-
Ringförmiger Röhren -Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf
einen Wärmeaustauscher, der aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter ringförmiger
Rohre besteht. Es ist bekannt, diese ringförmigen Rohre in einem innen und außen
von zylindrischen Wänden begrenzten Durchflußraum anzuordnen und die einen Enden
der Rohre über einen ersten Verteilerraum und die anderen Enden über einen zweiten
Verteilerraum mit Zu- bzw. Abflüssen durch das die Rohre zu leitende Medium zu verbinden.
Die bekannten Wärmeaustauscher dieser Art müssen jedoch in ihrer Größe dem vorgesehenen
Zweck angepaßt werden. Auch bildet der bekannte Wärmeaustauscher eine ganze Wärmeaustauschereinheit
für sich, die bei Störungen ganz herausgenommen und repariert oder ausgewechselt
werden muß.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher zu
schaffen, der als Bauelement eines beliebig großen Wärmeaustauschers verwendet werden
kann. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der eine Verteilerraum
.mit einem den Durchflußraum ringförmig umschließenden Leitungsraum und der andere
Verteilerraum mit dem von der Innenwand des Durchflußraumes umschlossenen Zentralraum
verbunden ist. Werden gleichartig ausgebildete Wärmeaustauscher dieser Art mit aneinandergrenzenden
Stirnflächen der Durchflußräume nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden,
dann gehen die Durchflußräume unmittlbar ineinander über. Ebenso können gleichzeitig
der Leitungsraum und der Zentralraum durch ein solches Nebeneinanderanordnen der
einzelnen Wärmeaustauscher miteinander verbunden werden. Man hat nun die Möglichkeit,
beliebig viele solcher Wärmeaustauscher als Wärmeaustauscherelemente nebeneinander
anzuordnen, so daß dadurch ein beliebig großer Wärmeaustauscher entsteht. Dieses
hat den Vorteil, daß man für Wärmeaustauscher beliebiger Größe immer nur ein und
dasselbe Wärmeaustauscherelement herstellen muß, was infolge der dadurch möglichen
Massenfertigung die Herstellungskosten wesentlich herabsetzt. Auch muß bei einem
eintretenden Schaden nur das einzelne Element ausgebaut werden, das entweder repariert
oder gegen ein anderes ausgewechselt werden kann. Dadurch werden die Kosten zur
Beseitigung von gelegentlichen Schäden auf ein Minimum herabgesetzt. Weiterhin ermöglicht
die Erfindung, daß die Wärmeaustauscherelemente paarweise mit ineinander übergehenden
Durchiußräumen und Zentralräumen nebeneinander angeordnet werden können. Wird hierbei
der Zentralraum des einen Wärmeaustauscherelementes als Abfluß und der Zentralraum
des anderen Wärmeaustauscherelomentes als Zufluß für ein die Rohre durchströmendes
Medium geschaltet, dann müssen zwischen den beiden Wärmeaustauscherelementen überhaupt
keine Verbindungen mehr hergestellt werden. Die Leitungsräume der beiden Wärmeaustauscherelemente
können nun. mit je einem Zu- und einem Abfluß für das durch die Rohre strömende
Medium verbunden werden, so daß ein solches Elementenpaar eine weitere Wärmeaustauschereinheit
bildet. Solche Wärmeaustauschereinheiten können nun wieder in beliebiger Zahl so
nebeneinander angeordnet werden, daß der Leitungsraum des einen Elementes eines
Elementenpaares unmittelbar mit dem Leitungsraum eines Elementes eines benachbarten
Elementenpaares verbunden wird, wobei die Durchflußräume der benachbarten Elementenpaare
unmittelbar ineinander übergehen. Ein aus mehreren solchen Elementenpaaren bestehender
Wärmeaustauscher kann auch in der Weise geschaltet werden, daß durch eine Reihe
von Elementenpaaren ein Medium a1 hindurchgeführt wird, während durch eine Reihe
anderer Elementenpaare ein anderes Medium a>, hindurchgelassen wird. Auf diese Weise
lassen sich die von mehreren verschiedenen Wärmeerzeugern erwärmten Medien voneinander
getrennt in einem eine bauliche Einheit bildenden Wärmeaustauscher kühlen, z. B.
die erhitzten Gase der verschiedenen Stufen eines Kompressors.
-
Um die verschiedenen Wärmeaustauscherelemente miteinander zu verbinden,
können an den Stirnflächen des Durchflußraumes eines jeden Elementes Flansche vorgesehen
sein.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt Fig. 1 eine Stirnansicht
eines Wärmeaustauscherelementes gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht,
Fig.
3, 4 und 5 Schnitte nach den Linien III-HI in Fig. 2 bzw. IV-IV und V-V in Fig.
1, Fig. 6 eine teilweise im Schnitt gemäß Fig. 4 dargestellte Seitenansicht eines.
aus mehreren Wärmeaustauscherelementen nach' den Fig. 1 bis 5 zusammengebauten Wärmeaustauschers,
Fig. 7 und 8 den Fig. 1 und 3 entsprechende Darstellungen eines abgewandelten Ausführungsbeispiels
eines Wärmeaustauscherelernentes.
-
Das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Wärmeaustauscherelement besteht
aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter ringförmiger Rohre, die sich etwa
über einen Halbkreis erstrecken. Die Rohre 1 sind in Bohrungen von radialen
Wänden 2 befestigt, z. B. in diesen Bohrungen angelötet oder angeschweißt. Das ganze
von den Rohren :1 und den radialen Wänden 2 gebildete Paket hat die Form einer Ringscheibe
und ist außen von einer zylindrischen Außenwand 3 und innen von einer zylindrischen
Innenwand 3' begrenzt. Die beiden ebenen Stirnflächen dieses Paketes sind
dabei ofEengelassen, so daß zwischen den beiden zylindrischen Wänden 3 und 3' ein
ringförmiger Durchflußraum 4 bildet. Die nebeneinanderliegenden Enden der
Rohre 1 münden in Bohrungen je einer radialen Zwischenwand 2', die gleichzeitig
Begrenzungen von zwei Verteilerräumen 5 und 6 bilden. Diese Verteilerräume
5 und 6 sind im Gegensatz zu dem Durchflußraum 4 an den in den Stirnflächen des
Durchflußraumes 4 liegenden Seiten durch Wände 7
begrenzt (Fig. 1 und
4).
-
Der Verteilerraum 5 ist mit einem den Durchflußraum 4 ringförmig
umschließenden Leitungsraum 8 verbunden, der innen von der Wand 3 und außen von
einer zu dieser konzentrischen Wand 9 begrenzt ist. Der Verteilerraum 6 ist von
diesem Leitungsraum 8 durch die Wand 3 getrennt, aber durch eine Unterbrechung
in der Wand 3' mit dem von dieser Wand 3' umfaßten Zentralraum 10 verbunden.
-
Der Leitungsraum 8 ist durch die zylindrischen Wände 3 und 9 und durch
ebene Ringwände 11 allseitig umschlossen und lediglich durch eine Aussparung in
der Wand 3, wie oben bereits erwähnt, mit dem Verteilerraum 5 und durch eine
an den gegenüberliegenden Seiten vorgesehene Aussparung in der Wand 9 und
einem Stutzen 12 verbunden. An den Wänden 3' und 9 sind Flanschringe 13 bzw.
14 befestigt.
-
Der oben beschriebene Wärmeaustauscher kann für sich ohne weiteres
als Wärmeaustauscher verwendet werden. Zu diesem Zweck muß lediglich der Durchflußraum
4 an der einen Seite mit einem Zufluß und an der anderen Seite mit einem
Abfluß, z. B. eines kühlenden Mediums, verbunden werden. Dann kann ein zu kühlendes
Medium, beispielsweise durch den Stutzen 12, in Richtung der Pfeile 15 in den Leitungsraum
8 eingeführt werden. Dieses strömt dann aus dem Leitungsraum 8 in den Verteilerraum
5, von dem es sich auf die verschiedenen Rohre 1 verteilt, die es durchströmt und
dann über den Verteilerraum 6 in den Zentralraum 10 fließt. An den
Zentralraum muß nun lediglich ein Abfluß für das zu kühlende Medium angeschlossen
werden.
-
In Fig. 6 ist dargestellt, wie aus mehreren solchen als Ganzes mit
20a bis 20d bezeichneten Wärmeaustauscherelementen ein größerer Wärmeaustauscher
zusammengebaut werden kann. Zu diesem Zweck werden die Elements 20a bis 20d mit
ihren Stirnflächen aneinandergelegt und mittels der-Flanschringe 13 und
14 unter Zwischenschaltung von Dichtringen 24 miteinander verbunden,
z. B. verschraubt. Hierbei ist der Zentralraum 10 a des Elementes
20 a durch eine Wand 21 nach außen abgedichtet. Auch die Zentralräume
10 b und 10 c der Elemente 20 b bzw. 20c sind voneinander durch
eine Wand 22 getrennt. In der gleichen Weise wie der Zentralraum 10 a des
Elementes 20a ist auch der Zentralraum des Elementes 20 d durch eine in der Zeichnung
nicht sichtbare Wand nach außen abgeschlossen. Auf der linken Stirnfläche des Elementes
20a und auf der rechten Stirnfläche des Elementes 20d ist an die entsprechenden
Flanschringe 14 eine Kappe 25 bzw. 26 angeflanscht. Die Kappe 25 ist mit
einem Zuführungsstutzen 27 und die Kappe 26 mit einem Ableitungsstutzen
28 für das kühlende Medium versehen. Der Stutzen 12 a des Elementes
20 d ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Zeichnung des zu
kühlenden Mediums verbunden. Der Stutzen 12b des Elementes 20 b ist
mittels eines Rohres 29 mit dem Stutzen 12 d des Elementes
20 d verbunden. Der Stutzen 12 c des Elementes 20 c ist mit einer
Ableitung 30 für das zu kühlende Medium verbunden.
-
Während des Betriebes wird durch den Stutzen 27 das kühlende Medium,
z. B. kaltes Wasser, eingeführt. Dieses strömt durch die miteinander unmittelbar
verbundenen Durchflußräume der Elemente 20 a bis 20 d in axialer Richtung
durch das ganze Wärmeaustauscheraggregat und fließt dann durch den Hohlraum der
Kappe 26 über den Stutzen 28 ab. Durch den Stutzen 12 a fließt das zu kühlende Medium
zunächst in den Leitungsraum 8 a des Elementes 20 a in den Verteilerraum
5 a, strömt von diesem durch die Rohre 1 a in den Verteilerraum 6 a und aus
diesem in den Zentralraum 10a. Vom Zentralraum 10a strömt das zu kühlende Medium
in den Zentralraum 10 b des Elementes 20 b, tritt von diesem in den
Verteilerraum 6 b, von wo es auf die einzelnen Rohre 1 b verteilt wird, durch die
es über den Verteilerraum 5 b in den Leitungsraum 8 b und über diesen in
den Stutzen 12 b fließt. Aus dem Stutzen 12 b strömt dann das zu kühlende Medium
durch das Rohr 29 in den Stutzen 12 d des Elementes 20 d. Von hier nimmt es den
gleichen Weg wie im Element 20 a, durchströmt die beiden Elemente
20d und 20c, um dann schließlich aus dem Stutzen 12 c in das Abflußrohr
30 abzufließen.
-
Aus der obigen Beschreibung geht ohne weiteres hervor, daß man die
Wärmeaustauscherelemente 20
in beliebiger Anzahl nebeneinander anordnen kann.
An Stelle des Verbindungsrohres 29 kann man auch den einen Austrittsstutzen, z.
B. den Austrittsstutzen 12b, mit einer Ableitung des zu kühlenden Mediums verbinden
und den Zuflußstutzen 12d des zweiten Elementenpaares mit einem anderen Wärmeerzeuger,
z. B. mit der zweiten Stufe eines Kompressors, verbinden, so daß dann in den Elementen
20 a und 20 b das zu kühlende Medium eines Wärmeerzeugers, z. B. der
ersten Stufe eines Kompressors, und in den Elementen 20 c und 20 d
das zu kühlende Medium eines anderen Wärmeerzeugers, z. B. der zweiten Stufe
eines Kompressors; gekühlt wird.
-
In den Fig. 7 und 8 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Um Wiederholungen zu vermeiden, werden die mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel
übereinstimmenden Teile mit Bezugszahlen bezeichnet, die um 100 größer sind als
die Bezugszahlen in den Fig. 1 bis 5, so däß sich die auf diese
Figuren
beziehende Beschreibung ohne weiteres auch auf das Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 7 und 8 anwenden läßt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich
dadurch, daß sich die Rohre 101 im wesentlichen über den ganzen Ringraum erstrecken
und die Verteilerräume 105 und 106 unmittelbar nebeneinander angeordnet
sind und durch eine Zwischenwand 102" voneinander getrennt sind.