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Wärmeaustauscher mit U-Rohr-Bündel, das durch wenigstens ein Umschließungsband
zusammengehalten ist Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, bestehend aus
einem Mantel mit Zu- und Ableitungen für die Durchleitung eines ersten Austauschfluids
und einem Rippenrohrbündel von im wesentlichen polygonalem Querschnitt aus U-förmig
gebogenen und mit Zu- und Ableitungen für ein zweites Austauschfluid versehenen
Rohrabschnitten, die durch wenigstens ein Umschließungsband zusammengehalten und
durch Abstandsbänder am gegenseitigen Eingriff ihrer Rippen gehindert sind.
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Diese bekannte Ausführungsform hat den Nachteil, daß zwischen der
Begrenzung des polygonalen Rohrbündels und der Innenfläche des Mantels Räume vorhanden
sind, die den durch den Mantel fließenden austauschenden Fluiden einen leichter
zu durchströmenden Weg eröffnen, als den beabsichtigten Weg zwischen den Rohren
bzw. den Rippen hindurch. Aus diesem Grund ist die Wärmeaustauschwirkung dieser
bekannten Wärmeaustauscher vergleichsweise gering.
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Es ist auch bereits bekannt, eine besondere Umhüllung um das Rohrbündel
zu legen und hierdurch dafür zu sorgen, daß das gesamte, die Rohre umströmende Fluid
zwischen den Rippen der Rohre strömt.
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Diese Umhüllung besteht bei der bekannten Ausführungsform aus einem
Materialstück, dessen Breite im wesentlichen mit der Längserstreckung des Rohrbündels
übereinstimmt und das um das Rohrbündel gelegt und an den aufeinander zuweisenden
Kanten zu einer das Rohrbündel umschließenden Hülle verbunden ist.
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Schließlich ist es auch bekannt, eine solche um ein Rohrbündel gelegte
Hülle durch ein um sie gewickeltes Band od. dgl. zu verstärken.
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Durch die Erfindung wird ein Wärmeaustauscher der eingangs geschilderten
Art geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Umschließungsband unter
überlappung seiner Kanten wendelförmig um das Rohrbündel zu einer dieses umschließenden
Umhüllung gewickelt ist, die hinter der Zuleitung des Mantels gegen dessen Innenwandung
abgedichtet ist.
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Damit wird nicht nur das eineWärmeaustauschfluid gezwungen, die Rohre
in unmittelbarer Nachbarschaft und zwischen den Rippen zu umströmen, sondern man
erhält auch einen wesentlich einfacheren Aufbau der Umhüllung selbst. Während nämlich
für die bekannte Konstruktion das biegsame Materialstück jeweils genau in Länge
und Breite zurechtgeschnitten und den jeweiligen Abmessungen des zu umhüllenden
Rohrbündels angepaßt werden muß, genügt beim erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher
die Vorratshaltung einer Spule aus dem Umwicklungsmaterial, von der eine entsprechende
Länge unmittelbar auf das Rohrbündel übergewickelt wird. Durch die überlappung entsteht
zwangläufig längs einer sich um das Rohrbündel legenden Wendel eine Verstärkung,
die bei der weiteren bekannten Konstruktion erst durch Aufwickeln eines zusätzlichen
Verstärkungsbandes erzielt werden muß.
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Schließlich wird durch die Abdichtung dieser Umhüllung hinter der
Zuleitung des Mantels gegen. dessen Innenwand erreicht, daß das das Rohrbündel umströmende
Fluid zuerst mit dem Rohrbündel und dann erst mit der Mantelinnenwand in Berührung
kommt und derart ein besonders guter Wärmeaustauscheffekt erzielt wird.
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Vorzugsweise ist das Umschließungsband von der Abdichtung beginnend
gewickelt, weil es so an der Abdichtung verankert und nunmehr leicht um das Rohrbündel
straff gewickelt werden kann.
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Die Abdichtung besteht zweckmäßig aus einem zylindrischen Ringteil
mit aufgesetzten Flanschringen, zwischen die ein der Innenwand des Mantels anliegender
Dichtring eingelegt ist, während der Ringteil einen mit ihm einstückigen Innenflansch
aufweist, der auf der Umhüllung des Rohrbündels aufsitzt. Man erhält so nicht nur
eine gute Abdichtung gegen die Mantelinnenwandung, sondern auch einen trichterförmigen
Einlauf in die um das Rohrbündel gelegte Umhüllung.
Der Innenflansch
wird dabei zweckmäßig mit der Umhüllung verschweißt. Die Zeichnung zeigt in F i
g. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Wärmeaustauschers, F i g. 2 das aus dem Mantel herausgenommene Rohrbündel des Wärmeaustauschers
nach F i g. 1, F i g. 3 und 4 Schnitte längs der Linien 3-3 und 4-4 der F i g. 1
und in F i g. 5 einen vergrößerten Teilausschnitt aus dem Wärmeaustauscher nach
F i g. 1.
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Nach F i g. 1 weist der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher einen Mantel
10 mit einem offenen, mit einem Flansch 11 versehenen Ende und mit einem verschlossenen
Ende 12 auf, an dem der Anschlußstutzen 13 befestigt ist. Ein anderer Anschlußstutzen
14 führt durch die Seitenwandung des Mantels in der Nähe des offenen Endes. Der
eine Anschlußstutzen bildet den Einlaß und der andere den Auslaß für das eine Wärmeaustauschfluid.
Gewöhnlich findet der seitliche Anschluß 14 als Einlaß und der Endanschluß 13 als
Auslaß Verwendung, jedoch können die Anschlüsse auch vertauscht werden. In jedem
Falle strömt das Fluid zwischen den Anschlüssen 13 und 14 in Längsrichtung des Mantels
10, der auf den Füßen 15 sitzt.
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Der Wärmeaustausch erfolgt dadurch, daß das Fluid innerhalb des Mantels
über und längs des aus einer Vielzahl von auf dem Teil 18 mit Längsrippen versehenen
Rohren 17 zusammengestellten Bündels 1.6 fließt. Die Rohre 17 sind U-förmig oder
haarnadelartig gebogen, d. h. die geraden, mit den Außenrippen versehenen Teile
18 sind durch die Bogen 20 miteinander verbunden. Die Enden 21 der Rohre
17 stehen über die mit Rippen versehenen Teile 18 vor und enden in
einem Rohrboden 23. Der Rohrboden 23 ist zwischen dem Flansch am Mantel
10 und einem Flansch 24 am Kopf 25 über entsprechende Dichtungen festgeklemmt.
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Der Kopf 25 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Einlaßstutzen
27 auf, der in die Einlaßkammer 28 führt und zur Zuführung des Wärmeaustauschfluids
ins Innere der Rohre 21 dient. Die Einlaßkammer 28 bildet die obere Hälfte
des Kopfinnenraumes und wird von der untenliegenden Auslaßkammer 29 durch
eine Trennwand 30 getrennt, die vorzugsweise aus einem Stück mit dem Kopf
25 besteht und auf eine auf dem Rohrboden 23 sitzende Dichtung 32 greift. Eine Rücklaufleitung
34 im Kopf 25 steht mit der Auslaßkammer 29 in Verbindung und läßt das von der Einlaßkammer
28 über die Rippenrohre 18 zur Auslaßkammer 29 strömende Fluid wieder austreten.
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Nach den F i g. 3 und 4 sind die Rippenrohre im Bündel so eng wie
möglich nebeneinander angeordnet, so daß soviel als möglich von dem Wärmeaustauschfluid
innerhalb des Mantels und durch das Bündel auf der Außenseite der Rohre fließt und
damit die Rippen in gutem Wärmeaustausch mit diesem Medium stehen. Hierbei werden
die Rippenrohre an einer gegenseitigen Überschneidung ihrer Rippen mit Hilfe von
Abstandsbändern 36 gehindert, welche um die einzelnen Rohre gewickelt sind. Diese
Bänder 36 stören den Längsfluß des Fluids durch das Bündel nicht wesentlich. Bei
einer solchen Anordnung der Rohre ist der Querschnitt des Bündels polygonal. Nach
F i g. 4 verbleiben beim Einsetzen des poly-,conalen Bündels in dem kreiszylindrischen
Mantel zwischen Bündel und MantelinnenwandungZwischenräume bei 38, 39 und 40.
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Das Bündel ist, wie bei 42 angedeutet, im Bereich der mit Rippen versehenen
Rohrteile 18 umwickelt und das durch den Stutzen 14 eintretende Fluid ist
daher gezwungen, durch die Umwicklung 42 zu fließen. Die Umwicklung legt sich dicht
um das Rohrbündel, paßt sich aber dem polygonalen Querschnitt des Bündels an und
wird durch ein oder mehrere Bänder 43 und 44 (F i g. 1, 2 und 4) zusammengehalten.
Die Dicke der Umwicklung und der Bänder ist in der Zeichnung etwas übertrieben dargestellt.
Die Umwicklung besteht aus einem Band 45, das wendelförmig unter überlappung der
Kanten bei 45a um das Bündel gelegt ist. Die Richtung der Überlappung ist so gewählt,
daß die Innenkante des Bandes stromabwärts, d. h. vom Stutzen 14 in Richtung
des Stutzens 13 zeigt, so daß das Fluid in die Umwicklung und nicht über die Umwicklung
geleitet wird. Diese Art der überlappung und Abdeckung erhält man, wenn das Band
von dem dem Einlaß des Mantels benachbarten Bürdelerde stromabwärts zu dem den Mantelauslaß
benachbarten Bündelende gewickelt wird.
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Damit das Fluid mit Sicherheit nicht durch die Räume 38, 39 und 40
zwischen der Außenwandung der Umwicklung 42 und der Innenwandung des Mantels 10
fließen kann, ist an dem dem Einlaßstctzen 14 benachbarten Ende der Umwicklung eine
Dichtung 46 vorgesehen.
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Die Dichtung besteht aus einem zylindrischen Ringteil 47, auf dem
die Flanschringe 48 und 49 befestigt sind, so daß eine Rille entsteht, in der z.
B. ein Gummidichtring 50 untergebracht werden kann (vgl. F i g. 2 und 5). Der Ringteil
47 und die Flanschringe 48 und 49 sind so dimensioniert, daß sich die Flanschringe
bis an die Innenwandung des Mantels 10 erstrecken und damit die gewünschte Abdichtung
zwischen der Dichtung und der Innenwandung des Mantels entsteht. Die Dichtung 46
weist ferner nach innen vorstehende, polygonal ausgeschnittene Teile 51 auf (F i
g. 3), die sich eng um die Außenwandung des Rohrbündels 16 legen. Der Anschluß
der Umwicklung 42 erfolgt durch Anschweißen an die nach innen vorstehenden Teile
51 bei 53 (F i g. 5).
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Zur Abstützung des Rohrbündels im Mantel und zur Verhinderung einer
Beschädigung der Umwicklung beim Zusammenbau der Anordnung ist in der Nähe des von
der Abdichtung 46 abgewendeten Endes der Umwicklung ein Schuh 55 vorgesehen. Der
Schuh 55 wird durch Punktschweißung oder andere Befestigungsart an den Bändern
43 gehalten und weist eine gebogene Unterfläche 56 und eine obere Abschlußfläche
57 auf, in die sich der untere Teil der Umwicklung legt und das Gewicht des Bündels
über die nach unten vorstehenden Rohrrippen am Boden der Bündel überträgt. Der Schuh
kann zum Einsetzen des Bündels in den Mantel mit seiner Unterfläche längs des Bodens
des Mantels verschoben werden. Das andere Ende des Bündels wird von der Abdichtung
46 und von den an dem Abschlußdeckel 23 befestigten Enden 21 der Rohre 17 abgestützt.