaustauschfläche. Sie ist jedoch bei Rohren größeren Durchmessers aus strömungstechnischen Gründen, insbesondere wegen der sehr starken Beschleunigungen des strömenden Mediums im Bereich der Einlaufdüse und der damit verbundenen Strömungswiderstände ungünstig.

[0003] Es ist die Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebene Anordnung im Sinne einer weiteren Verbesserung der Umströmung der Wärmeaustauschfläche und einer Verminderung des Strömungswiderstandes weiterzubilden, um eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und eine Verbesserung des Wärmeüberganges zu erreichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Demontage der Rohre und damit die Beseitigung von Verschmutzungen zu erleichtern.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der folgenden Merkmale gelöst:

a) die Höhe der Rippen des Rippenrohres ist kleiner als der Durchmesser des Rohres,

b) die Breite E der Einströmöffnung der Einströmdüse ist kleiner als der Durchmesser des Rohres,

c) die Breite A der Ausströmöffnung des Ausströmkanales ist kleiner als die der Eintrittsöffnung der Einströmdüse.

[0005] Die Breite der Einströmdüse vermindert sich zuerst in Richtung der Strömungsrichtung auf einen kleinsten Wert E und vergrößert sich dann wieder um einen geringen Betrag.. Durch die vorgeschlagene Anordnung werden die Wärmeübergangswerte zwischen dem wärmeführenden Medium und den Rippenrohren beträchtlich verbessert. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist die geringere Neigung zu Verschmutzungen, weil das Wärmeaustauschrohr voll umströmt ist, daß also nicht wie bei bekannten Anordnungen Teilbereiche der Austauschfläche im "Totwasser" der Strömung liegen.

[0006] Dabei beträgt erfindungsgemäß die Höhe r der Rippen des Rohres etwa das 0,15- bis 0,3-fache des Durchmessers des Rohres. Mit diesen Werten wird der Rippenwirkungsgrad besonders günstig. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß der Durchmesser des Rohres mindestens 70 mm und die Mindeststärke einer Rippe 1,5 mm beträgt. Mit von dieser.: Wert ausgehender Vergrößerung des Rohrdurchmessers verbessert sich der Wärmeübergang.

[0007] In zweckmäßiger Weise ist vorgesehen, daß die Leitkörper aus zwei in einem Gehäuse befestigten halbkreisförmig gebogenen Blechkörpern bestehen.

[0008] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Leitkörper aus viertelkreisförmig gebogenen Blechteilen bestehen, wobei sich die Einströmöffnungen und gegenüber liegen und die Einströmöffnungen gegenüber den Ausströmöffnungen jeweils um etwa 90° räumlich versetzt gegeneinander angeordnet sind.

[0009] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausströmöffnung des Ausströmkanales aus parallel verlaufenden Blechteilen gebildet ist.

[0010] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß innerhalb des Rippenrohres ein konzentrisch zu diesem angeordnetes weiteres Rohr vorgesehen ist, welches über einen Flansch mit einem weiteren am Rippenrohr angeordneten Flansch verbunden ist.

[0011] Diese Anordnung erlaubt es, das Innenrohr leicht herauszunehmen, was eine bequeme Kontrolle der inneren Austauschfläche bei Wärmeaustauschern, welche einer sicherheitstechnischen Kontrolle unterliegen, gestattet.

[0012] Bei dieser Ausführungsform ist in zweckmäßiger Weise das äußere Rohr an seinem Ende mit einem Boden verschlossen.

[0013] Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich die Berippung und des äußeren Rohres nur auf einen Teil seiner Länge erstreckt.

[0014] Dabei ist an der nicht berippten Partie des Rohres dessen Querschnitt erweitert und an dieser Partie ist ein mit einem Gehäuse verbindbarer Flansch sowie ein Rohrstutzen angeordnet.

[0015] Weitere Ausbildungsformen der Erfindung sind aus den beiden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

[0016] Es zeigen: ,

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen in ein Gehäuse eingebauten Wärmeaustauscher nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen von zwei Seiten angeströmten Wärmeaustauscher nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung.

[0017] In den Zeichnungen ist mit 5 das Rippenrohr,auf dem ringförmige Rippen 3 angeordnet sind, bezeichnet. Es ist von zwei halbkreisförmigen Leitkörpern, die bei Fig. 1 als S-trömungsleitbleche 4 ausgebildet sind, umgeben, so daß zwischen den-Leitblechen 4 und dem Rohr 5 ein Ringspalt 2 entsteht. Die beiden Strömungsleitbleche 4 gehen in axialer Richtung in eine parallel zum Rippenrohr 5 verlaufende Einströmdüse 1 mit einer Einströmöffnung l.l und eine Ausströmöffnung 1.2 über. Die Einströmdüsen 1 sowie die Ausströmkanäle bestehen jeweils aus Blechen, die an einem Gehäuse 21 befestigt sind. Die Breite E der Einströmdüse 1 vermindert sich zuerst in Richtung der Strömungsrichtung auf einen kleinsten Wert E und vergrößert sich dann wieder um einen geringen Betrag.

[0018] Die kleinste Breite der Einströmöffnung 1.1 der Düse ist kleiner als der Durchmesser des Rohres 5. Sehr günstige Närmeübertragungswerte lassen sich erreichen, wenn die Breite der Einströmöffnung etwa der Differenz der Größen des Rohrdurchmessers d und der einfachen Höhe r einer Rippe 3 entspricht.

[0019] Die Breite A der Ausströmöffnung 1.2 des Ausströmkanales ist kleiner als die der Eintrittsöffnung 1.1. Sehr günstige Wärmeübertragungswerte lassen sich bei einer Breite A der Austrittsöffnung 1.2 erreichen, wenn diese etwa der zweifachen Höhe r einer Rippe 3 entspricht.

[0020] Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind die Strömungsleitbleche jeweils viertelkreisförmig gestaltet und die beiden Einströmöffnungen liegen sich gegenüber, während die beiden Ausströmöffnungen um jeweils 90° gegenüber den Ausströmöffnungen versetzt angeordnet sind.

[0021] Innerhalb des Rippenrohres 5 ist ein zweites Rohr 6 konzentrisch zum Rippenrohr angeordnet und durch Distanzstücke 7 in seiner Lage fixiert. Das eine Ende des Rippenrohres 5 ist durch einen Boden 8 verschlossen. Die Berippung des äußeren Rohres 5 erstreckt sich nur über einen Teil seiner Länge. Es vergrößert sich außerhalb der Berippung in seinem Durchmesser und endet in einem Flansch 14, der mit einem Flansch 15 des inneren Rohres 6 verbunden ist.

[0022] Weiter ist an der nicht berippten Partie des Rohres 5 ein Rohrstutzen 10 angeordnet, durch welchen das eine der beiden Gase oder Flüssigkeiten abströmen kann.

[0023] Das Rippenrohr 5 ist in seiner breiteren Partie 3.1 mit einem weiteren Flansch 16 versehen, der mit dem Flansch 13 eines Gehäuses 21 verbunden ist. In der Regel werden mehrere Gehäuse zu einem Rohrbündel zusammengebaut.

[0024] Das Gas oder die Flüssigkeit strömt in der Figur 1 von links in Richtung des Pfeiles in das Gehäuse ein und wird durch die Verdrängerbleche 1 in den Ringspalt 2 zwischen dem Rippenrohr 5 der Strömungsleitbleche 4 geleitet.

[0025] Es umströmt ablösungsfrei die gesamte äußere Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschrohres, welche aus der freien Fläche des Rippenrohres 5 und der aufgebrachten Berippung 3 besteht.

[0026] Das Gas oder die Flüssigkeit tritt aus der rechten Seite wieder aus, wobei die Verdrängerbleche 1 die strömungstechnischen Abströmverluste verringern. Durch die besondere oben geschilderte Dimensionierung der Öffnungen des Rohres und der Rippen ergeben sich gegenüber bekannten Rohren wesentlich verbesserte Wärmeübertragungswerte. Bei -Versuchen mit den angegebenen Werten hat sich gezeigt, daß -bei gleichem Raumbedarf und gleichem Materialbedarf im günstigsten Falle etwa eine Verdoppelung gegenüber konventionellen Wärmeaustauschern erzielbar ist.

[0027] -Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung tritt das Gas bzw. die Flüssigkeit von zwei gegenüberliegenden Stellen - aus ein und umströmt das Rippenrohr nur um jeweils um 90° um an den beiden Austrittsöffnungen 1.2 wieder auszutreten. .Diese Anordnung ist insbesondere bei pulsierenden Strömungen durch von Vorteil, dadurch die Anströmung von zwei Seiten Schwingungen verhindert werden.

[0028] In dem in Fig. 3 dargestellten Längsschnitt eines Wärmeaustauschrohres ist durch Pfeile die Fließrichtung der zweiten Flüssigkeit oder des zweiten Gases angedeutet. Das Gas tritt in das Innenrohr 6 von rechts ein, kehrt am Boden 8 des Rippenrohres 5 seine Richtung um und strömt in den Zwischenraum zwischen dem Rippenrohr 3 und dem inneren Rohr 6 zurück und verläßt den Innenraum des Rippenrohres 3 durch den Rohrstutzen 10.

[0029] Das Wärmeaustauschrohr kann nach Lösen der Gehäuseflanschverbindung 13 aus dem Gehäuse 12 bequem herausgezogen werden. Der Ausbau des Innenrohres 6 ist durch Lösung der Flanschverbindung 14 möglich, so daß eine einfache Montage und eine kostengünstige Wartung und Reinigung des Wärmeaustauschers möglich ist.

Ansprüche

l. Anordnung zum Wärmeaustausch mit mindestens einem mit einer Anzahl von kreisringförmigen Rippen (3) versehenen Rohr (5), mit einem die Rippen (3) eng umschließenden Leitkörper (4) und einer Einströmdüse (1) und eines Ausströmkanales (1.2), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) die Höhe der Rippen (3) des Rippenrohres (5) ist kleiner als der Durchmesser des Rohres (5),

b) die kleinste Breite (E) der Einströmöffnung (1.1) ist kleiner als der Durchmesser (d) des Rohres (5),

c) die Breite (A) der Ausströmöffnung (1.2) des Ausströmkanals ist kleiner als die (E) der Eintrittsöffnung (1.1) der Einströmdüse (l).

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (E) der Einströmöffnung (1.1) höchstens die Differenz zwischen dem Durchmesser (d) des Rohres (5) und der einfachen Höhe (r) einer Rippe (3) beträgt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (A) der Austrittsöffnung (1.2) etwa der zweifachen Höhe (r) einer Rippe (3) entspricht.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (r) der Rippen (3) des Rohres (5) etwa das Q,15- bis 0,3-fache des Durchmessers des Rohres (5) beträgt.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohres (5) mindestens 70 mm und die Mindeststärke einer Rippe (3) 1,5 mm beträgt.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (4) aus zwei in einem Gehäuse befestigten halbkreisförmig gebogenen Blechkörpern (4) bestehen (Fig. 1).

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper aus viertelkreisförmig gebogenen Blechteilen (4.1) bestehen, wobei sich die Einströmöffnungen jeweils gegenüber liegen und die Einströmöffnungen (1.1) gegenüber den Ausströmöffnungen (1.2) jeweils um etwa 90° räumlich versetzt angeordnet sind (Fig. 2).

8. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (1.2) des Ausströmkanales aus parallel verlaufenden Blechteilen gebildet ist.

9._ Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rippenrohres (5) ein konzentrisch zu diesem angeordnetes weiteres Rohr (6) vorgesehen ist, welches über einen Flansch (14) mit einem weiteren am Rippenrohr (5) angeordneten Flansch (15) verbunden ist und daß das äußere Rippenrohr (5) an seinem Ende mit einem Boden (8) verschlossen ist.

10. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berippung des äußeren Rippenrohres (5) sich nur auf einen Teil seiner Länge erstreckt und daß an der nicht berippten Partie des Rohres (5) sich dessen Querschnitt erweitert und an dieser Partie ein mit einem Gehäuse (21) verbindbarer Flansch (16) sowie ein Rohrstutzen (10) angeordnet ist.

Zeichnung