Rohrbündel für Wärmeaustauscher und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft ein Rohrbündel für Wärmeaustauscher mit vom umgebenden Strö mungsmittel im Querstrom beaufschlagten Rohren, welche in Rohrplatten eingesetzte En den von Kreisquerschnitt aufweisen.
Handelt es sich, bei Wärmeaustauschern mit solchen Bündeln um die Übertragung der Wärme von zwei Strömungsmitteln mit wesent lich unterscliiedliehen Wärmeübergangszahlen, wie beispielsweise bei Kühlern, in denen ein gasförmiges Strömungsmittel durch Wasser zu kühlen ist, so wird üblicherweise das Wasser durch das Rohrinnere geführt, während die Rohre an der Aussenseite zwecks Vergrösserung der wärmeübertragenden Oberfläche mit Rip pen versehen werden. Die Herstellung solcher Rippenrohre kommt aber oft verhältnismässig teuer zu stehen, und es wird durch die Rippen rohre oft der zur Verfügung stehende Raum nicht hinreichend ausgenützt.
Anderseits ist auch schon vorgeschlagen worden, solche WärmeaustauseUer aus platten artigen Elementen zusammenzubauen, wobei <B>je</B> zwischen zwei gewellten Platten ein Rohr mit einem stark in die Länge gezogenen Quer schnitt eingefügt und mit diesen gewellten Platten verlötet ist. Die Abdichtung der bei den Strömungsmittelwege gegeneinander an den Enden der plattenartigen Elemente be gegnet aber dabei gewissen Schwierigkeiten. Bei in Rohrplatten eingesetzten Rohrenden von Kreisquersehnitt ist die Abdichtung demgegen- über wesentlich einfacher und zuverlässiger.
Die Erfindung bezweckt nun ein Rohr bündel für Wärmeaustauscher der genannten Art mit möglichst niedrigen Herstellungs kosten und auch mit möglichst geringem Raumbedarf für die vorzusehenden Wärme- austausehfläclien unter Beibehaltung der grundsätzlich#en Vorteile von Rohrbündeln der eingangs beschriebenen Art zu erhalten.
Zu diesem Behule werden beim erfindungsge mässen Rohrbündel die Rohre auf dem im Querstrom beaufschlagten Bereich abgeplattet, so dass zwei gegenüberliegende ebene Rohr- aussenfläehen entstehen, und- diese Flächen werden in Längsrichtung des Rohres<B>je</B> mit mindestens einem gewellten Metallband belegt, welches ferner mit der betreffenden Rohr- aussenfläche und einem auf der dem Rohr ab gekehrten Seite des Metallbandes aufgebrach ten Deckband wärmeleitend fest verbunden wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Ver fahren zur Herstellung des Rohrbünclels.
In der Zeichnung sind als Beispiel eine Ausführungsform des erlindungsgemässen Rohrbündels und ferner eine Einrichtung für die Herstellung des Wellbandes und dessen Verbindung mit dem Deckband in vereinfaeh- .ter Darstellung veranschaulicht, wobei in die sem Zusammenhang das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des Rohrbündels ebenfalls beispielsweise erläutert wird.<B>-</B> Es zeigen:
Fig. <B>1</B> einen Teil eines Rohrbündels, per- spektiviseli, <B>-</B> Fig. 2 einen Teil eines' Längsschnittes durch ein Rohr dieses Bündels, Fig. <B>3</B> einen zur Rohrplatte parallelen Querschnitt durch einen Teil des Bündels, Fig. 4 eine Einrichtung zur Herstellung des mit dem gewellten Metallband belegten Deckbandes und Fig. <B>5</B> eine Vorrichtung zur Ordnung der. Wellen eines mit mehreren Wellenbändern be legten Deckbandes.
Das Rohrbündel besteht gemäss Fig. <B>1</B> aus Rohren<B>1</B> mit Enden 2 von kreisförmigem Querschnitt, welche in Bohrungen<B>3</B> einer Rohrplatte 4 eingesetzt und darin beispiels weise durch Ein-walzen befestigt sind.
Die Rohre<B>1</B> werden vom umgebenden Strömungs mittel in Richtung der eingetragenen Pfeile im Querstrom beaufschlagt. Im Bereiche die ser Querbeaufschlagung weisen die Rohre<B>1</B> <B>je</B> einen Teil<B>5</B> von rechteckigem Querschnitt auf (Fig. <B>3).</B> Die<B> </B> züi den Längsseiten des Rechteckes gehörenden abgeplatteten ebenen gegenüberliegenden Aussenflächen<B>6</B> des Teils <B>5</B> eines Rohres<B>1</B> sind in der Längsrichtung <B>je</B> mit vier gewellten Metallbändern<B>7</B> belegt.
Diese gewellten Metallbänder<B>7</B> sind mit den besagten Flächen dort, wo die Wellen auf diesen Flächen aufliegen, beispielsweise durch Lötung fest verbunden. Ausserdem ist auf de-- einen wie auch auf der andern Seite des Rohres<B>1 je</B> ein Deekband <B>8</B> auf der der betreffenden Rollraussenfläche abgekehrten Seite der Metallbänder<B>7</B> aufgebracht, und dieses Deckband<B>8</B> ist ebenfalls mit den Wellen wärmeleitend fest verbunden.
Im übergangsbereich vom runden zum rechteckigen Querschnitt der Rohre verhin dern Abdeckbleche <B>9</B> und<B>10</B> Nebenschluss- strömungen des die Rohre<B>1</B> im Querstrom beaufschlagenden Strömungsmittels in diesem Bereich.
Wie aus Fig. <B>1</B> und 2 hervorgeht, sind die Wellen zweier<B>b</B> enachbarter Bänder<B>7</B> gegen einander versetzt angeordnet. Diese versetzte Anordnung dient dazu, beim Durchtritt des die Rohre<B>1</B> quer beaufschlagenden Strömungs mittels fortlaufend neue Anlaufstrecken und damit einen erhöhten WärmeÜbergang an den gewellten Bändern<B>7</B> zu erzielen.
Bei der Anordnung im Rolirbündel werden zweckmässig die einzelnen Rohre<B>1</B> unter Frei lassung von höchstens einem geringen Spiel<I>s</I> zwischen den Deckbändern<B>8</B> angeordnet, so dass im Querschnitt durch das Bündel ein Bild gemäss Fig. <B>3</B> entsteht. Damit wird der Bün delraum zwischen den Rohren<B>1</B> praktisch voll kommen von dem derWärmeübertragung die nenden Wellbandsystem ausgefüllt, so dass tote Räume für die Wärmeübertragung vermieden werden. Diese Bauart erlaubt somit die zur Wärmeübertragung dienenden Flächen auf kleinstem Raume, unterzubringen.
Die Abdichtung zwischen dem im Innern des Rohres<B>1</B> in Längsrichtung durchtretenden Strömungsmittel und dem die Rohre<B>1</B> von aussen im Querstrom beaufschlagenden Strö mungsmittel ist ausserdem sehr einfach, indem, zu diesem Zwecke nur die Bollrungen der Rohrplatte 4 an den Einsatzstellen der Rohr enden 2 abzudichten sind, was in bisher be kannter Weise beispielsweise durch Einwalzen der Rohre<B>1</B> erfolgen kann.
Durch das auf die ebenen Rohraussen- fläehen aufgebrachte System von mit Deck band versehenen Wellbändern, welche mit diesen Rohraussenfläclien in fester Verbindung stehen, wird ausserdem eine Verstärkung des Rohres bezüglich Festigkeit erreicht, so dass es auch in der Lage ist, grössere innere oder äussere Überdrücke aufzunehmen.
Die Herstel lung eines solchen Rohres<B>1</B> mit aufgebrachten Wellbändern <B>7</B> und Deckbän dern<B>8</B> aufweisenden Rohrbündels ist einfach und mit geringen Kosten verbunden. Hierbei werden zweckmässig die gewellten Bänder<B>7</B> vorerst mit den Deckbändern<B>8</B> wärmeleitend fest verbunden, wobei erst hernaell die so mit den Deckbändern<B>8</B> versehenen gewellten Bän der<B>7</B> auf der Gegenseite mit den abgeplatteten ebenen Rohraussenfläehen wärmeleitend fest verbunden werden. Der Zusammenbau des Bündels erfolgt dann durch Einfügen der Rohrenden 2 in die beiderseitigen Rohr platten 4.
Für die Herstellung eines mit Wellbändern <B>7</B> versehenen Deckbandes <B>8</B> kann zweckmässig eine Einrichtung gemäss Fig. 4 verwendet wer den. Hierbei wird ein flaches Band<B>11</B> von einer Rolle 12 abgewickelt und sodann durch eine Vorrichtung<B>13</B> geleitet, welche aus diesem flachen Band das gewellte Band<B>7</B> erzeugt. Das Band<B>7</B> kann hierbei in dieser Vorrichtung beispielsweise zwischen zwei ineinandergreifen- den Zahnrädern (nicht dargestellt) hindurch geführt werden.
Das Deckband<B>8</B> wird gleich zeitig von einer Rolle 14 abgewickelt und über ein Führungsstück<B>15</B> geleitet, wobei das ge wellte Band<B>7</B> unter Zwisellenlage einer von einer Rolle<B>16</B> abgewickelten Lötiolie <B>17</B> auf das Deckband<B>8</B> zu liegen kommt. Durch ein Zahnrad<B>18</B> werden die Wellen des Bandes<B>7</B> beim Auftreffen auf das Deckband<B>8</B> geordnet, so dass sie stets gleiche, der Zahnteilung des Zahnrades entsprechende Wellenlänge haben.
Nachdem nun das Deckband<B>8</B> so mit dem Wellband <B>7</B> belegt ist, wird es durch eine Induktionsspule<B>19</B> geführt, welche mit einem hochfrequienten Wechselstrom beschickt wird. Durch die dabei im Wellband <B>7</B> und im Deek- band <B>8</B> erzeugten Wirbelströme wird das Ganze so weit erhitzt, dass eine feste wärme leitende Verbindung zwischen beiden herge- ,stellt wird.
Nach Durchlaufen der Spule<B>19</B> wird das so mit einem Wellband. <B>7</B> berippte Deckband<B>8</B> über eine Kühlvorrielitung 20 geführt und auf eine Trommel 21 aufgewik- kelt.
Hierbei wird in einem und demselben Ar beitsgang das gewellte Metallband<B>7</B> in der Vorrichtung<B>13</B> aus dem flachen MetaUband <B>11</B> erzeugt, sodann unter Zwischenlage des Lötmittels <B>17</B> auf das als Deckband dienende Metallband<B>8</B> geführt und mit diesem wärme leitend fest verbunden.
Die Einrichtung lässt sich auch noch in der Weise erweitern, dass zwei oder mehrere ge wellte Metallbänder<B>7</B> im gleichen Arbeitsgang erzeugt und unter Zwischenlage des Lötmittels <B>17</B> bei versetzter Anordnung der Wellen be nachbarter Bänder<B>7</B> aul ein als Deckband <B>8</B> dienendes Metallband geführt und mit die sem wärmeleitend fest verbunden werden.
Hierbei sind zweckmässig gemäss Fig. <B>5</B> statt des einzigen Zahnrades<B>18</B> eine gleiche Anzahl von miteinander fest verbundenen, unter sich gleichen Zahnrädern<B>181, 182, 183,</B> 184, Wie Wellbänder <B>71, 72, 73,</B> 74 vorhanden sind, an zuordnen, von welchen Zahnrädern jedes in die Wellen eines zugehörigen Bandes eingreift, wobei die Zähne benachbarter Zahnräder ge geneinander uin eine halbe Teilung versetzt sind und so die Wellen in ihrer gegenseitigen Lage ordnen.
Für die Fertigstellung des einzelnen Rohr bündels werden nun von den mit Deckband<B>8</B> versehenen auf der Rolle 21 aufgewickelten Wellbändern <B>7</B> entsprechende Längen abge schnitten, auf die beiden abgeplatteten gegen überliegenden ebenen Aussenflächen des Roh res<B>1</B> unter Zwischenlage eines Lötmittels auf gelegt und durch Erhitzen des Ganzen mit dem Rohr<B>1</B> wärmeleitend fest verbunden.
Die Rohre<B>1</B> können auch in dem im Quer strom beaufschlagten Bereich statt zu einem rechteckigen Querschnitt zut einer andern Querschnittsform. abgeplattet sein. Beispiels weise kann die Querschnittsform auch ein Par allelogramm sein, wobei die Rohrfläelien auf den beiden Längsseiten des Parallelogrammes mit den Wellbändern <B>7</B> belegt würden.
The invention relates to a tube bundle for heat exchangers with tubes which are acted upon by the surrounding Strö in cross-flow and which are inserted into tube plates and have a circular cross-section.
If heat exchangers with such bundles are about the transfer of heat from two fluids with substantially different heat transfer coefficients, such as coolers in which a gaseous fluid is to be cooled by water, the water is usually passed through the inside of the pipe during the tubes are provided with ribs on the outside in order to enlarge the heat-transferring surface. The production of such finned tubes, however, is often relatively expensive, and the available space is often not sufficiently utilized by the finned tubes.
On the other hand, it has also been proposed to assemble such heat exchangers from plate-like elements, with a tube with a strongly elongated cross-section inserted between two corrugated plates and soldered to these corrugated plates. The sealing of the fluid paths against each other at the ends of the plate-like elements be met, however, certain difficulties. In the case of pipe ends of circular cross-section used in pipe plates, the sealing is, in contrast, much simpler and more reliable.
The invention now aims to obtain a tube bundle for heat exchangers of the type mentioned with the lowest possible manufacturing costs and also with the smallest possible space requirement for the heat exchange surfaces to be provided while maintaining the fundamental advantages of tube bundles of the type described above.
For this behavior, in the tube bundle according to the invention, the tubes are flattened on the area acted upon in the cross-flow, so that two opposite flat outer tube surfaces are created, and these surfaces are each covered with at least one corrugated metal band in the longitudinal direction of the tube occupied, which is furthermore firmly connected in a thermally conductive manner to the pipe outer surface in question and to a cover tape applied to the side of the metal tape facing away from the pipe.
The invention also relates to a method for producing the tube bundle.
In the drawing, an embodiment of the tube bundle according to the invention and also a device for the production of the corrugated tape and its connection to the cover tape are illustrated in a simplified representation, in which context the method according to the invention for producing the tube bundle is also explained by way of example . <B> - </B> It show:
FIG. 1 shows a part of a tube bundle, perspective view, FIG. 2 shows a part of a longitudinal section through a tube of this bundle, FIG. 3 / B > a cross-section parallel to the tube plate through part of the bundle, FIG. 4 shows a device for producing the cover band covered with the corrugated metal band and FIG. 5 shows a device for arranging the. Waves of a cover band with several wave bands.
According to FIG. 1, the tube bundle consists of tubes <B> 1 </B> with ends 2 of circular cross-section, which are inserted into bores <B> 3 </B> of a tube plate 4 and, for example, therein are attached by rolling.
The pipes <B> 1 </B> are acted upon by the surrounding flow medium in the direction of the arrows shown in the cross flow. In the area of this transverse impact, the tubes <B> 1 </B> <B> each </B> have a part <B> 5 </B> with a rectangular cross-section (Fig. <B> 3). </ B > The <B> </B> flattened flat, opposite outer surfaces <B> 6 </B> of part <B> 5 </B> of a pipe <B> 1 </B> belonging to the long sides of the rectangle are shown in FIG Lengthways <B> each </B> covered with four corrugated metal strips <B> 7 </B>.
These corrugated metal strips <B> 7 </B> are firmly connected to the said surfaces where the waves rest on these surfaces, for example by soldering. In addition, there is a deek band <B> 8 </B> on either side of the tube <B> 1 </B> on the other side of the tube <B> 1 </B> on the side of the metal bands <B> 7 </ B facing away from the relevant rolled outer surface > applied, and this cover tape <B> 8 </B> is also firmly connected to the waves in a thermally conductive manner.
In the transition area from the round to the rectangular cross-section of the tubes, cover plates <B> 9 </B> and <B> 10 </B> prevent bypass flows of the flow medium acting on the tubes <B> 1 </B> in the cross-flow in this area .
As can be seen from FIGS. 1 and 2, the waves of two adjacent bands 7 are arranged offset from one another. This offset arrangement serves to achieve an increased heat transfer at the corrugated strips <B> 7 </B> when the flow acting transversely on the tubes <B> 1 </B> by means of continuously new run-up sections.
In the arrangement in the rolir bundle, the individual tubes <B> 1 </B> are expediently arranged between the shrouds <B> 8 </B> leaving at most a small amount of play, so that in Cross-section through the bundle creates an image according to FIG. 3. In this way, the bundle space between the tubes is practically completely filled by the corrugated tape system that is used for the heat transfer, so that dead spaces for the heat transfer are avoided. This design thus allows the surfaces used for heat transfer to be accommodated in the smallest of spaces.
The seal between the fluid passing through the inside of the pipe in the longitudinal direction and the fluid which acts on the pipes in a cross-flow from the outside is also very simple in that, for this purpose only the stanchions of the tube plate 4 are to be sealed at the insertion points of the tube ends 2, which can be done in a previously known manner, for example by rolling the tubes 1.
The system of corrugated tapes with cover tape applied to the flat outer surfaces of the pipe, which are firmly connected to these outer surfaces of the pipe, also increases the strength of the pipe so that it is also able to withstand greater internal or external overpressures record.
The production of such a pipe <B> 1 </B> with applied corrugated tapes <B> 7 </B> and tube bundles having cover tapes <B> 8 </B> is simple and involves low costs. Here, the corrugated tapes <B> 7 </B> are initially firmly connected to the cover tapes <B> 8 </B> in a thermally conductive manner, with the corrugated tapes provided with the cover tapes <B> 8 </B> only shortly thereafter <B> 7 </B> on the opposite side are firmly connected to the flattened, flat outer pipe surfaces in a thermally conductive manner. The bundle is then assembled by inserting the pipe ends 2 into the pipe plates 4 on both sides.
For the production of a cover band <B> 8 </B> provided with corrugated bands <B> 7 </B>, a device according to FIG. 4 can expediently be used. Here, a flat band 11 is unwound from a roll 12 and then passed through a device 13 which produces the corrugated band 7 from this flat band . In this device, the band <B> 7 </B> can, for example, be passed through between two interlocking gear wheels (not shown).
The cover tape <B> 8 </B> is simultaneously unwound from a roll 14 and guided over a guide piece <B> 15 </B>, with the corrugated tape <B> 7 </B> being one of one Roll of <B> 16 </B> unwound Lötiolie <B> 17 </B> comes to rest on the cover tape <B> 8 </B>. A gear <B> 18 </B> arranges the waves of the band <B> 7 </B> when they hit the shroud <B> 8 </B> so that they are always the same, corresponding to the tooth pitch of the gear Have wavelength.
Now that the cover tape <B> 8 </B> has been covered with the corrugated tape <B> 7 </B>, it is passed through an induction coil <B> 19 </B>, which is fed with a high-frequency alternating current. Due to the eddy currents generated in the corrugated tape <B> 7 </B> and in the deek tape <B> 8 </B>, the whole thing is heated to such an extent that a solid, heat-conducting connection is established between the two.
After running through the coil <B> 19 </B> it is done with a corrugated tape. <B> 7 </B> ribbed cover tape <B> 8 </B> guided over a cooling supply line 20 and wound onto a drum 21.
Here, the corrugated metal band <B> 7 </B> is produced in the device <B> 13 </B> from the flat metal band <B> 11 </B> in one and the same work step, then with the interposition of the solder B> 17 </B> guided onto the metal band <B> 8 </B> serving as a cover band and firmly connected to it in a thermally conductive manner.
The device can also be expanded in such a way that two or more corrugated metal strips <B> 7 </B> are produced in the same operation and are adjacent with the interposition of solder <B> 17 </B> with an offset arrangement of the waves Straps <B> 7 </B> on a metal band serving as cover band <B> 8 </B> and are firmly connected to it in a thermally conductive manner.
In this case, according to FIG. 5, instead of the single gear wheel 18, an equal number of gearwheels 181, 182, 183, which are firmly connected to one another and which are identical are expediently 184, How corrugated belts 71, 72, 73, 74 exist, assign to which gearwheels each engages in the waves of an associated belt, the teeth of adjacent gearwheels being offset from one another by half a pitch and so arrange the waves in their mutual position.
For the completion of the individual tube bundle, appropriate lengths are now cut from the corrugated tapes <B> 7 </B> provided with cover tape <B> 8 </B> and wound on the roll 21, onto the two flattened opposite flat outer surfaces of the Raw res <B> 1 </B> is placed on with the interposition of solder and firmly connected to the tube <B> 1 </B> in a thermally conductive manner by heating the whole.
The tubes <B> 1 </B> can also have a different cross-sectional shape in the area acted upon in the transverse flow instead of a rectangular cross-section. be flattened. For example, the cross-sectional shape can also be a parallelogram, with the tubular surfaces on the two long sides of the parallelogram being covered with the corrugated strips 7.