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Wärmeaustauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, welcher insbesondere als Kondensator zu verwenden ist und den Vorteil hat, dass er bei gedrängter Bauweise grosse Wärmeübertragungsflächen aufweist.
Bei den bekannten Wärmeaustauschern, die als Kondensatoren dienen, ist eine Schlange aus zwei übereinandergeschobenen Rohren vorgesehen, bei welchen durch das innere Gas und zwischen dem inneren und dem äusseren Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet wird. Dieser Wärmeaustauscher hat den Nachteil, dass lediglich das gasführende Innenrohr an beiden Flächen zur Wärmeübertragung ausgenützt wird, wogegen die Aussenfläche des gasführenden Rohres entlang seiner ganzen Länge unausgenutzt bleibt.
Es ist auch ein als Rohrschlange ausgebildeter Wärmeaustauscher bekanntgeworden, bei welchem über jeden geraden Abschnitt der aufeinanderfolgenden Windungen der Schlange zwei an den Enden abgeschlossene Rohrteile aufgeschoben sind, welche um jeden Abschnitt der Rohrschlange zwei übereinanderliegende Kammern bilden, von denen die aussenliegende ebenso wie die Rohrschlange selbst Kühlflüssigkeit führt und die zwischen der aussenliegenden Kammer und der Rohrschlange liegende Kammer von dem zu kühlenden Medium durchströmt ist.
Dabei sind die Kammern des ersten Abschnittes der Rohrschlange am Ende des Flussweges mit dem gegenüberliegenden Ende der entsprechenden Kammer des zweiten Abschnittes und diese in gleicher Weise mit der Kammer des darauffolgenden Abschnittes usw. verbunden. Bei dieser Konstruktion sind zwei Kühlflüssigkeitsströme vorhanden, von denen einer die Rohrschlange und der andere die die einzelnen Abschnitte der Schlange umgebenden äusseren Kammern aufeinanderfolgend durchströmt. Das zu kühlende Medium durchfliesst hintereinander die inneren Kammern der Schlangenabschnitte.
Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, dass die fliessenden Medien in jedem Abschnitt des Wärmeaustauschers, also sowohl im Bereiche des grossen als auch des kleinen Wärmegefälles, gleichen Durchflussquerschnitten und gleich- grossen. Wärmetauschflächen begegnen und demzufolge auch gleiche Geschwindigkeit aufweisen werden, was einen verhältnismässig schlechten Wirkungsgrad ergibt.
Bei einem andern bekannten Wärmeaustauscher gleicher Bauart wie die zuvor beschriebene durchströmt die Kühlflüssigkeit zum Unterschied von der früheren Bauart die mittlere Kammer und die zu kühlende Flüssigkeit die äussere und innere Kammer. Es bestehen dabei die gleichen Nachteile wie bei der ersten Konstruktion.
Weiters ist ein Wärmeaustauscher bekanntgeworden, der aus drei oder mehreren übereinanderliegenden Rohren besteht, die in der Aufeinanderfolge abwechselnd von einem kühlenden und einem gekühlten Medium durchflossen werden, wobei an jedem Rohrende eine eigene Einlass- bzw. Auslassöffnung vorgesehen ist, die gegebenenfalls mit einer entsprechenden Öffnung einer zweiten Austauschstufe verbunden sein kann, welche ihrerseits aus einem eigenen System ineinandergeschobener Rohre besteht.
Bei dieser Konstruktion des Wärmeaustauschers sind zwei oder mehrere Ströme des einen und mindestens ein Strom des andern Mediums vorhanden, wobei ebenso wie bei den vorher beschriebenen Konstruktionen einem bestimmten Strom in jedem Querschnitt des Wärmeaustauschers der gleiche Durchflussquerschnitt und die gleiche Wärmetauschfläche gegenübersteht.
Schliesslich ist ein Wärmeaustauscher bekanntgeworden, welcher aus einem einzigen System ineinandergeschobener Rohre besteht, die abwechselnd von dem einen und dem andernMedium durchströmt werden. Das zu behandelnde Medium tritt dabei in die äussere Kammer, durchfliesst sie und tritt am Ende derselben in die übernächste, weiter innen liegende Kammer, welche sie in der entgegengesetzten Richtung durchströmt.
Am Ende dieser Kammer tritt das zu behandelnde Medium in eine dritte Kammer, die sie in gleicher Richtung wie die erste Kammer durchströmt.
Zwischen den von dem zu behandelnden Medium durchströmten Kammern liegen die Kammern für das Behandlungsmedium, von welchen jede an ihrem einen Ende eine von aussen kommende Eintrittsöffnung und an ihrem andern Ende eine nach aussen führende Austrittsöffnung aufweist. Abgesehen von dem komplizierten Aufbau dieses Wärmeaustauschers besteht bei der beschriebenen Bauart noch der Nachteil, dass das Behandlungsmedium nicht in genügend wirtschaftlicher Weise ausgenutzt wird.
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Um alle angeführten Nachteile zu beseitigen, wird ein Wärmeaustauscher mit mehreren ineinanderliegenden Rohren, die abwechselnd von Wärme abgebenden und Wärme aufnehmenden Medien durchströmt sind, vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäss die Rohrenden je zweier aufeinanderfolgender Stufen des Wärme abgebenden und des Wärme aufnehmenden Mediums miteinander verbunden sind, wobei jeweils das eine Ende eines durchströmten Rohres mit der aussen anschliessenden und das andere mit der nächsten innenliegenden Stufe verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass mit fortschreitendem Temperaturausgleich zwischen den aufeinander einwirkenden Medien, unter der Voraussetzung, dass sie den Wärmeaustauscher von innen nach aussen durchfliessen, immer grössere Wärmeaustauschflächen zu liegen kommen.
Die grösste Austauschfläche wird in diesem Falle dort sein, wo die übereinanderfliessenden Medien die geringste Temperaturdifferenz aufweisen, wodurch eine wirtschaftliche Ausnützung des Behandlungsmediums, d. h. ein weitgehender Wärmeaustausch ermöglicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nimmt der Durchflussquerschnitt der Rohre sowohl für das Wärme aufnehmende als auch für das Wärme abgebende Medium mit zunehmendem Rohrdurchmesser zu. Dies hat den Vorteil, dass mit fortschreitender Verminderung des Wärmeunterschiedes zwischen den beiden Medien und damit bedingtem langsamerem Wärmeübergang auch die Durchflussgeschwindigkeit der strömenden Medien herabgesetzt wird, wodurch sie genügend Zeit für den Wärmeautausch besitzen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers im Achsschnitt dargestellt ist.
Der dargestellte Wärmeaustauscher ist für einen Kondensator einer Kompressorkühlanlage bestimmt, welcher von Gas und Kühlwasser im Gegenstrom durchströmt wird. Er besteht aus einer Vielzahl, im vorliegenden Falle acht ineinanderliegenden Rohren 1, von welchem das innerste Gas und die darüberliegenden aufeinanderfolgend Kühlwasser und Gas im Gegenstrom führen. Die Rohre bestehen aus Kupfer, sie können aber auch aus jedem andern Material hergestellt sein. Das innerste Gasrohr ist an seinem Ende 2 mittels eines Umlenkrohres 3 mit dem Ende 4 des nächstliegenden Gasrohres verbunden, welches seinerseits an seinem andern Ende 5 über das Umlenkrohr 6 an das Ende 7 des weiter aussenliegenden Gasrohres angeschlossen ist. Diese Anschlüsse können je nach der Anzahl ineinandergeschobener Rohre beliebig fortgesetzt werden.
In analoger Weise werden auch die zwischen den Gasrohren liegenden Wasserrohre miteinander verbunden.
Die Rohre sind an ihren Enden umgebördelt und miteinander hart verlötet.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können vielmehr im Rahmen des Schutzbegehrens konstruktive Abänderungen verschiedenster Art vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher mit mehreren ineinanderliegenden Rohren, die abwechselnd von Wärme abgebenden und Wärme aufnehmenden Medien durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden je zweier aufeinanderfolgender Stufen des Wärme abgebenden und des Wärme aufnehmenden Mediums miteinander verbunden sind, wobei jeweils das eine Ende eines durchströmten Rohres mit der aussen anschliessenden und das andere mit der nächsten innenliegenden Stufe verbunden ist.
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Heat exchanger
The invention relates to a heat exchanger which is to be used in particular as a condenser and has the advantage that it has large heat transfer surfaces with a compact design.
In the known heat exchangers, which serve as condensers, a coil of two tubes pushed one on top of the other is provided, in which cooling liquid is passed through the inner gas and between the inner and outer. This heat exchanger has the disadvantage that only the gas-carrying inner pipe is used on both surfaces for heat transfer, whereas the outer surface of the gas-carrying pipe remains unused along its entire length.
A heat exchanger designed as a pipe coil has also become known, in which two pipe parts closed at the ends are pushed over each straight section of the successive turns of the coil, which form two superimposed chambers around each section of the pipe coil, of which the outer one as well as the pipe coil itself The medium to be cooled flows through the chamber between the external chamber and the pipe coil.
The chambers of the first section of the coil at the end of the flow path are connected to the opposite end of the corresponding chamber of the second section and this is connected in the same way to the chamber of the following section, etc. In this construction, there are two cooling liquid flows, one of which flows through the coil and the other flows through the outer chambers surrounding the individual sections of the coil in succession. The medium to be cooled flows through the inner chambers of the snake sections one after the other.
The disadvantage of this design is that the flowing media in each section of the heat exchanger, ie both in the area of the large and also the small heat gradient, have the same flow cross-sections and are of the same size. Meet heat exchange surfaces and will consequently also have the same speed, which results in a relatively poor efficiency.
In another known heat exchanger of the same type as the one described above, in contrast to the previous type, the cooling liquid flows through the middle chamber and the liquid to be cooled flows through the outer and inner chambers. There are the same disadvantages as with the first construction.
Furthermore, a heat exchanger has become known which consists of three or more tubes lying one above the other through which a cooling and a cooled medium flow alternately in succession, with a separate inlet or outlet opening being provided at each tube end, possibly with a corresponding opening can be connected to a second exchange stage, which in turn consists of its own system of nested tubes.
In this construction of the heat exchanger, two or more flows of the one medium and at least one flow of the other medium are present, whereby, as in the previously described constructions, a specific flow in each cross section of the heat exchanger faces the same flow cross section and the same heat exchange surface.
Finally, a heat exchanger has become known which consists of a single system of nested tubes through which one and the other medium flows alternately. The medium to be treated enters the outer chamber, flows through it and at the end of the same it enters the next but one further inner chamber, which it flows through in the opposite direction.
At the end of this chamber, the medium to be treated enters a third chamber through which it flows in the same direction as the first chamber.
Between the chambers through which the medium to be treated flows are the chambers for the treatment medium, each of which has an inlet opening at one end and an outlet opening at its other end. Apart from the complicated structure of this heat exchanger, the type of construction described has the disadvantage that the treatment medium is not used in a sufficiently economical manner.
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In order to eliminate all the disadvantages mentioned, a heat exchanger with several tubes lying one inside the other through which heat-emitting and heat-absorbing media flow alternately is proposed, in which, according to the invention, the pipe ends of two successive stages of the heat-releasing and the heat-absorbing medium are connected to one another, whereby one end of a pipe through which the flow is flowing is connected to the outside adjoining and the other to the next inside step. This has the advantage that as the temperature equilibrium progresses between the media that act on one another, provided that they flow through the heat exchanger from the inside to the outside, there are always larger heat exchange surfaces.
In this case, the largest exchange surface will be where the media flowing over one another have the smallest temperature difference, which means that the treatment medium can be used economically, i.e. H. an extensive heat exchange is made possible.
In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the flow cross section of the tubes increases with increasing tube diameter, both for the heat-absorbing and for the heat-emitting medium. This has the advantage that, as the heat difference between the two media continues to decrease and the resulting slower heat transfer, the flow rate of the flowing media is also reduced, so that they have enough time for heat exchange.
The invention is explained with reference to the drawing, in which an embodiment of the heat exchanger according to the invention is shown in axial section.
The heat exchanger shown is intended for a condenser of a compressor cooling system through which gas and cooling water flow in countercurrent. It consists of a large number of tubes 1, in the present case eight one inside the other, of which the innermost gas and the successive cooling water and gas above it lead in counterflow. The tubes are made of copper, but they can also be made of any other material. The innermost gas pipe is connected at its end 2 by means of a deflection pipe 3 to the end 4 of the closest gas pipe, which in turn is connected at its other end 5 via the deflection pipe 6 to the end 7 of the gas pipe further out. These connections can be continued as desired depending on the number of tubes pushed into one another.
The water pipes lying between the gas pipes are also connected to one another in an analogous manner.
The ends of the tubes are crimped and brazed together.
The invention is of course not restricted to the exemplary embodiment described. Rather, constructive changes of various kinds can be made within the scope of the protection request.
PATENT CLAIMS:
1. Heat exchanger with several tubes lying one inside the other through which heat-emitting and heat-absorbing media flow alternately, characterized in that the tube ends of two successive stages of the heat-emitting and the heat-absorbing medium are connected to one another, with one end of each tube flowing through is connected to the outside step and the other to the next inside step.