DE1105894B

DE1105894B - Waermeaustauscher mit eng aneinander-liegenden Leitungswegen fuer die beiden Waermeaustauschmittel in einem Block

Info

Publication number: DE1105894B
Application number: DEST13882A
Authority: DE
Inventors: Dr Johannes Knappstein
Original assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Priority date: 1958-06-14
Filing date: 1958-06-14
Publication date: 1961-05-04

Description

Wärmeaustauscher mit eng aneinanderliegenden Leitungswegen für die beiden Wärmeaustauschmittel in einem Block Es sind Wärmeaustauscher bekannt, die aus einer Vielzahl von in einem Gehäuse untergebrachten Rohren bestehen, die z. B. von der Wärme abgebenden Flüssigkeit durchströmt werden, während um die Rohre herum die Wärme aufnehmende Flüssigkeit geführt wird. Damit die um die Rohre herumfließende Flüssigkeit nicht den kürzesten Weg durch das Gehäuse nimmt und am Wärmeaustausch mehr oder weniger unbeteiligt ist, ist es auch bekannt, sogenannte Schikanen in das Gehäuse einzubauen, welche die Flüssigkeit im Zickzackweg durch das Gehäuse leiten und auf diese Weise zwingen, die Rohre mehrmals zu umfließen. Ferner ist es auch bekannt, für die Reinigung oder Instandsetzung des Wärmeaustauschers die Rohre einzeln, in Gruppen oder die Berohrung insgesamt aus dem Gehäuse herauszuziehen, nachdem eine oder beide der das Gehäuse abschließenden Kappen oder Hauben entfernt worden sind. Alle diese Maßnahmen bedingen aber, insbesondere bei Mehrstromführung der Wärme austauschenden Flüssigkeiten innerhalb des Gehäuses komplizierte und vor allem beim Arbeiten unter Druck nur unzuverlässig wirkende und sehr teure Konstruktionen zu ihrer Verwirklichung, unter anderem z. B. den Einbau des sogenannten schwimmenden Kopfes, d. h. eine im Innern des Gehäuses liegende bewegliche, die Rohrströmung zusammenfassende Haube. Außerdem ist damit der Nachteil verbunden, daß die Schikanen entweder am Gehäusemantel oder an den Rohren nicht dicht anliegen und Kurzschlüsse der strömenden Flüssigkeit erzeugen, wodurch die Wirkungsweise des Wärmeaustauschers herabgesetzt wird.
Es sind auch schon Wärmeaustauscher mit eng aneinanderliegenden Leitungswegen für die beiden zum Wärmeaustausch zu bringenden Stoffe in einem prismatischen Block aus Metall oder einem anderen Material mit kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt bekanntgeworden. Diese Konstruktionen haben jedoch den Nachteil, daB die Strömungswege für die einzelnen Medien seitlich aus dem Block herausgeführt und deshalb nicht gerade und ihre Querschnitte auch nicht durchweg kreisförmig sind. Die Reinigung dieser Strömungswege ist daher erheblich erschwert.
Durch vorliegende Erfindung wurden diese Schwierigkeiten in einfacher und eleganter Weise dadurch überwunden, daß auf der einen Seite des Blockes als verlängerte Leitungswege des einen Mediums und auf der anderen als verlängerte Leitungswege des anderen Mediums gerade Rohre herausragen, die dicht in je eine mit einer Bodenplatte versehenen Haube mit entsprechenden Anschlußstutzen für die beiden Medien einmünden, und daß die an den Blockenden ausmündenden Leitungswege in je eine die herausragenden Rohrenden dicht umschließende Kammer mit entsprechenden Anschlußstutzen für die beiden Medien führen.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Wärmeaustauscher im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Schnittlinie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 2.
Ein im Querschnitt sechseckiges Bündel von Stahlrohren, bestehend aus den gleich langen Rohren 4 und 5, wovon etwa die mit 5 bezeichnete Hälfte aus dem Bündel 1 z. B. nach rechts so weit herausgezogen ist, daß sie eine bestimmte, mit 2 bezeichnete Länge aus diesem Bündel herausragen, während die restlichen Rohre mit der mit 3 bezeichneten Länge aus dem Bündel 1 herausragen, wird innerhalb des mit 1 bezeichneten, alle. Rohre umfassenden Bündels mit einer geeigneten Vergußmasse, z. B. Aluminium (bei 16), vergossen, so daß ein fester prismatischer Block 1 entsteht. Um eine glatte Oberfläche 17 des Bündels 1 zu erhalten, werden die außenliegenden Rohre ebenfalls mit der Vergußmasse überzogen. Ferner sind die aus dem Bündel überstehenden Rohrteile 2 und 3 je in einer Bodenplatte 14 aus Metall zusammengefaßt und in dieser flüssigkeitsdicht befestigt. Die beiden Enden des prismenförmigen Rohrbündels 1 erhalten je einen ebenfalls flüssigkeitsdicht mit ihnen verbundenen Flansch, derart, daß zwischen diesem und der Bodenplatte 14 ein zylindrischer Mantel 15 mit Flansch ebenfalls flüssigkeitsdicht verschraubt werden kann. Dieser Mantel 15 besteht nach Fig. 2 aus den beiden Teilen 15 a und 15 b, wovon der eine einen Stutzen 9 für die Zuleitung der einen -und der entsprechende Mantelteil am anderen Ende des Blockes einen Stutzen 8 für die Zuleitung der anderen Flüssigkeit aufweist. Schließlich sind an den Bodenplatten 14 flüssigkeitsdicht noch die Hauben 10 und 11 befestigt, die im gezeichneten Beispiel die Ableitungsstutzen 12 für die eine und 13 für die andere der im Wärmeaustausch stehenden Flüssigkeiten tragen.
In dem beschriebenen Beispiel bildet das aus den Rohren bestehende Bündel t ein regelmäßiges sechsseitiges Prisma, es ist aber auch denkbar, dem Bündel einen anderen polygonalen oder auch einen kreisförmigen Querschnitt zu geben. Auch können, entgegen der Darstellung in der Zeichnung, die Anzahl und Verteilung der aus dem Rohrbündel 1 nach der einen Seite herausragenden Rohre beliebig und z. B. nach wärmetechnischen Gesichtpunkten getroffen sein.
Ersichtlich ist die Wirkungsweise des Wärmeaustauschers im gezeichneten Beispiel so, daß die bei 8 zugeführte, etwa Wärme abgebende Flüssigkeit in die Kammer 6 eintritt, die Rohre 4 durchfließt, dabei Wärme an die Rohre 5 abgibt, sich dann in dem von der Haube 11 abgeschlossenen Raum sammelt und diesen durch den Stutzen 13 verläßt. Umgekehrt nimmt die Wärme aufnehmende Flüssigkeit den Weg durch den Stutzen 9 in die Kammer 7, weiter durch die Rohre 5 in den Raum zwischen Bodenplatte 14 und Haube 10 und verläßt den Wärmeaustauscher durch den Stutzen 12.
Naturgemäß können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwecks Erzielung höherer Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Medien in den Kammern 6, 7 und Hauben 10, 11 zur Mehrstromführung der Medien entsprechende Zwischenwände eingebaut sein.
Nach der Erfindung kann statt der Rohre, deren Zwischenraum im Bündel mit Vergußmasse ausgefüllt ist, auch ein prismatischer oder zylinderförmiger massiver Körper verwendet werden, der parallel zu seiner Achse mit vielen nebeneinanderliegenden Bohrungen versehen ist. Auf etwa die Hälfte der Bohrlöcher 4 an einer Stirnseite dieses wieder mit 1 bezeichneten Körpers werden dann, etwa nach Fig. 3, gleich lange Rohrstücke 3 aufgeschweißt oder sonstwie flüssigkeitsdicht befestigt und deren freie Enden durch eine Platte 14 geführt und darin ebenfalls flüssigkeitsdicht befestigt. Ebenso wird mit den auf der anderen Seite des Körpers 1 endigenden Bohrlöchern 5 verfahren, an die Rohrstücke 2 mit Platte 14 ebenso befestigt werden. Die übrige Bauart, insbesondere die Zu- und Ab-Leitungsstutzen für die Wärme austauschenden Flüssigkeiten sind dieselben wie bereits oben beschrieben.
Ersichtlich kann statt der beschriebenen, im Gegenstrom geführten Flüssigkeiten auch eine Gleichstromführung derselben angewendet werden, wenn z. B. die Stutzen 8 und 13 die Zu- bzw. Ableitung wie bisher für die eine, der Stutzen 12 als Zuleitung und der Stutzen 9 als Ableitung für die andere Flüssigkeit bestimmt werden.
Schließlich ist noch zu bemerken, daß der zylinderförmige Mantel 15, der aus den beiden Teilen 15 a und 15b besteht, und das polygonale Rohrbündel im Bereich der überstehenden Rohre 2 und 3 umfaßt, diesem auch anliegend ausgeführt - werden kann und ihm damit noch einen besonderen Halt verleiht. Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher weist somit keinerlei der eingangs erwähnten Nachteile auf. Er ist nach leicht ausführbarer Abnahme der Mäntel 15 bzw. der Mantelteile 15 a und 15 b sowie der Hauben 10 und 11 ohne Schwierigkeit zu reinigen. Die Wärme austäü'schenden Flüssigkeiten verlaufen in genau vorgeschriebenen Bahnen, so daß der Wärmeaustauscher für eine bestimmte Aufgabe mit maximaler Wirkung ausgelegt werden kann, und es gibt nirgends tote Ecken oder Kurzschlüsse für die Strömung. Auch kann die Geschwindigkeit der Wärme austauschenden Flüssigkeiten so gewählt werden, daß keine Ablagerungen und Verschmutzungen in den Rohren entstehen, im Gegensatz zu den bekannten Wärmeaustauschern, wo die nicht durch Rohre geführte Flüssigkeit relativ große Querschnitte zur Verfügung hat. Unterschiedliche Ausdehnungen infolge verschiedener Erwärmung der Rohre oder Bohrungen treten im erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher nicht auf, so daß auch keine schwimmenden Köpfe notwendig sind. Außerdem fehlt das übliche Gehäuse vollständig, so daß der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher auch leicht für ein Arbeiten unter Druck ausgeführt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmeaustauscher mit eng aneinanderliegenden Leitungswegen für die beiden zum Wärmeaustausch zu bringenden Stoffe in einem prismatischen Block aus Metall oder einem anderen Material mit kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite des Blockes (1) als verlängerte Leitungswege des einen Mediums und auf der anderen als verlängerte Leitungswege des anderen Mediums gerade Rohre (2, 3) herausragen, die dicht in je eine mit einer Bodenplatte (14) versehene Haube (10; 11) mit entsprechenden Anschlußstutzen (12, 13) für die beiden Medien einmünden, und daß die an den Blockenden ausmündenden Leitungswege (4, 5) in je eine die herausragenden Rohrenden (2, 3) dicht umschließende Kammer (6, 7) mit entsprechenden Anschlußstutzen (8, 9) für die beiden Medien führen.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern (6, 7) und Hauben (10, 11) zur Mehrstromführung entsprechende Zwischenwände eingebaut sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Block (1) gegossen ist und zahlreiche als Leitungswege dienende Bohrungen aufweist, wobei die aus Rohren (2, 3) bestehenden verlängerten Leitungswege angeschweißt oder angegossen sind.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Block (1) aus durchgehenden Rohren, z. B. aus Stahl, besteht und die Zwischenräume (16) mittels einer Vergußmasse, z. B. Aluminium, dicht vergossen sind.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse die Zwischenräume der an der Außenseite des Bündels liegenden Rohre ausfüllt und eine möglichst glatte Oberfläche (17) des entstehenden Blockes erzeugt.
6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kammern (6, 7) durch einen dicht verschraubten, geteilten Mantel (15) gebildet wird, der mittels entsprechender Flansche einerseits an den prismatischen Block (1) und andererseits an den jeweiligen Rohrboden (14) dicht angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 959 917; französische Patentschrift Nr. 588 292; britische Patentschrift Nr. 595 212.