[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Bei einem Wärmeaustauscher der genannten Art (etwa nach der DE-OS 2.153.654) soll
durch die Verwendung von Rippenrohren als Innenrohre ein relativ langer Weg für das
zweite Wärmeübertragungs-Medium um das Innenrohr - und damit ein guter Wärmeübergang
- erzielt werden.
[0003] Die Fertigungsweise dieser Wärmeaustauscher (nämlich das Einschieben des Innenrohres
in den Rohrmantel) bringt es jedoch mit sich, daß im fertigen Wärmeaustauscher die
Enden der Rippen des Rippenrohres selten an der Innenoberfläche des äußeren Rohrmantels
anliegen, d. h. es bilden sich Bypässe. Insbesondere bei Verwendung von relativ zähen
Medien (Öl, Benzin, Blut) führt der sich ausbildende Druckabfall dazu, daß das zweite
Wärmeübertragungs-Medium zumindest teilweise vom Weg des Schraubkanals abweicht und
sich den Weg durch die Bypässe sucht.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Wärmeaustauscher der genannten Art
so auszubilden, daß für das zweite Wärmeübertragungs-Medium der Weg im Schraubkanal
über die gesamte Länge des Wärmeaustauschers gewährleistet wird.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohrmantel als ein an den
Enden der Rippen anliegender Schrumpfschlauch ausgebildet ist.
[0006] Damit ergibt sich zugleich der Vorteil der Gewichtseinsparung. Zudem läßt sich der
Wärmeaustauscher kostengünstig herstellen, was insbesondere bei dessen nur einmaliger
Verwendung von Bedeutung ist, wie etwa bei der Temperierung von Blut in Herz-Lungen-Maschinen.
[0007] Unter "Schrumpfschläuchen" sollen dabei solche Schläuche verstanden werden, die
im thermoelastischen Bereich zur Verfestigung gereckt werden, wobei die Reckeffekte
eingefroren werden, und bei denen die Reckeffekte bei entsprechendem Erwärmen wieder
zurückgehen.
[0008] Es ist zwar aus der DE-OS 3.021.028 bereits bekannt, bei einem Wärmeaustauscher mit
mehreren glatten Innenrohren, insbes. bei Koaxial-Verdampfern, u.a. aus Kostengründen
als Außenrohr einen flexiblen Schlauch zu verwenden; dadurch wurde allerdings nicht
nahegelegt, die Materialeigenschaften des flexiblen Schlauchs zur Abdichtung bei berippten
Innenrohren auszunutzen.
[0009] Der Schrumpfschlauch besteht vorzugsweise aus Polyolefin, Polyvinylidenfluorid oder
ähnlichem Material. Insbesondere für den bereits angesprochenen Zweck als Blut-Wärmeaustauscher
empfiehlt es sich, daß der Schrumpfschlauch durchsichtig ist, um die Blasenfreiheit
des Blutes zu überwachen.
[0010] Die endseitige Abdichtung des Wärmeaustauschers wird vorzugsweise dadurch erreicht,
daß der Schrumpfschlauch jeweils an den unberippten Rohrenden des Innenrohres anliegt
bzw. nach einer alternativen Ausführungsform jeweils eine gegenüber den unberippten
Rohrenden des Innenrohres abgedichtete Ringscheibe umschließt. Nach einer besonderen
Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlußstutzen für die Ein- und Auslaßöffnung
für das zweite Wärmeübertragungs-Medium bereits im Schrumpfschlauch integriert. Dabei
ist die fluchtende Anordnung der Anschlußstutzen bevorzugt. Es empfiehlt sich weiterhin,
daß der Durchmesser der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung für das zweite Wärmeübertragungs-Medium
bei eingängig umlaufenden Rippen im wesentlichen der Rippenteilung t
R bzw. bei mehrgängig umlaufenden Rippen im wesentlichen der Steigung der Rippen entspricht
(Rippenteilung t
R = Abstand von Rippenmitte zu Rippenmitte; bei n-gängig umlaufenden Rippen ist die
Steigung = n·t
R).
[0011] Das Verhältnis Rippenhöhe h
R/Rippenteilung t
R liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 8.
[0012] Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 und 2 Längsschnitte durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.
[0013] Der Wärmeaustauscher nach den Figuren 1/2 besteht aus einem Innenrohr 1, das als
Rippenrohr mit (ein- oder mehrgängig) schraubenlinienförmig umlaufenden, äußeren Rippen
2 ausgebildet ist, und einem äußeren Rohrmantel 3, der als Schrumpfschlauch ausgebildet
ist.
[0014] Der Schrumpfschlauch 3 ist derart auf das Rippenrohr 1 aufgezogen, daß es fest an
den Rippenenden 2′ anliegt, so daß Bypässe vermieden werden.
[0015] Der Schrumpfschlauch 3 wird beispielsweise im Bereich von 100 bis 250° C mit einem
Heißluftgebläse geschrumpft.
[0016] Zur endseitigen Abdichtung schließt der Schrumpfschlauch 3 gemäß Figur 1 jeweils
mit den unberippten Enden 1′ des Innenrohres 1 ab, gemäß Figur 2 umschließt er jeweils
eine Ringscheibe 4, die gegenüber den unberippten Enden 1′ mit einem O-Ring 5 abgedichtet
ist.
[0017] Der Schrumpfschlauch 3 weist jeweils eine Einlaßöffnung 6 mit zugeordnetem Anschlußstutzen
7 und eine Auslaßöffnung 8 mit zugeordnetem Anschlußstutzen 9 auf. Die Öffnungen 6/8
sind im Endbereich des Wärmeaustauschers angeordnet. Die Anschlußstutzen 7/9 sind
bereits in den Schrumpfschlauch integriert und in den Figuren 1/2 fluchtend dargestellt.
[0018] In Figur 1 sind ebenfalls der Rohraußendurchmesser (Rippendurchmesser) d
R, die Rippenhöhe h
R, der Kerndurchmesser d
K, der Innendurchmesser d
I, die Kernwanddicke w sowie die Rippenteilung t
R eingezeichnet.
[0019] Im Betrieb des Wärmeaustauschers durchströmt ein erstes Wärmeübertragungs-Medium
(beispielsweise Öl, Benzin, Blut) den Schraubkanal 10 von der Einlaßöffnung 6 bis
zur Auslaßöffnung 8. Das zweite Wärmeübertragungs-Medium (beispielsweise Wasser) wird
im Innenrohr 1 im Gleich- oder im Gegenstrom geführt. Durch den langen Weg des Schraubkanals
10 wird eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. Der durchströmte Schraubkanal 10
läßt sich durch die Rippenteilung t
R, die Rippenhöhe h
R und durch 1-, 2- bzw. mehrgängiges Walzen der Rippen 2 den gewünschten Bedingungen
und Einbaumaßen anpassen.
Ausführungsbeispiel:
[0020] Es wurde ein Blut-Wärmeaustauscher aus einem Rippenrohr 1 (mit den Abmessungen nach
folgender Tabelle) und aus einem Schrumpfschlauch 3 hergestellt. Dabei wies das Rippenrohr
1 zusätzlich 25 unter einem Steigungswinkel von 25° zur Rohrlängsachse umlaufende
Innenrippen auf.
Tabelle:
Rippenteilung tR |
2,5 mm |
Rippendurchmesser dR |
28,0 mm |
Rippenhöhe hR |
7,0 mm |
Kerndurchmesser dK |
14,0 mm |
Wanddicke w |
1,25 mm |
(lichter) Innendurchmesser dI |
11,0 mm |
Länge |
22,5 cm |
[0021] Der Schrumpfschlauch 3 aus Polyvinylidenfluorid wurde ausgehend von einem Außendurchmesser
von 30 mm bei etwa 180° C auf das Rippenrohr 1 aufgeschrumpft.
[0022] Beim Betrieb floß Blut im Schraubkanal 10 von der Einlaßöffnung 6 bis zur Auslaßöffnung
8. Die Innenseite des Rippenrohres 1 wurde im Gegenstrom mit Wasser von 37° C beaufschlagt
- zur Erwärmung des Blutes von 30° C und Kühlung von 40° C.
[0023] Der Blut-Wärmeaustauscher zeigte ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften.
1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Innenrohr (1), das als Rippenrohr mit auf
der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufenden, integralen Rippen (2) ausgebildet
ist und das von einem ersten Wärmeübertragungs-Medium durchströmt wird, und aus einem
das Innenrohr (1) unter endseitiger Abdichtung umschließenden Rohrmantel (3),
wobei der Rohrmantel (3) einen dem Außendurchmesser des Innenrohres (1) entsprechenden
Innendurchmesser und jeweils eine Einlaß (6)- und eine Auslaßöffnung (8) für ein zweites
Wärmeübertragungs-Medium aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrmantel (3) als ein an den Enden (2′) der Rippen (2) anliegender Schrumpfschlauch
ausgebildet ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrumpfschlauch (3) aus Polyolefin, Polyvinylidenfluorid oder ähnlichem
Material besteht.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrumpfschlauch (3) durchsichtig ist.
4. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrumpfschlauch (3) jeweils an den unberippten Rohrenden (1′) des Innenrohres
(1) anliegt.
5. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrumpfschlauch (3) jeweils eine gegenüber den unberippten Rohrenden (1′)
des Innenrohres (1) abgedichtete Ringscheibe (4) umschließt.
6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußstutzen (7, 9) für die Einlaß- und Auslaßöffnung (6, 8) für das zweite
Wärmeübertragungs-Medium im Schrumpfschlauch (3) integriert sind.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußstutzen (7, 9) fluchten.
8. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (6, 8) für das zweite Wärmeübertragungs-Medium
bei eingängig umlaufenden Rippen (2) im wesentlichen der Teilung tR bzw. bei mehrgängig umlaufenden Rippen (2) im wesentlichen der Steigung der Rippen
(2) entspricht.
9. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet,
das das Verhältnis von Rippenhöhe hR/Rippenteilung tR im Bereich von 1 bis 8 liegt.