DE10135654B4

DE10135654B4 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10135654B4
Application number: DE2001135654
Authority: DE
Inventors: Hans Henting
Original assignee: Individual
Current assignee: HENTING, BERND, 45470 MUELHEIM, DE; HENTING, HANS, 45478 MUELHEIM, DE
Priority date: 2001-07-21
Filing date: 2001-07-21
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-07-22
Also published as: WO2003012356A1; DE10135654A1

Abstract

Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse und mit einer Mehrzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten und von einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscherrohren, wobei die Wärmetauscherrohre als schraubenwendelförmige Rohrstränge ausgebildet und die Rohrstränge kühlmitteleintrittsseitig und kühlmittelaustrittsseitig an Kühlmittelverteilerrohre mit Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Gehäuselängsrichtung verlaufenden Rohrstränge (3) in Gehäusestirnansicht unter Bildung von Rohrbündelringen (8) angeordnet sind, dass zwei oder mehrere Rohrbündelringe (8) in konzentrischer Anordnung vorgesehen sind, und dass die benachbarten Rohrstränge (3) der Rohrbündelringe (8) mit ihren Schraubenwendeln (9) in an sich bekannter Weise um ein vorgegebenes Maß in die Gangabstände (A) zwischen den Schraubenwendeln (9) eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse und mit einer Mehrzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten und von einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscherrohren, wobei die Wärmetauscherrohre als schraubenwendelförmige Rohrstränge ausgebildet und die Rohrstränge kühlmitteleintrittsseitig und kühlmittelaustrittsseitig an Kühlmittelverteilerrohre mit Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt angeschlossen sind. – Derartige Wärmetauscher ermöglichen den Wärmeaustausch zwischen einem gasförmigen und einem flüssigen Medium. Sie dienen z. B. in Untertagebetrieben oder im Tunnelbau als Wetterkühler, sind aber auch als Verdampfer, Verflüssiger und selbst zur Wassergewinnung aus der Atmosphäre einsetzbar.

Es ist ein Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Ausführungsform bekannt, bei welchem eine Mehrzahl von Rohrbündeln in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet ist, die aus schlangenlinienförmig verlaufenden, mit vertikalen oder schrägen Abschnitten und bögenförmigen Abschnitten geführten, in Längsrichtung gereihten Kühlmittelrohren aufgebaut sind. An die Rohrbündel sind quer zur Längsrichtung verlaufende Kühlmittelverteilerrohre und Kühlmittelsammelrohre angeschlossen (vgl. DE 36 11 696 A1 ).

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform sind die Kühlmittelrohre als Kühlspiralen mit einem zentralen Kühlmitteleintritt und einem außenrandseitigen Kühlmittelaustritt ausgebildet, wobei eine Mehrzahl von Kühlspiralen in Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums mit vorgegebenen Abständen zwischen den Kühlspiralen gereiht und angeordnet ist. Im Zentrum der Kühlspiralen verläuft ein Kühlmittelverteilerrohr am Außenrand der Kühlspiralen ein Kühlmittelsammelrohr (vgl. DE 195 32 694 C1 ).

Ferner kennt man einen gattungsgemäßen Wärmetauscher, bei dem schraubenwendelförmige Rohrstrenge um ein vorgegebenes Maß ineinander greifen, jedoch unter Berücksichtigung einer verhältnismäßig willkürlichen Anordnung der Rohrstrenge (vgl. US 5,165,472 ). – Bei einem anderen Wärmetauscher mit in einem Behälter parallel zueinander angeordneten schraubenwendelförmigen Rohrschlangen weisen die benachbarten Rohrschlangen verschiedenen Windungssinn auf und sind weitgehend ineinander geschoben, um die Geschwindigkeit des an den Rohrschlangen entlang strömenden und von ihnen zu erwärmenden Wassers zu erhöhen (vgl. DE 956 169 C1 ). – Endlich kennt man eine Ausführungsform, bei welcher auf jede Überdeckung der schraubenwendelförmigen Rohrstränge verzichtet wird (vgl. US 2,990,162 A ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, der sich bei reduzierter Antriebsleistung für das gasförmige Medium durch erhöhte Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und dem gasförmigen Medium auszeichnet und folglich hinsichtlich seiner Kühlleistung optimiert wird.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher dadurch, dass die in Gehäuselängsrichtung verlaufenden Rohrstränge in Gehäusestirnansicht unter Bildung von Rohrbündelringen angeordnet sind, dass zwei oder mehrere Rohrbündelringe in konzentrischer Anordnung vorgesehen sind, und dass die benachbarten Rohrstränge der Rohrbündelringe mit ihren Schraubenwendeln in an sich bekannter Weise um ein vorgegebenes Maß in die Gangabstände zwischen diesen Schraubenwendeln eingreifen. – Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, dass die Wärmetauscherrohre anders als bei herkömmlichen Wärmetauschern optimal von dem gasförmigen Medium, z. B. Luft umspült werden. Aus diesem Grunde kann mit einer verhältnismäßig geringen Luftgeschwindigkeit gearbeitet werden und wird dennoch eine hervorragende Wärmeübertragung zwischen dem gasförmigen Medium und dem Kühlmedium erreicht, bei dem es sich bevorzugt um ein flüssiges Kühlmedium handelt. Da die Wärmeübertragung zwischen zwei strömenden Medien von verschiedenen Temperaturen stattfindet, handelt es sich in Strenge um einen Wärmedurchgang. Hierbei gibt das gasförmige Medium mit der höheren Temperatur zuerst in einem Wärmeübergang Wärme an die Oberfläche der Wärmetauscherrohre ab, die dann durch die Wärmeleitung durch die Rohrwand an die andere Oberfläche der Wärmetauscherrohre geht und dort in einem zweiten Wärmeübergang an das Kühlmedium abgegeben wird. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass der K-Wert, der sich aus dem Wärmeübergangskoeffizienten auf beiden Seiten der Wärmetauscherrohre und dem Wärmeleitkoeffizient der Rohrwand der Wärmetauscherrohre zusammensetzt, um ein drei- bis vierfaches gegenüber dem K-Wert bekannter Wärmetauscher erhöht wird. Das gelingt wegen der optimierten Umspülung der Wärmetauscherrohre mit verhältnismäßig geringen Luftgeschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeiten des gasförmigen Mediums und folglich mit reduzierter Antriebsleistung für den zur Erzeugung der Luftströmung bzw. -geschwindigkeit dienenden Verdichter, bei dem es sich bevorzugt um einen Ventilator handelt. Im Ergebnis arbeitet der erfindungsgemäße Wärmetauscher hinsichtlich seiner Kühlleistung mit einem optimalen Wirkungsgrad.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im Folgenden aufgeführt. So sieht die Erfindung vor, dass die Rohrbündelringe sich dicht bei dicht konzentrisch umgeben, so dass sie zwangsläufig vollständig von dem gasförmigen Medium bzw. der Luft umströmt werden. Dabei kann der äußere bzw. äußerste Rohrbündelring unmittelbar von dem Gehäuse, z. B. einem Stahlmantel umgeben sein. Die übrigen Rohrbündelringe sind vorzugsweise endseitig von Montage manschetten umgeben, um deren kreisförmige Anordnung im Zuge der Montage in das Gehäuse zu fixieren. Weiter sieht die Erfindung vor, dass die Rohrstränge bzw. Schraubenwendeln der Rohrbündelringe in vorgegebenen Abständen miteinander verschweißt oder verlötet sind, um auch insoweit eine einwandfreie Fixierung in ihrer Positionierung zu erreichen. Regelmäßig bestehen die Wärmetauscherrohre aus Edelstahl oder Kupfer. – Um eine versatzfreie Anordnung benachbarter Rohrstränge zueinander zu erreichen, sieht die Erfindung weiter vor, dass benachbarte Rohrstränge mit jeweils rechtsgewickelten und linksgewickelten Schraubenwendeln ineinandergreifen. Durch die gegenläufige Wicklung benachbarter Rohrstränge wird der durch die Schraubenwendeln vorgegebene Versatz bei ineinandergreifenden Rohrsträngen gleichsam kompensiert. Vorzugsweise beträgt die Eingriffstiefe der Schraubenwendeln benachbarte Rohrstränge 1/2 bis 1/3 des Schraubenwendelndurchmessers in stirnseitiger Projektion. Auf diese Weise werden optimale Strömungsverhältnisse bei verhältnismäßig geringen Druckverlusten erreicht, wobei der Wärmeaustausch in Folge von Turbulenzen optimiert wird, die sich beim Durchströmen und Umströmen der Rohrstränge einstellen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in schematischer Seitenansicht mit geschnittenem Gehäuse,
2 eine Stirnansicht auf den Gegenstand nach 1 gemäß der Linie AA und
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach 1.
In den Figuren ist ein Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse 1 und mit einer Mehrzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten und von einem flüssigen Kühlmedium durchströmten Wärmetauscherrohren 2 dargestellt. Die Wärmetauscherrohre 2 sind als schraubenwendelförmige Rohrstränge 3 ausgebildet. Diese Rohrstränge 3 sind kühlmitteleintrittseitig und kühlmittelaustrittsseitig an Kühlmittelverteilerrohre 4 mit Kühlmitteleintritt 5 und Kühlmittelaustritt 6 angeschlossen. Ferner ist ein Ventilator 7 eingangsseitig des Gehäuses 1 angeordnet, der dafür sorgt, dass das gasförmige Medium, z. B. Luft, das Gehäuse 1 in Gehäuselängsrichtung durchströmt.
Die in Gehäuselängsrichtung verlaufenden Rohrstränge 3 sind in Gehäusestirnansicht unter Bildung von Rohrbündelringen 8 angeordnet. Dabei sind mehrere Rohrbündelringe 8 in konzentrischer Anordnung vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung kann es sich um zwei oder mehrere konzentrische Rohrbündelringe 8 handeln. Die benachbarten Rohrstränge 3 der Rohrbündelringe 8 greifen mit ihren Schraubenwendeln 9 um ein vorgegebenes Maß in die Gangabstände A zwischen den Schraubenwendeln 9 ein. Die konzentrischen Rohrbündelringe 8 umgeben sich dicht bei dicht. Der äußerste Rohrbündelring 8a ist unmittelbar von dem Gehäuse 1, einem Stahlmantel umgeben. Die übrigen Rohrbündelringe 8 sind endseitig von Montagemanschetten 10 umgeben. Die Rohrstränge 3 bzw. Schraubenwendeln 9 der Rohrbündelringe 8 sind in vorgegebenen Abständen miteinander verschweißt oder verlötet. Benachbarte Rohrstränge 3 greifen mit jeweils rechtsgewickelten und linksgewickelten Schraubenwendeln 9 ineinander ein. Die Eingriffstiefe T der Schraubenwendeln 9 benachbarte Rohrstränge beträgt 1/2 bis 1/3 des Schraubenwendeldurchmessers in stirnseitiger Projektion.

Claims

Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse und mit einer Mehrzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten und von einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscherrohren, wobei die Wärmetauscherrohre als schraubenwendelförmige Rohrstränge ausgebildet und die Rohrstränge kühlmitteleintrittsseitig und kühlmittelaustrittsseitig an Kühlmittelverteilerrohre mit Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Gehäuselängsrichtung verlaufenden Rohrstränge (3) in Gehäusestirnansicht unter Bildung von Rohrbündelringen (8) angeordnet sind, dass zwei oder mehrere Rohrbündelringe (8) in konzentrischer Anordnung vorgesehen sind, und dass die benachbarten Rohrstränge (3) der Rohrbündelringe (8) mit ihren Schraubenwendeln (9) in an sich bekannter Weise um ein vorgegebenes Maß in die Gangabstände (A) zwischen den Schraubenwendeln (9) eingreifen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbündelringe (8) sich dicht bei dicht konzentrisch umgeben.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere bzw. äußerste Rohrbündelring (8a) unmittelbar von dem Gehäuse (1), z. B. einem Stahlmantel umgeben ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übrigen Rohrbündelringe (8) endseitig von Montagemanschetten (10) umgeben sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstränge (3) der Rohrbündelringe (8) in vorgegebenen Abständen im Bereich ihrer Schraubenwendeln (9) miteinander verlötet oder verschweißt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Rohrstränge (3) mit jeweils rechtsgewickelten und linksgewickelten Schraubenwendeln (9) ineinandergreifen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffstiefe (T) der Schraubenwendeln (9) benachbarte Rohrstränge 1/2 bis 1/3 des Schraubenwendeldurchmessers in stirnseitiger Projektion beträgt.