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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem rohrförmigen Eintrittssammler und einem zum
Eintrittssamrnler parallel angeordneten, rohrförmigen Austrittssammler, in Ebenen senkrecht zur Achse des Eintritts- bzw. Austrittssammlers lagenweise angeordneten, bezüglich des Eintritts- bzw. Austrittssammlers hydraulisch parallelgeschalteten, abwechselnd aus geraden Rohrstücken und Verbindungsbögen aufgebauten
Rohrschlangen, wobei sich die Rohre übereinander angeordneter Rohrschlangen gegeneinander abstützen und das eine Medium in den Rohren, das andere Medium hingegen ausserhalb der Rohre fliesst.
Es sind viele Arten der Rohrführung bzw. der Rohrwicklung für Wärmetauscher bekannt. So gibt es beispielsweise einen Kälteaustauscher, bei dem wellenförmige, viele Krümmungen aufweisende Rohre kein
Rohrgitter bilden und im wesentlichen parallel zur Rohrachse angeströmt werden. Bei einem bekannten
Wärmetauscher, dessen Rohre nicht in Ebenen liegen und sich nicht gegenseitig abstützen, sind die
Wärmetauscherrohre aus geraden Rohrstücken und 180 -Krümmern zusammengesetzt. Ferner gibt es Wärmetauscher, bei denen die Wärmetauschflächen schottartig ausgebildet sind, wobei ebenfalls das Heizgas parallel zur Rohrebene strömt, und Wärmetauscher, bei denen die Wärmetauschrohre in Rahmen gelagert sind.
Auch sind Wärmetauscher bekannt, bei denen schlangenförmig gebogene Wärmetauschrohre vorgesehen und in ebensolchen Ausnehmungen angeordnet sind, durch die axial zu den Wärmetauschrohren das zweite wärmetauschende Medium strömt. Auch Wärmeaustauscher mit schlangenförmig gebogenen, räumlich gekrümmten Rohrschlangen sind bekanntgeworden. Bekanntgeworden sind ferner Kesselheizflächen, insbesondere Schottheizflächen, bei denen Rohrschlangen von einem Sammler ausgehen und zuletzt in den gleichen Sammler zurückführen, wobei in den Sammelkammern Blenden vorgesehen sind und das um die Rohre strömende Medium parallel zu den Rohrfeldebenen der Rohrschlangen fliesst. Schliesslich sind Wärmetauschereinrichtungen bekannt, bei welchen die Rohrschlangen in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Mediums liegenden Ebenen angeordnet sind, bzw.
Wärmetauscher, bei denen sich die Rohrschlangen aufeinanderfolgender Ebenen in Punkten berühren, diese Rohrschlangen-Ebenen aber in ihrer Flächenausdehnung durchströmt sind.
Die Erfindung betrifft eine besondere Art der Rohrführung, welche einen sehr kompakten besonders raumsparenden Aufbau des Rohrbündels und eine Aufhängung desselben ermöglicht. Diese Anforderungen werden hauptsächlich an Wärmetauscher im Apparatebau, bei nuklearen Anlagen und im Dampfkesselbau gestellt.
Das Rohrbündel nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre der übereinander angeordneten Rohrschlangen unmittelbar aufeinanderliegen, dass das die Rohre umspülende Medium senkrecht die Ebenen der Rohrschlangen anströmt, und dass die Mittellinien der Rohre bzw. der Rohrbögen der einzelnen Rohrschlangen in an sich bekannter Weise einen periodischen Verlauf aufweisen, wobei diese Perioden aller Rohrschlangen gleich sind.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Pig. l bis 3 beispielsweise dargestellt. Fig. l zeigt den Grundriss einer erfindungsgemässen Wärmetauscherwicklung, Fig. 2 einen zugehörigen Schnitt gemäss der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Rohrbündels mit Aufhängeelementen.
In einen Wärmetauscher mit vertikal gestelltem Eintrittssammler --1-- und ebensolchem Austrittssammler-2--, wie in Fig. l und 2 dargestellt, strömt das eine wärmetauschende Medium-4durch das Zuführungsrohr --3-- ein. Im mehreren parallelgeschalteten Rohrschlangen-5, 6-, welche in
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übereinanderliegenden Rohrschlangen-5, 6-bestehen jeweils im wesentlichen aus einem geraden Rohrstück - 8, 9--, einem 900 Krümmer--10, 11-- und mehreren geraden, untereinander parallelen Rohrstücken --12, 13--mit zugehörigen 1800 Krümmern bzw. Rohrbogen--14, 15,16, 17--. Die geraden Rohrstücke --12, 13--weisen untereinander gleiche Längen auf.
Bei Betrachtung zweier Rohrschlangen--5, 6-- (Fig. 1) in aufeinanderfolgenden, zueinander parallelen Ebenen erkennt man, dass diese etwa spiegelbildlich und um eine halbe Querteilung gegeneinander verschoben sind, so dass sich die einzelnen Rohrschlangen-5, 6- an Auflagepunkten--18--berühren bzw. bei Zwischenschaltung von Distanzstücken einander kreuzen. An diesen
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Rohrpaket stützt. Die andern Rohrkrümmer--14, 17--werden von den geraden Rohrstücken--8, 9-- berührt. An der Berührungsstelle dieser beiden Rohrteile ist zur Erhöhung der Festigkeit des gesamten Rohrpaketes ebenfalls eine Schweissverbindung angeordnet.
In den Fig. l und 2 sind die Rohrschlangen--5, 6--eines Wärmetauschers dargestellt, bei welchem die Ebenen, in denen die Rohrschlangen--5, 6--erlaufen, horizontal und zueinander parallel angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung können diese Ebenen selbstverständlich auch vertikal angeordnet sein. In diesem Falle ist die Stützeinrichtung etwas anders ausgebildet. Fig. l stellt dann einen Aufriss und Fig. 2 den dazugehörigen Grundriss dar. In beiden Fällen strömt das die Rohre umströmende Medium senkrecht zu den Rohrebenen.
Desgleichen ist es möglich, in einer Ebene Rohrschlangen anzuordnen, welche aus mehreren, untereinander parallel verlaufenden Rohren bestehen, welche in der an sich bekannten Form eines Mäanders verlaufen. Diese
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Massnahme ergibt eine noch kleinere Querteilung und eine kompaktere Ausführung des Rohrbündels.
In Fig. 3 sind die Rohrschlangen--20 und 21--zweier aufeinanderfolgender Ebenen dargestellt. Die Rohrschlangen-20 bzw. 21-bestehen aus geraden Rohrstücken-22, 24 bzw. 23, 25--, sowie aus 1800 Krümmern bzw. Verbindungsbogen--26 bzw. 27--. Diese geraden Rohrstücke weisen verschiedene Längen
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zur Rohrfeldebene, d. i. die Ebene, in welcher eine Rohrschlange verläuft, liegt. Die geraden Rohrstücke --22 bis 25-sind in einem von 900 verschiedenen Winkel zur Berührungsebene-28-an den Scheitelstellen angeordnet.
Der Winkel ist so gewählt, dass zumindest an zwei Stellen-den Krümmungsmittelpunkten der 180
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einem Rohr eine Tragstange --29-- angeordnet. In Fig. 3 sind der Einfachheit halber nur die übereinander angeordneten Rohrschlangen-20 und 21-zweier Rohrfeldebenen dargestellt. Die Krümmer, welche in der dritten und vierten Ebene liegen würden, könnten um jene Tragstangen --29-- gelegt werden, welche nach
Fig. 3 zwischen jenen liegen, an welche sich die Krümmer-26 und 27-anschmiegen. Die geraden Rohrstücke der dritten Ebene würden in diesem Falle parallel zu jenen in der ersten Ebene und jene der vierten parallel zu jenen der zweiten Ebene verlaufen. Die Rohrschlangen der fünften Ebene würden dann wieder wie jene der ersten Ebene verlaufen usw.
Durch die zuletzt geschilderte Anordnung werden Kurzschlussströmungen im Bereich der Scheitelstellen der krümmer --26,27-- weigehend verhindert und damit ein gleichmässig guter Wärmeübergang erreicht.
Selbstverständlich können die Rohrschlangen z. B. der ersten und der dritten oder der zweiten und der vierten Ebene usw., die untereinander versetzt, jedoch parallel verlaufen, gegeneinander vertauscht werden, so dass die einzelnen Rohrschlangen etwas anders angeordnet bzw. gruppiert sind, aber der gleiche Wärmeübergangseffekt erzielt wird.
Der Vorteil der Schrägstellung der geraden Rohrstücke --22 bis 25--gegenüber der Berührungsebene - ist darin zu sehen, dass bei sehr kleinen Querteilungen eine quasi versetzte Anordnung der Rohrschlangen entsteht und trotzdem die Möglichkeit der Aufhängung durch Tragelemente-29-, welche auch von Rohren gebildet werden können, erhalten bleibt, weil entsprechende, durch die ganze Höhe des Rohrpaketes hindurchgehende Durchtrittsöffnungen --30,31-- entstehen. Die Öffnungen--30--liegen an der Stelle der Krümmer --26, 27-- und der Scheitelstellen, während die öffnungen --31-- durch die geraden Rohsrstücke --22 bis 25-begrenzt werden.
Somit ergibt sich gegenüber der an sich bekannten Anordnung, bei welcher die Rohrschenkel mit der Berührungsebene einen Winkel von 900 einschliessen, bei der quasi versetzten Anordnung eine bedeutend kompaktere Bauweise des Rohrpaketes. Auf diese Art und Weise lässt sich eine grössere Wärmeübergangsfläche in einem vorgegebenen Raum unterbringen ; mit andern Worten wird der Wärmetauscher bei gegebener Wärmetauschfläche kleiner und damit billiger.
Die Erfindung ist auf die dargestellten Anordnungen nicht beschränkt. Sie kann z. B. auch bei Wärmetauschern mit Rippen- und Nadelrohren und selbstverständlich auch bei grösseren Längs- und Querteilungen verwendet werden. Weiters können mehrere Rohre pro Ebene verwendet werden, indem dieselben in Mäanderform gewickelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmetauscher mit einem rohrförmigen Eintrittssammler und einem zum Eintrittssammler parallel angeordneten, rohrförmigen Austrittssammler, in Ebenen senkrecht zur Achse des Eintritts- bzw.
Austrittssammlers lagenweise angeordneten, bezüglich des Eintritts- bzw. Austrittssammlers hydraulisch parallelgeschalteten, abwechselnd aus geraden Rohrstücken und Verbindungsbögen aufgebauten Rohrschlangen,
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und dass die Mittellinien der Rohre (8 bis 17 ; 22 bis 27) bzw. der Rohrbögen (14 bis 17 ; 26,27) der einzelnen Rohrschlangen (5, 6 ; 20,21) in an sich bekannter Weise einen periodischen Verlauf aufweisen, wobei die Perioden aller Rohrschlangen gleich sind.
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