DE102018211273A1

DE102018211273A1 - Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien

Info

Publication number: DE102018211273A1
Application number: DE102018211273.8A
Authority: DE
Inventors: Dennis Ilse; Harald Kreidner; Holger Fassl
Original assignee: ContiTech MGW GmbH
Current assignee: ContiTech Techno Chemie GmbH
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien, umfassend eine als ein Innenrohr (1) ausgebildete Fluidleitung und mehrere um die Fluidleitung (1) herum angeordnete, von einem Kühlmittel durchflossene Kühlkanäle (2.1 - 2.15). Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom genannten Stand der Technik eine Vorrichtung zum Kühlen von Medien derart weiterzubilden, dass eine möglichst gleichmäßige Durchströmung der Kühlkanäle (2.1 - 2.15) mit Kühlmedium gegeben ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) mit steigendem Durchmesser um die Fluidleitung herum angeordnet sind und durch einen ringförmig gewundenen Einlasskanal (3) mit Kühlmedium beaufschlagbar sind. Ein Druckverlust des Kühlmediums im Einlasskanal (3) ist so bei entsprechender Vorbestimmung der Querschnittsflächen durch die jeweils größeren Querschnittsflächen der entsprechenden Kühlkanäle (2.1 - 2.15) kompensierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien, umfassend eine als ein Innenrohr ausgebildete Fluidleitung und mehrere um die Fluidleitung herum angeordnete, von einem Kühlmittel durchflossene Kühlkanäle.
Kühlvorrichtungen für strömende Medien sind in großer Vielfalt bekannt und im Einsatz. Sie werden häufig als Gegenstrom-oder Gleichstrom-Wärmetauscherrohr ausgeführt.
Bei Wärmetauscherrohren ist die Kühlleistung unter anderem davon abhängig, wie lange das Kühlmedium mit dem zu kühlenden Medium in Wirkverbindung steht. Es ist daher bekannt, die Medien auf der Länge des Wärmetauscherrohres in Rotation zu versetzen, umso die Verweilzeit im Wärmetauscherrohr zu erhöhen. Häufig wird dazu ein gewendeltes Innen-und/oder Außenrohr eingesetzt.
Die DE 10 2005 052 972 A1 zeigt eine derartige Vorrichtung, bei der das Kühlmedium durch einen gewendelten äußeren Kanal geführt ist, der durch eine spiralförmige Ausbildung des Innenrohrs entsteht. Diese Anordnung erzeugt zwar eine gute Verwirbelungung des Kühlmediums und auch des zu kühlenden Mediums, ist jedoch in der Herstellung recht aufwendig.
Um die Strömung des Kühlmediums besser steuern zu können, sind auch Lösungen bekannt, bei der mehrere Strömungskanäle, sowohl gewendelt als auch gerade, längs des Wärmetauscherrohres angeordnet sind. So zeigt die EP 2 287 507 A2 ein doppelwandiges Rohr, dessen äußere Kanäle parallel zueinander verlaufen und in einen Sammelbereich münden. Der Sammelbereich dient der einfachen Zuführung des Kühlmediums. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Strömung des Kühlmittels durch die einzelnen Kanäle unter anderem abhängig ist vom Anfangsdruck, der an der Einlassstelle des Sammelbereichs höher ist, als an den weiter von der Einlassstelle entfernten Bereichen des Sammlers. Es ergibt sich daher die Schwierigkeit, alle Strömungskanäle gleichmäßig mit Kühlmittel zu beaufschlagen, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades eines solchen Wärmetauscherrohres führen kann.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom genannten Stand der Technik eine Vorrichtung zum Kühlen von Medien derart weiterzubilden, dass eine möglichst gleichmäßige Durchströmung der Kühlkanäle mit Kühlmedium gegeben ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens einen ringförmig gewundenen Einlasskanal aufweist, der einen tangential angeordneten Einlassstutzen aufweist, die Kühlkanäle in nahezu regelmäßiger Anordnung um das Innenrohr herum auf dem Innenrohr angeordnet sind, wobei ein erster Kühlkanal eine erste vorbestimmte Querschnittsfläche aufweist und nächstliegend zum Einlassstutzen fluidleitend mit dem Einlasskanal in Verbindung steht und ein zweiter Kühlkanal eine zweite vorbestimmte Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche größer ist als die erste Querschnittsfläche des ersten Kühlkanals und der zweite Kühlkanal in Strömungsrichtung eines durch den Einlasskanal rotierenden Kühlmediums vom ersten Kühlkanal beabstandet und fluidleitend mit dem Einlasskanal verbunden auf dem Innenrohr angeordnet ist und alle weiteren Kühlkanäle jeweils in Strömungsrichtung von dem jeweiligen Vorgänger beabstandet in Strömungsrichtung des Kühlmediums im Einlasskanal hinter dem vorgehenden Kühlkanal auf dem Innenrohr angeordnet sind und die Querschnittsflächen der jeweiligen Kühlkanäle jeweils mit wachsendem Abstand vom Einlassstutzen entsprechend vorbestimmt vergrößerte Querschnittsflächen aufweisen und mit dem Einlasskanal fluidleitend verbunden sind und der Einlasskanal in einen letzten Kühlkanal mit größter vorbestimmter Querschnittsfläche fluidleitend mündet.
Diese Anordnung führt dazu, dass das Kühlmedium durch die tangentiale Anordnung des Einlassstützens durch den Einlasskanal rotiert, wobei das Kühlmedium zwangsläufig mit vom Abstand zum Einlassstutzen abhängigen, geringer werdendem Druck in die jeweiligen Kühlkanäle strömt. Dieser Druckverlust ist jedoch bei entsprechender Vorbestimmung der Querschnittsflächen durch die jeweils größeren Querschnittsflächen der entsprechenden Kühlkanäle kompensierbar, so dass die mögliche Wärmeübertragung in allen Kühlkanälen in etwa gleich bleibt. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Kühlkanäle eine kreisrunde Querschnittsfläche auf.
Werden die Kühlkanäle beispielsweise aus Rohren gebildet, sind Rohre mit Kreisquerschnitt besonders günstig zu beschaffen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Kühlkanäle eine rechteckige Querschnittsfläche auf.
Rechteckige Querschnittsflächen ermöglichen eine besonders große Kontaktfläche zum Innenrohr.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind Innenrohr und Kühlkanäle gemeinsam durch einen Strangpress- oder Stranggussprozess hergestellt.
Das Strangpressen oder, bei größeren Längen das Stranggießen ermöglicht eine einfache Herstellung der Wärmetauscherrohre in einem Arbeitsgang.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kühlkanäle axial gerade an dem Innenrohr angeordnet.
Diese Ausführungsform ist besonders einfach herstellbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kühlkanäle um das Innenrohr gewendelt angeordnet.
Diese Wendel- oder Spiralform erhöht die Kontaktzeit des Kühlmediums mit dem Innenrohr.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert.
Die 1 zeigt einen prinzipiellen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Vorrichtung weist ein Innenrohr 1 auf, um das in axialer Richtung des Innenrohrs 1 verlaufende Kühlkanäle 2.1 - 2.15 angeordnet sind. Die Kühlkanäle 2.1 - 2.15 weisen jeweils einen annähernd gleichen tangentialen Abstand „a“ auf.
Jeder Kühlkanal weist einen jeweiligen Durchmesser auf, wobei hier exemplarisch nur ein Durchmesser „d“ des Kühlkanals 2.11 explizit gezeigt ist.
Die Durchmesser 2.1 - 2.15 nehmen, ausgehend vom Kühlkanal 2.1 in Umfangsrichtung des Innenrohrs 1 im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgend, jeweils um einen vorbestimmten Betrag zu, so das im vorliegenden Ausführungsbeispiel der kleinste Durchmesser dem Kanal 2.1 und der größte Durchmesser nimmt Kühlkanal 2.15 zugeordnet ist. Die Anzahl und die gewählten Durchmesser der Kühlkanäle 2.1 - 2.15 sind nur beispielhaft, es sind auch andere Mengen von Kühlkanälen und zugeordneten Durchmessern möglich.
Die Vorrichtung weist weiterhin einen Einlasskanal 3 auf, der das Innenrohr 1 in Umfangsrichtung quasi ringförmig umgibt und in den die jeweiligen Kühlkanäle 2.1 - 2.15 fluidführend münden. Der Einlasskanal 3 weist einen Einlassstutzen 4 auf, der tangential an einer Einmündungsstelle 5 in den Einlasskanal 3 mündet.
Ein hier nicht gezeigtes Kühlmedium ist durch den Einlassstutzen 4 in den Einlasskanal 3 einleitbar und erhält durch die tangentiale Lage des Einlassstutzens 4 gegen den Einlasskanal 3 einen Drall, wobei der Druck in dem Fluid längs seines Weges durch den Einlasskanal 3 in Umfangsrichtung, hier im Uhrzeigersinn, abnimmt.
Dies führt dazu, dass an der Einmündungsstelle 5 der Fluid Druck am größten und am Endbereich 6 des Einlasskanal 3 am geringsten ist.
Die Abstufung der Durchmesser der Kühlkanäle 2.1 - 2.15 ist derart ausgelegt, dass die Durchmesser der Kühlkanäle 2.1-2 15 umgekehrt proportional zum Druckverlauf im Einlasskanal 3 steigen. Damit ist gewährleistet, dass die Durchflussmengen an Kühlmedium in jedem Kühlkanal 2.1 bis Werbung 15 in etwa gleich sind, so das eine in Umfangsrichtung des Innenrohrs 1 gleichmäßige Wärmeübertragung zwischen den Kühlkanälen 2.1 - 2.15 und Innenrohr 1 gegeben ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlkanäle 2.1 - 2.15 in einem Stranggussteil 7 ausgebildet. Das Stranggussteil 7 ist auf das Innenrohr 1 aufgeschoben und mit dem Einlasskanal 3 auf nicht mehr gezeigte Weise derart verbunden, dass das nicht gezeigte Fluid ohne Leckage in die Kühlkanäle 2.1 - 2.15 einströmt
Ebenfalls nicht gezeigt ist eine analoge Anordnung, die an dem dem Einlasskanal 3 abgewandten Ende der Kühlkanäle 2.1 - 2.15 angeordnet ist das austretende Fluid aus den Kühlkanälen 2.1 - 2.15 sammelt und ableitet.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)

1: Innenrohr
2.1-2.15: Kühlkanäle
3: Einlasskanal
4: Einlassstutzen des Einlasskanals 3
5: Einmündungsstelle des Einlassstutzens 4
6: Endbereich des Einlasskanals 3
7: Stranggussteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005052972 A1 [0004]
EP 2287507 A2 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien, umfassend eine als ein Innenrohr (1) ausgebildete Fluidleitung und mehrere um die Fluidleitung (1) herum angeordnete, von einem Kühlmittel durchflossene Kühlkanäle (2.1 - 2.15), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen ringförmig gewundenen Einlasskanal (3) aufweist, der einen tangential angeordneten Einlassstutzen (4) aufweist, die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) in nahezu regelmäßiger Anordnung um das Innenrohr (1) herum auf dem Innenrohr (1) angeordnet sind, wobei ein erster Kühlkanal (2.1) eine erste vorbestimmte Querschnittsfläche aufweist und nächstliegend zum Einlassstutzen (4) fluidleitend mit dem Einlasskanal (3) in Verbindung steht und ein zweiter Kühlkanal (2.2) eine zweite vorbestimmte Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche größer ist als die erste Querschnittsfläche des ersten Kühlkanals (2.1) und der zweite Kühlkanal (2.2) in Strömungsrichtung eines durch den Einlasskanal (3) rotierenden Kühlmediums vom ersten Kühlkanal (2.1) beabstandet und fluidleitend mit dem Einlasskanal (3) verbunden auf dem Innenrohr (1) angeordnet ist und alle weiteren Kühlkanäle (2.3 - 2.15) jeweils in Strömungsrichtung von dem jeweiligen Vorgänger beabstandet in Strömungsrichtung des Kühlmediums im Einlasskanal (3) hinter dem vorgehenden Kühlkanal (2.2 - 2.14) auf dem Innenrohr (1) angeordnet sind und die Querschnittsflächen der jeweiligen Kühlkanäle (2.1 - 2.15) jeweils mit wachsendem Abstand vom Einlassstutzen (4) entsprechend vorbestimmt vergrößerte Querschnittsflächen (d) aufweisen und mit dem Einlasskanal (3) fluidleitend verbunden sind und der Einlasskanal (3) in einen letzten Kühlkanal (2.15) mit größter vorbestimmter Querschnittsfläche fluidleitend mündet.
Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweisen.
Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen.
Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Innenrohr (1) und Kühlkanäle (2.1 - 2.15) gemeinsam (7) durch einen Strangpress- oder Stranggussprozess hergestellt sind.
Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien nach mindestens einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) axial gerade an dem Innenrohr (1) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Kühlen von strömenden Medien nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (2.1 - 2.15) gewendelt an dem Innenrohr (1) angeordnet sind.