Parallelstrom-Röhrenwärmeaustauscher
Die Erfindung betrifft einen Parallelstrom-Röhrenwärmeaustauscher. Solche Röhrenwärmeaustauscher besitzen bekannterweise ein Bündel nahe beieinander liegender Rohre, die sich zwischen einlass- und auslassseitigen Kopfplatten erstrecken, zwischen denen ein erstes Medium die Rohre durchströmt. Das Rohrbündel ist innerhalb eines länglichen Gehäuses angeordnet, durch welches ein zweites Medium zwischen Anschlüssen an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses hindurchströmt. Wenn die Strömung des zweiten Mediums auch im allgemeinen parallel zur Strömung des ersten Mediums erfolgt, so besteht doch an den Enden, wo das zweite Medium das Gehäuse verlässt oder in dieses eintritt, unvermeidlich eine gewisse Querströmung des zweiten Mediums auf dem Strömungsweg quer zwischen den einzelnen Rohren.
Die Rohrzwischenräume in diesen Bereichen setzen der Strömung des zweiten Mediums also einen höheren Widerstand entgegen als ein Bereich, in dem eine parallele Strömung vorliegt, und dies kann eine schlechte Verteilung des Mediums in dem Teil des Wärmeaustauschers verursachen, in dem die parallele Strömung vorliegt. Dies zeitigt bei einem extremen Rohrabstand eine erhebliche Wirkung, und der sehr enge Abstand der Rohre kann zu einer we- sentlich reduzierten Strömung längs einiger der Rohre führen, die vom Einlass oder Auslass des Gehäuses entfernt liegen.
Der Parallelstrom-Röhrenwärmeaustauscher ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr des Wärmeaustauschers an der Verbindungsstelle mit mindestens einer der Kopfplatten einen Endabschnitt mit einem einzelnen Strömungskanal aufweist, an welchem Endabschnitt ein weiterer, von der Kopfplatte abgewandter Rohrabschnitt anschliesst, welcher eine Anzahl von Strömungskanälen besitzt, von denen einige symmetrisch um die Achse des einzelnen Strömungskanals angeordnet sind, das Ganze derart, dass der Abstand zwischen den Rohren im Bereich des Endabschnittes grösser ist als der Abstand zwischen den Rohren im weiteren Rohrabschnitt. Das Rohr kann statt an einem auch an beiden Enden, an denen es jeweils mit einer Kopfplatte verbunden ist, über einen Bereich so ausgebildet sein, dass ein einzelner Strömungskanal vorhanden ist.
Die einzelnen Kanäle des mehrkanaligen Rohrabschnittes, beispielsweise für ein Kühlmittel, nehmen im wesentlichen die selbe Querschnittsfläche ein wie der einzelne Kanal im Endabschnitt des Rohres, der Abstand zwischen den Rohren im Bereich der Endabschnitte, wo eine Querströmung auftritt, ist jedoch grösser als in dem zwischen den Enden liegenden Rohrbereich, wo eine Parallelströmung vorhanden ist. Auf diese Weise haben die Rohrzwischenräume nahe den Rohrenden einen geringeren Widerstand gegenüber der Querströmung des Mediums im Gehäuse in jenem Bereich, wo die Einlass- und Auslassöffnungen liegen, was insgesamt eine verbesserte Strömungsverteilung zur Folge hat.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, in welchen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes rein beispielsweise dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Rohres eines Röhrenwärmeaustauschers, bei welchem Rohr ein Endabschnitt in einen mittleren Abschnitt übergeht;
Fig. 2 einen Querschnitt gemäss der Linie II-II der Fig. 1 durch das Rohr und ferner die Anordnung der zu diesem Rohr benachbarten Rohre, wie sie sich innerhalb des Gehäuses des Wärmeaustauschers ergibt;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Rohre, die in eine Rohrplatte eingesetzt sind;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch zwei benachbarte Rohre, die in eine Rohrplatte eingesetzt sind;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnittprofils des mittleren Abschnittes des erfindungsgemässen Rohres.
Das Rohr eines Röhrenwärmeaustauschers besitzt gemäss den Fig. 1 und 2 Endabschnitte 2 (von denen nur einer dargestellt ist), die für ein erstes Medium einen einzelnen Kühlmittel-Kanal 3 bilden, und ferner einen Zwischenabschnitt 4, der einen mehrkanaligen Kühlmittel-Strömungsweg in Gestalt von Nebenkanälen 5 bildet. Dies ermöglicht, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, die Endabschnitte 2 in Bohrungen in der Rohrplatte oder Kopfplatte 6 mit Rohrabständen 7 zwischen den Endabschnitten benachbarter Rohre einzusetzen, welche Abstände grösser sind als jene Abstände 8 in Fig. 2 zwischen den mittleren Abschnitten 4 der Rohre.
Da die Einlass- und Auslassöffnungen in der Gehäusewandung sich nahe den Enden befinden, wo die Rohrabstände grösser sind, lässt sich eine gute Verteilung des zweiten durch das Gehäuse strömenden Mediums erzielen, und die bevorzugte Strömung des Mediums nahe der einen Seite der Gehäusewandung wird dadurch vermindert. Diese Wirkung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Einlass- und Auslass öffnungen für das zweite Medium an der gleichen Seite der zylindrischen Gehäusewandung und nicht diametral versetzt an dieser angeordnet sind.
Aus den Fig. 2 und 4 ist erkennbar, dass das Profil des mittleren Rohrabschnittes 4 derart ausgebildet ist, dass die Nebenkanäle symmetrisch um die Achse des einzelnen Kanals in dem Rohrendabschnitt angeordnet liegen, wobei von den insgesamt sieben Kanälen der zentrale Kanal koaxial zu dem einzelnen Kanal in dem Rohrendabschnitt verläuft. Dies erhöht die Möglichkeit, eine gleichmässige Verteilung des zweiten Mediums über den ganzen eine Parallelströmung aufweisenden Querschnittsbereich des Wärmeaustauschers aufrechtzuerhalten.
Für die Herstellung des profilierten Rohres gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen eine in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Das Ausgangsrohr ist in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie 20 dargestellt, welches Rohr über einen konischen Abschnitt 21 in einen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser 22 sich verjüngt, welcher der Enddurchmesser des Rohrendabschnittes ist. Der Durchmesser 22 kann beispielsweise 25 mm betragen. Durch Kombination bekannter Herstellungsmethoden wird das Rohr mit dem grossen Durchmesser in ein Profil gemäss Fig. 2 umgeformt, wobei dann jeder Nebenkanal 5 einen Durchmesser von 10 mm besitzt. Bei einem sehr langen Rohr können Versteifungen verwendet werden, um Schwingungen der äusseren Bögen des profilierten Rohres zu verhindern.
Dies können Stützen 23 sein, die in Abständen über die Rohrlänge angeordnet sind und benachbarte Bögen des Profils miteinander verbinden. Zusätzlich oder auch wahlweise kann eine Kehlschweissung 24 in Abständen oder auch durchlaufend an der Innenseite des zentralen Kanals, wie in Fig. 2 angedeutet ist, vorgesehen werden. Es können auch andere Herstellungsmethoden für das Rohr zum Einsatz gelangen, wobei man von einem Rohr konstanten Durchmessers aber grösser als der Rohrendabschnitt ausgeht.
Wenn in Fig. 2 die verschiedenen Kanäle auch als vollkommen getrennt dargestellt sind, so muss dies nicht notwendigerweise so sein, beispielsweise ist gemäss Fig. 4 der Rohrabschnitt vom grossen Durchmesser aus in eine Form umgeschmiedet, die, wie dargestellt, die Gestalt eines Blumenblattes hat.