DE1069165B - Röhrenwarmeaustauscher für strömende Medien mit in den Rohren uim die Rohrlärtgsachse schraubenförmig gewundenen Bandblechen - Google Patents

Description

Bei Röhrenwärmeaustauschern für strömende Medien, bei welchen entweder beide Medien Flüssigkeiten sind oder das eine Medium flüssig und das andere gasförmig ist, ist es bekannt, zur Verbesserung des Wärmeüberganges die Rohre in Längsrichtung durchsetzende, um die Rohrlängsachse schraubenförmig gewundene Bandbleche geringer Wandstärke anzuordnen, deren Windungen einen freien Strömungskern frei lassen. Hiervon wird insbesondere bei Wärmeaustauschern Gebrauch gemacht, bei denen zumindest das eine Medium entweder von Natur aus eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie es beispielsweise bei Säuren oder bei Stoffen größerer Zähigkeit, z. B. ölen, der Fall ist, oder bei welchen das strömende Medium den Wärmeaustauscher nur mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit durchfließt.

Die bekannten Wirbeleinbauten haben den Zweck, dem Flüssigkeitsstrom eine Drallbewegung zu verleihen und dadurch den Wärmeaustausch zu verbessern. Hierbei sind sie in geringem Maße auch zur Wärmeableitung geeignet, jedoch haben sie den Nachteil, den freien Strömungsquerschnitt der Rohre erheblich zu verengen, so daß der zu überwindende Strömungswiderstand verhältnismäßig groß ist. Dieser Nachteil ist insofern schwerwiegend, als die Auffindung des günstigsten Steigungswinkels für die Wendelflächen in Abhängigkeit von.der Viskosität des Austauschmediums und von dessen Strömungsgeschwindigkeit sowie von der Oberflächenbeschaffenheit der Rohre Schwierigkeiten bereitet, so daß die Größe des zu erwartenden Strömungswiderstandes in vielen Fällen nicht mit genügender Sicherheit von vornherein rechnerisch festzulegen ist, sondern empirisch ermittelt werden muß. Diese Schwierigkeiten können zu kritischen Betriebszustand«! bei solchen Wärmeaustauschern führen, bei denen die Austauschrohre z. B. einen sehr kleinen Durchmesser haben.

Erfindungsgemäß lassen sich Wärmeaustauscher für die genannten Zwecke unter Vermeidung der den bekannten Vorschlägen anhaftenden Nachteile dadurch auf einfache Weise verbessern, daß die eine vom Rohrquerschnitt abweichende, den freien Strömungsquerschnitt teilweise durchsetzende Querschnittsform aufweisenden Windungsflächen des Bandbleches parallel zur Längsachse des zugeordneten Rohres angeordnet sind. Da die Bandflächen bei dieser Ausführungsform in einer Ebene parallel zur Rohrlängsachse liegen, stellen sie für das durchströmende Medium einen nennenswerten Widerstand nicht dar, ohne daß auf den Vorteil der Erzeugung einer gewissen Drallbewegung verzichtet zu werden braucht. Dabei wird die für eine günstige Wärmeübertragung wesentliche Unterbrechung der Grenzschichten und eine vorteilhafte Durchsetzung des Kerns des schlecht leitenden

für strömende Medien

mit in den Rohren um die Rohrlängsachse schraubenförmig gewundenen

Bandblechen

Anmelder:

GEA-Luftkühler-Gesellschaft m. b. H._r Bochum, Königsallee 45

Dipl.-Ing. Karl Weiß, Bochum, ist als Erfinder genannt worden

Mediums durch die wärmeleitenden Rippen gewährleistet. Gemäß der Erfindung besitzen die Windungen des Schraubenbandes bei Rundrohren die Form eines gleichschenkligen Dreiecks, während sie bei Rohren mit elliptischem Querschnitt einen der kleinen Halbachse der Ellipse entsprechenden kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß der Flüssigkeitsstrom im Kernbereich geteilt wird, wobei das Schraubenband wegen seiner großen Berührungsfläche mit dem Flüssigkeitsstrom die Wärme leicht aufnimmt und an die Seitenwand des Rohres ableitet. Das Wärmeaufnahme- bzw. -ableitvermögen des Schraubenbandes ist hierbei besonders groß, da die lockere Wicklung zu einer dauernden Ablösung des Flüssigkeitsstromes zwischen den jeweils benachbarten Windungen führt, wodurch sowohl die Anlaufstrecken als auch die Ubertragungsflächen kurz gehalten werden.

Es hat sich gezeigt, daß es bei den Einbauten gemäß der Erfindung möglich ist, den Wärmedurchgangswert gegenüber Wärmeaustauschern ohne Einbauten bis zu 100% zu verbessern, während bei den bekannten Einbauten — abgesehenvon dem hohen Strömungswiderstand — nur \^erbesserungen in einer Größenordnung von etwa 20% erreichbar sind.

Zweckmäßig bestehen die Schraubenbänder aus einem gut wärmeleitenden Metall, wobei sie zusätzlich je nach dem Charakter des Mediums korrosionsfeste Eigenschaften besitzen können.

In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmeaustauscher für zwei flüssige Medien im Längsschnitt,

909 649/271

In Fig. 8 und 9 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher innerhalb eines runden Rohres ein im Querschnitt dreieckig gewickeltes Schraubenband 15 vorgesehen ist. Die einzelnen Windungen haben 5 die Form eines gleichschenkeligeri Dreiecks, wobei sich die Ecken gegen die Rohrwand abstützen. Auch in diesem Falle wird das Schraubenband innerhalb des Rohres durch die Eigenfederung gehalten, so daß eine besondere Verbindung durch Löten od. dgl. ent-

Fig. 2 einen Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen einer Flüssigkeit und Luft,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein elliptisches Tauscherrohr,

Fig. 4 und 5 je einen Längsschnitt durch das Rohr gemäß Fig. 3 in der Ebene der kurzen und langen Halbachse,

Fig. 6 und 7 ein kreiszylindrisch gewundenes Schraubenband in Vorder- und Seitenansicht und

Fig. 8 und 9 ein Rundrohr im Quer- und Längs- io fällt. Selbstverständlich steht nichts im Wege, in manschnitt. chen Fällen die Einbauten auch mit der Rohrwand fest

Bei dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 be- zu verbinden.

zeichnen 1 und 2 die Ein- und Austrittsstutzen für In allen Fällen ist es wesentlich, daß das aus gut

das Medium mit geringem Wärmeleitvermögen bzw. wärmeleitendem Metall bestehende Schraubenband geringer Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Stutzen 15 dem strömenden Medium nur die Schmalseite entin die Verteilerkammern 1 α, 2 α münden, an welche gegenstellt und die Querschnittsform der einzelnen mittels Rohrboden die Tauscherrohre 3 beiderseits an- Windungen derart gewählt ist, daß der Kern des geschlossen sind. Die Tauscherrohre 3 sind von dem Flüssigkeitsstromes innerhalb des freien Rohrquer-Mantel 4 umgeben, welcher an den gegenüberliegen- schnittes zumindest teilweise durchsetzt wird. Die Erden Enden des Wärmeaustauschers auf entgegen- 20 findung ist daher nicht auf die beiden in der Zeichgesetzten Seiten mit den radial angeordneten Stutzen 5 nung dargestellten Ausführungsformen beschränkt, und 6 für die Zu- und Ableitung des anderen Mediums Die Windungen des Schraubenbandes können vielmehr ' versehen sind. Innerhalb der Rohre 3 sind Einbauten 7 auch abweichende Querschnittsformen aufweisen und in Form eines die Längsachse der Rohre schrauben- beispielsweise vier- oder mehrkantig oder mit unregelförmig umgebenden Metallbandes lose unter Aus- 25 mäßiger Umrißform ausgebildet sein.

nutzung ihrer Eigenfederung festgeklemmt.

Der Wärmeaustauscher kann kreisrunden oder rechteckigen Querschnitt besitzen.

Bei dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 2 bezeichnen 8j 9 und 10 die Ein- bzw. Auslaßstutzen für das flüssige Medium, wobei diese wiederum in Verteilerkammern münden. An den Verteilerkammern sind mittels Rohrboden die diese verbindenden Rippenrohre 11 angeschlossen, während die Einbauten wiederum mit 7 bezeichnet sind. Die Kühlluft wird von außen quer zum Wärmeaustauscher geführt.

Gemäß Fig. 3, 4 und 5 ist innerhalb eines Rohres mit elliptischem Querschnitt 12 ein nach Art einer kreiszylindrischen Schraube gewickeltes Metallband unter Ausnutzung der Eigenfederung lose eingeklemmt, wobei die Windungen des Schraubenbandes 13· einen Kreisradius besitzen, welcher etwa der kleinen Halbachse des elliptischen Querschnittes des Rohres .12 entspricht; Durch das Schraubenband 13 wird der Strömungsquerschnitt des Rohres 12 in drei Felder unterteilt, wobei der schraubenförmige Verlauf der Einbauten zugleich eine Drallbewegung des Flüssigkeitsstromes bewirkt. Da das Schraubenband innerhalb des Rohrquerschnittes durch Eigenfederung festgeklemmt ist, wird eine gute wärmeleitende Verbindung mit der Rohrwand sichergestellt. Das Schraubehband kann beispielsweise aus chrom-nickellegier,fem Stahl, aus Wolfram-Stahl oder aus chromsilizium-legiertem Stahl bestehen. Es steht jedoch nichts im Wege, einfaches Stahlblech oder sonstiges gut wärmeleitendes Metall, z. B. Kupfer od. dgl., zu verwenden. Die Form .und Ausbildung des Schraubenbandes ergibt sich besonders deutlich aus Fig. 6 und 7.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Röhrenwärmeaustauscher für strömende Medien, bei welchem zur Verbesserung des Wärmeüberganges die Rohre in Längsrichtung durchsetzende, um die Rohrlängsachse schraubenförmig gewundene Bandbleche geringer Wandstärke vorgesehen sind, deren Windungen einen freien Strömungskern frei lassen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine vom Rohrquerschnitt abweichende, den freien Strömungsquerschnitt teilweise durchsetzende Querschnittsform aufweisenden Windungsflächen des Bandbleches parallel zur Längsachse des Rohres angeordnet sind.

2. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Schraubenbandes (15) bei Rundrohren (14) die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks besitzen.

3. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Schraubenbandes (13) bei Rohren (12) mit elliptischem Querschnitt einen der kleinen Halbachse der Ellipse entsprechenden kreisförmigen Querschnitt besitzen.

4. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubenband aus gut wärmeleitendem, gegebenenfalls korrosionsfestem Metall, z. B. einem chrom-silizium-legierten Stahl, besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 597 472;
USA.-Patentschrift Nr. 2 068 955.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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