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Wärmeaustauscher
Bei Röhrenwärmeaustauschern oder absorbern haben die von den die Wärme austauschenden oder absorbierenden Medien durchströmten oder umspülten Rohre im allgemeinen eine über die ganze Rohrlänge je Längeneinheit konstante Wärmeaus- tauschssäche. Die Bedingungen, unter denen der Wärmeaustausch oder die Absorption der Wärme erfolgt, sind jedoch im allgemeinen am Eintrittsende und am Austrittsende des Rohres verschieden, etwa deshalb, weil sich ein Medium während der Strömung längs eines Rohres erwärmt ; die Tempe- raturverhältnisse sind dann nicht mehr über die ganze Rohrlänge gleich.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, bei dem die Bedingungen des Austausches oder der Absorption von Wärme längs eines Rohres von dessen Eintrittsende zum Austrittsende weitgehend konstant bleiben oder allgemeiner längs des Rohres einer beliebigen, vorschreibbaren Gesetzmässigkeit folgen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, zu diesem Zwecke Rohre mit veränderlichem Durchmesser
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mit längsweiseWärmeaustauschfläche längs des ganzen Rohres je Längeneinheit derart veränderlich ist, dass den Temperaturänderungen Rechnung getragen wird, welche in den Medien bei ihrer Strömung längs der Rohre auftreten, so dass über die ganze Rohr- längs beispielsweise eine konstante Wärmeabsorption gewährleistet-wird. Ferner ist es bekannt, dass der Verlauf des Wärmeaustausches zwischen den
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schon die Anordnung von Ablenkfächen vorgeschlagen, die nachfolgend auch als #Schläger" be- zeichnet werden sollen, weil sie auf die Strömung des Mediums Schläge oder Stösse ausüben.
Es ist ferner ein nach dem Kreuzstromprinzip arbeitender Wärmeaustauscher bekannt, bei dem ein Bündel von parallelen Rohren vorgesehen ist, die von einem Medium in Richtung der Rohr- achsen durchströmt und aussen von einem zweiten Medium senkrecht zu den Rohrachsen bestrichen werden, wobei im Raume zwischen. den Rohren gewellte Ablenkfächen zur Veränderung des Durchgangsweges für das äussere Medium angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung werden speziell auegebildete gewellte Ablenkflächen bei einem nach dem Parallelstromprinzip ambeiitenden Wärmeaustauscherangewendet, umeinengewünschten Verlauf des Wärmeaustausches in Längsrichtung der Rohre zu erzielen.
Ein gemäss der Erfindung aufgebauter Wärmeaustauscher mit einem Bündel von parallelen Rohren, die von einem Medium in Richtung der Rohrachsen durchströmt und. aussen von einem zweiten Mediumbestrichenwerden, wobeiimRaumezwischen den Rohren gewellte Ablenkflächen zur Ver- änderung des Durchgangsweges für das äussere Medium angeordnet sind, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die AMenMächen durch Streifen aus halbsteifem Blech gebildet sind, die eine Wellung mit von einem zum andern Ende der Streifen hin veränderlicher Wellenlänge oder Wellenhöhe aufrweisen und im wesentlichen in Richtung der Rohrachsen und des dazu parallelen Strömungsweges für das zweite Medium angeordnet sind.
Infolge der veränderlichen Wellungen der tAlenhfächen'werden auf das äussere Medium
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oder Stösse veränderlicher Intensitätgeübt und dadurch wird eine Regelung des Austausches oder der Absorption von Wörme an verschiedenen Stellen des Austauschers ermöglicht.
Diese schläge oder Stösse können zwischen der Ablenkfläche und der OberHäche eines Wärmeaus fauschrohres oder zwischen der Ablenkflöche und an den Rohren vorgesehenen Rippen erfolgen.
'Diese Ablenkflächen können für sich zwischen den Rohren gehaltert oder auch an den Rohren angeschweisst oder sonstwie befestigt sein. Die WellungenderAblenkflächenkönnensymmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet sein.
Gemäss der weiteren Erfindung kann zur Erzie- lung eines vom Eintrittsende zum Austrittsende eines Rohres nach einer vorbestimmten Gesetzmä- ssigkeit stattfindenden Wärmeaustausches dieses Rohr auch aus mehreren axial aneinander anschlie- ssenden Rohdängsabschnitten mit verschieden vie-
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[en Längsrippen zusammengesetzt sein, wobei nur bestimmten Rohrabschnitten längsweise veränderlich gewellte Ablenkflächen, zugeordnet sind. Durch längsweises Zusammensetzen fverschiedener Rohr- abschnitte dieser Art in passender Reihenfolge kann ein vom Eintrittsende zum Austrittsende, z.
B. eines
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der Wärmeanstauschbeidingungen der Verlauf des Wärmeaustausches in einfacher Weise durch Anderung der Reihenfolge der Rohrabschnitte den neuen Bedingungen angepasst. werden.
Diese erfindungsgemässe Ausbildung von Wärmeaustauschern mit längsweise veränderlichem Wärmeaustausch erweist sich auch deshalb als besonders vorteilhaft, weil Rohrabschnitte mit einer je Längeneinheit konstanten Wärmeaustauschfläche, die Ablenkflächen mit örtlicher veränderlicher Wirkung aufweisen, wesentlich leichter hergestellt werden können als Rohre, die für sich allein über die ganze Länge eine je Längeneinheit ver- änderliche Wärmeaustausehfläche darbieten.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen nachfolgend einige Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Wärmeaus- tauschers in einem quer zu den Rohren geführten Schnitt, wobei zwischen den Rohren erfìndungsge- mässe Ablenkflächen angeordnet sind. Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Ablenkfläche. Fig. 3 veranschaulicht in einem Querschnitt ein kreis- rundes Rohr mit vier aussen am Rohr angeschweiss- ten, gemäss der Erfindung, ausgebildeten Ablenk- flächen.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen
Teil eines Wärmeaustauschers, der Rohre mit kreuzförmigem Querschnitt und gemäss Fig. 3 mit Ablenkflächen ausgestattete Rohre im kreisförmi-
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mit längs des Rohres veränderlicher Wärmeaustauschfläche. Die Fig. 6-9 zeigen Querschnitte durch das in Fig. 5 dargestellte Rohr nach den Linien VI-VI, VII-VII, VIII-VIII bzw. IX-IX in Fig. 5.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher, bei welchem Rohre a mit kreuzförmigem Querschnitt abwechselnd mit Rohren b mit kreis- förmigen Querschnitt gruppiert sind, ist beispielsweise zwischen jedem. kreisförmigen Rohr b und der gegenüberliegenden Oberfläche eines benachbarten kreuzförmigen Rohres a eine. gemäss der Erfindung ausgebildete Ablenkfläche c angeordnet. Diese Ablenkfläche c besteht aus einem Folienband oder einem halbsteifen Blech, das durch Pressen in eine geeignete Form gebracht wurde und beispielsweise eine ähnliche, Form hat wie sich selbst entrollende metallische Messbänder, die 'im entrollten Zustand halbsteif sind. Ein solches Blechband hat, wie Fig. 2 zeigt, einen bei d leicht einwärts gekrümmten Querschnitt.
Dieses Blechband c ist gemäss der Erfindung von einem Ende A bis zum andern Ende B gewellt und weist hiebei eine Folge von Wellen auf, die am Ende A. zunächst sehr. kurz sind (e) und gegen das andere Ende B hin allmählich länger werden ' (f). Dies bewirkt, dass die Schläge oder Stösse, die einem in Richtung des Pfeiles F von B nach A strömenden Medium erteilt werden, beim Anfang, B nur schwach sind und ! bei der Annäherung gegen das Ende A in ihrer Frequenz und gegebennenfalls auch in ihrer Intensität zunehmen. Die Wirkung der Schläge oder Stösse auf die Strömung des Mediums F wird daher von B gegen A hin stärker.
Diese Schläge haben eine Änderung der Wärmeaustauschbedingungen längs des Rohres zur Folge ; die Form und Tiefe der Wellungen e, c kann jeweils so gewählt werden, dass der Wärme-
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halten, kann die Intensität des Wärmeüberganges vom Rohr zum äusseren Medium F während dessen Strömung vom Eintritt B bis zum Austritt A derart gesteigert werden, dass die Absorption von Wärme aus dem Rohr trotz der zunehmenden Er- wärmung des längs des Rohres strömenden Mediums F konstant bleibt.
'Bei der in Fig. l gezeigten Anordnung der Ab, lenkflächen erfolgen die Schläge bzw. Stösse auf das Medium in den Zwischenräumen zwischen der Oberfläche des Rohres b und der Oberfläche des Rohres a bzw. der Oberfläche von Rippen des Rohres a, wenn dieses Rohr gerippt, z. B. gemäf Fig. 1 mit vier hohlen Kreuzrippen ausgestattet ist Die Ablenkbleche c können in geeigneter WeisE an den die Rohre tragenden Platten befestigt oder durch an den Rohren abgestützte Aibstandshalter in ihrer Lage gehaltert sein. Der Abstand zwischen den Ablenkflächen und den Wänden der Rohre kann von einem zum andern Ende des Wärmeaus- tauschers veränderlich sein.
Die Ablenkflächen können auch nur in bestimmten Abschnitten. des Wärmeaustauschers vorgesehen werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein kreisrundes Rohr g längs vier seiner Erzeugenden mit gemäss Fig. 2 geformten Ablenkflächen h ausgestattet, die auf irgendeine geeignete Weise an der Oberfläche des Rohres befestigt sind. Da diese Ablenkflächen am Wärmeübergang nicht wesentlich beteiligt sind, sondern hauptsächlich die Strömung des äusseren Mediums F beeinflussen sollen, genügt es, wenn sie an den Scheiteln der Wellen e, f am Rohr g befestigt, z. B. angeschweisst werden.
Solche kreisrunde Rohre g können zum Aufbau eines Wärmeaustauschers verwendet werden, bei dem die, kreisrunden Rohre in der in Fig. 4 gezeigten Gruppierung abwechselnd mit Rohren i kreuzförmigen Querschnitts angeordnet sind. Es ist zu erkennen, dass durch die Ablenkbleehe h die ge-
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dium F erzeugt werden, das parallel zu den Rohrachsen zwischen den Rohren strömt.
Die Verwendung dieser Schläger c kann mit der Verwendung von Rohren kombiniert werden, deren Wärmeaustauschfläche je Längeneinheit veränderlich ist. Die Kombination kann dabei so gewählt werden, dasssichdieWinkungenderSchlägeund die Wirkungen der Änderungen der Wämneaus- tauschflädhe addieren, oder aber so, dass die Schläge
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be-Rohrabschnitt schlägerfrei ausgebildet sein und ein nachfolgender Rohrabschnitt, der eine zunehmende Anzahl von Rippen aufweist, mit Schlägern versehen sein, die eine zunehmende Wirkung aus- üben.
Die Wellungen e, f der Ablenkfläche c können nicht nur in ihrer Wellenlänge, sondern auch
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wird statt einer symmetrischen eine unsymmetrische Wellung angewendet, d. h. jede einzelne Welle soll einen kürzeren, steil ansteigenden Ast aufweisen, auf den in der Strömungsrichtung des Mediums ein längerer und schwächer geneigter, absteigender Ast folgt.
Fig. 5 zeigt ein Rohr eines Wärmeaustauschers oder Absorbers mit veränderlicher Wärmeaustauschfläche, das, aus vier axial aneinander anschliessenden Rohrabschnitten k, l, m, n zusammengesetzt ist. Die Wärmeaustauschfläche ist dabei jeweils über einen Abschnitt konstant, in den aufeinanderfolgenden Abschnitten jedoch verschieden, so dass das ganze Rohr, das aussen von dem in Richtung des Pfeiles F strömenden Medium in Längsrichtung bespült wird, eine längs des Rohres veränderliche Wärmeaustauschfläche darbietet.
Der erste Rohrabschnitt k weist eine bestimmte Anzahl von Längsrippen o auf. Der folgende Rohrabschnitt 1, trägt doppeLt so viel Rippen p. Am nächsten Rohrabschnitt n sind die Rippen q, wie aus den Fig. 5 und 8 ersichtlich ist, in der Weise gewellt, dass Idem strömenden Medium F Schläge bzw. Stösse erteilt werden, die den Wärmeaustausch begünstigen. Der letzte Rohrabschnitt n trägt schliesslich gewellte Rippen r in noch grösserer Anzahl.
Überdies können, vom Rohrabschnitt m an, zwischen den Wärmeaustauscherrohren Ablenk- flächen c, c1 angeordnet sein, die gemäss Fig. 5 eine konstante fcj oder eine veränderliche Wellung (c) aufweisen, um dem aussen längs des Rohres strömenden Mediums F Schläge oder Stösse zu erteilen, welche den Wärmeaustausch z. B. längs des Abschnittes m des Rohres verändern. Im letzten Rohrabschnitt n sind die Ablenkflächen c1, wie Fig. 5 zeigt, vorzugsweise ebenfalls gewellt.
Auf diese Weise kann ein Rohr hergestellt werden, das über seine Länge Wärmeaustauscheigen- schaften hat, die sich von Abschnitt zu Abschnitt ändern.
Wenn die Rohrabschnitte k, 1, m, n auf einen wärmeabgebenden Körper autgeschoben werden sollen, um durch das äussere Medium die von die- sem Körper abgegebene Wärme abzuführen, dann kann durch in einer bestimmten Reihenfolge vorgenommenes Zusammenfügen der Abschnitte ein Rohr hergestellt werden, bei dem die Menge der durch das Medium F absorbierten Wärme längs des ganzen Rohres annähernd konstant ist, obwohl sich die Temperatur des Mediums F entsprechend seiner Annäherung an das Rohrende erhöht.
Wenn der wärmeabgebende Körper in bestimmten Abschnitten mehr Wärme abgibt als in andern Abschnitten, dann ist es möglich, durch Änderung
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k,geschoben sind, an den Stellen der grössten Wärmeabgabe jene Rohrabschnitte anzuordnen, welche die wirksamste Wärmeabfuhr gewährleisten.
Wie bereits einleitend erwähnt wurde, kann somit durch Änderung der Anzahl der Rippen, durch Wellung der Rippen, ferner durch Anordnung von Ablenkflächen mit mehr oder weniger ausgepräg- ter Wellung oder schliesslich durch Abänderung der Reihenfolge der Zusammensetzung von verschiedenen Rohrabschnitten zu einem Rohr in einem Wärmeaustauscher oder Absorber jeder gewünschte, vorbestimmte Verlauf des Wärmeaustausches erzielt werden.
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Medium durchströmt werden, im Inneren dieser Rohre Ablenkflächen gemäss der Erfindung vorgesehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher mit einem Bündel von parallelen Rohren, die von einem Medium in Richtung der Rohrachsen durchströmt und aussen von einem zweiten Medium bestrichen werden, wobei im Raume zwischen den Rohren gewellte Ablenkflächen zur Veränderung des durchgangs- weges für das äussere Medium angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkflächen (c)
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sind,cher Wellenlänge oder Wellenhöhe aufweisen und im wesentlichen in Richtung der Rohrachsen und des dazu parallelen Strömungsweges für das zweite Medium angeordnet sind.