DE1501449B2

DE1501449B2 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: DE1501449B2
Application number: DE19661501449
Authority: DE
Inventors: Heinz Rune Ljungby Fornas (Schweden)
Original assignee: Aktiebolaget CTC, Göteborg (Schweden)
Priority date: 1957-02-15
Filing date: 1966-06-20
Publication date: 1971-09-02
Also published as: CH476962A; NO121214B; AT290581B; DE1501449C3; GB1157332A; DE1501449A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bei Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme-The invention relates to a heat exchanger, in the embodiment of a heat according to the invention

dem das eine Fluid durch wendeiförmige, unter- tauschers,the one fluid through helical, under- exchanger,

einander parallel geschaltete Rohre geleitet ist, die F i g. 2 den Wärmetauscher in Draufsicht mit ab-pipes connected in parallel to each other is conducted, the F i g. 2 the heat exchanger in plan view with the

vom anderen Fluid im Gegenstrom parallel zur genommenem Deckel undfrom the other fluid in countercurrent parallel to the cover taken and

Wendelachse umspült sind, wobei das Rohrbündel 5 F i g. 3 und 4 senkrechte Schnitte durch weitere aus zwei oder mehreren konzentrisch ineinander- Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmeliegenden Rohrwendelgruppen gleicher Höhe mit tauschers.Helix axis are washed around, the tube bundle 5 F i g. 3 and 4 vertical cuts through more of two or more concentric embodiments of the heat exchanger according to the invention Coiled tubing groups of the same height with exchanger.

mehr als einer Rohrwendel je Gruppe und mit im Um einen am oberen Ende geschlossenen, hohlenmore than one coiled tubing per group and with one closed at the upper end, hollow

wesentlichen gleicher Rohrlänge besteht und samt- Zylinder 10 sind drei Rohrwendeln 11, 12 und 13There is essentially the same tube length and, together with the cylinder 10, there are three tube coils 11, 12 and 13

liehe Rohrwendelgruppen die gleiche Verteilung der io mit schraubenförmig verlaufenden, die Wärmeüber-borrowed coiled tubing groups the same distribution of the io with helical running, the heat transfer

Rohrwendeln in einer radialen Ebene aufweisen, so tragungsfläche vergrößernden Rippen in drei ver-Have coils in a radial plane, so ribs increasing the load-bearing area in three different

daß der Strömungswiderstand für das umspülende schiedenen Schichten angeordnet, wobei die Rohr-that the flow resistance is arranged for the different layers flowing around it, the pipe

Fluid für jede Gruppe derselbe ist. windungen einer äußeren Rohrwendel in den Zwi-Fluid is the same for each group. turns of an outer coiled tubing in the

Ein derartiger bekannter Wärmetauscher (USA.- schenräumen der benachbarten Rohrwindungen derSuch a known heat exchanger (USA.- between the adjacent pipe turns of the

Patentschrift 2 508 247) zeigt zwar bereits eine relativ 15 darunterliegenden Rohrwendel ruhen, derart, daßPatent specification 2 508 247) already shows a relatively 15 underlying coiled tubing at rest, such that

enge Packung der Rohre, die aber noch steigerungs- im radialen Querschnitt durch die somit entstandenetight packing of the tubes, which, however, increases in the radial cross-section through the resulting

fähig ist. Außerdem bleibt ungelöst, wie man bei der Rohrwendelgruppe die Rohre in Dreieckverteilungis capable. In addition, it remains unresolved how the pipes are triangularly distributed in the case of the coiled tubing group

bekannten Bauart auf wirtschaftliche Weise Aus- liegen. Der Durchmesser des Zylinders 10 ist gleichknown design in an economical way. The diameter of the cylinder 10 is the same

führungen mit erheblich verschiedenen Wärme- der radialen Dicke der Rohrwendelgruppe gewählt,guides with significantly different heat - the radial thickness of the coiled tubing group selected,

tauschleistungen verwirklichen könnte. Man muß 20 die durch die aufeinander gewundenen Rohrwendelncould realize exchange services. You have to go through the coiled tubing

vielmehr jeweils Einzelanfertigungen vornehmen. 11, 12 und 13 gebildet wird. Um die aus den Rohr-rather, make one-offs each. 11, 12 and 13 is formed. To get the out of the pipe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei wendeln 11, 12, 13 bestehende Gruppe ist ein dünn-The invention is based on the object, with coils 11, 12, 13 existing group is a thin

Wärmetauschern der eingangs angeführten bekann- wandiger Blechzylinder 14 aufgeschoben, und umSlipped onto heat exchangers of the known sheet metal cylinder 14 mentioned at the beginning, and around

ten Gattung eine Reihe verschieden großer Ausfüh- diesen sind drei aufeinanderliegende RohrwendelnA number of designs of different sizes are in the th genus - three coiled tubing

rungen zu bilden, mit der unter Anwendung einer 25 gewunden, die jeweils aus zwei Rohren 15 a, 15 b to form stanchions, with the use of a 25 wound, each consisting of two tubes 15 a, 15 b

kleinen Zahl von Standardelementen des Rohrbün- bzw. 16 a, 16 b bzw. 17 a, 17 b bestehen. Um dieThere are a small number of standard elements of the Rohrbün- or 16 a, 16 b or 17 a, 17 b . To the

dels ein großer Bereich von Wärmetauschleistungen somit gebildete zweite Rohrwendelgruppe, innerhalbdels a large range of heat exchange capacities thus formed second coiled tubing group, within

abgedeckt werden kann, so daß man bei kleiner welcher die Rohre ebenfalls in Dreieckverteilungcan be covered, so that with smaller which the pipes are also in a triangular distribution

Lagerhaltung einem großen Bereich von Kunden- liegen, ist ein dünnwandiger Blechzylinder 18 aufge-Warehousing a large area of customer needs, a thin-walled sheet metal cylinder 18 is on-

wünschen gerecht werden kann. Daneben soll der 30 schoben, und um diesen sind in gleicher Weise dreiwish can be met. Next to it should push 30, and around this there are three in the same way

Behälterraum des Wärmetauschers möglichst gut Rohrwendeln gewunden, die jeweils aus drei RohrenContainer space of the heat exchanger as good as possible coiled tubing, each consisting of three tubes

ausgenutzt werden, d. h., die wärmetauschenden 19 a, 19 b 19 c bzw. 20 a, 20 b, 20 c bzw. 21a, 21 b, are used, that is, the heat exchangers 19 a, 19 b 19 c or 20 a, 20 b, 20 c or 21a, 21 b,

Rohre sollen möglichst dicht gepackt sein. 21 c bestehen. Um diese dritte RohrwendelgruppePipes should be packed as tightly as possible. 21 c exist. About this third coiled tubing group

Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs ist ein Blechzylinder 22 aufgeschoben, und um diesenThe task is, starting from the above, a sheet metal cylinder 22 is pushed on, and around this

bezeichneten bekannten Gattung von Wärmetau- 35 sind drei Rohrwendeln gewunden, die jeweils ausdesignated known type of heat exchange 35 are wound three coils, each made of

schern, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede vier Rohren 23 a, 23 b, 23 c, 23 d bzw. 24 α, 24 b, 24 c,shear, according to the invention solved in that each four tubes 23 a, 23 b, 23 c, 23 d or 24 α, 24 b, 24 c,

Gruppe von Rohrwendeln in an sich bekannter Weise 24 d bzw. 25 α, 25 b, 25 c, 25 d bestehen. Die in derGroup of coils in a conventional manner 24 d or 25 α, 25 b, 25 c, 25 d exist. The one in the

einen dichten Zylinder umschließt, der im zu- beschriebenen Weise erhaltenen Rohrwendelgruppena tight cylinder encloses the coiled tubing groups obtained in the manner described above

sammengesetzten Wärmetauscher eine das umspü- sind in den Zeichnungen mit I, II, III bzw. IV be-assembled heat exchanger one that is circulated in the drawings with I, II, III or IV

lende Fluid leitende Trennwand zwischen einander 40 zeichnet.Lende fluid-conducting partition between each other 40 draws.

benachbarten Rohrwendelgruppen bildet, daß in den Die vier ineinander eingeschobenen Gruppen I, II, Gruppen die Rohrwindungen der Rohrwendeln in II und IV von Rohrwendeln sind in einem zylindrian sich bekannter Weise in den Zwischenräumen der sehen Behälter 30 angeordnet, der die äußerste Rohr-Rohrwindungen der jeweils darunterliegenden Rohr- wendelgruppe IV dicht umschließt. Die Höhe des wendel liegen und sich unmittelbar auf dieser ab- 45 Behälters 30 ist größer als die der unter sich gleich stützen und daß die innerste Rohrwendelgruppe einen hohen Gruppen von Rohrwendeln, wodurch ein freier mittleren Durchmesser hat, der doppelt so groß wie Raum 31 zwischen dem Deckel des Behälters und der Innendurchmesser dieser Gruppe ist, wobei die den Rohrwendeln und ein anderer freier Raum 32 mittleren Durchmesser der übrigen Gruppen eine zwischen den Rohrwendeln und dem Boden des Reihe von ganzen Vielfachen des mittleren Durch- 5° Behälters vorliegen. Das eine Fluid, ζ. B. das Wärmemessers der innersten Gruppe und damit die Wärme- abgebende Fluid, gelangt in den Raum 31 durch tauschleistung der Gruppen eine Reihe von ganzen einen Rohrstutzen 33 und fließt durch die Rohr-Vielfachen der Leistung der innersten Gruppe dar- wendelgruppen in den darunter befindlichen Raum stellen. 32 hinab, worauf es durch einen Auslaufstutzen 34adjacent coiled tubing groups that in the four nested groups I, II, Groups of the pipe coils of the coiled tubing in II and IV of the coiled tubing are in a cylindian is arranged in a known manner in the interstices of the container 30, which is the outermost pipe-pipe windings tightly encloses the tube coil group IV below. The amount of the helix and are located directly on this 45 container 30 is larger than that of the same and that the innermost coiled tubing group has a high group of coiled tubing, creating a freer has mean diameter, which is twice as large as space 31 between the lid of the container and is the inner diameter of this group, with the coiled tubing and another free space 32 mean diameter of the remaining groups one between the coiled tubing and the bottom of the Series of integer multiples of the mean diameter 5 ° container. The one fluid, ζ. B. the heat meter the innermost group, and thus the heat-emitting fluid, passes through into space 31 Exchange performance of the groups a number of whole a pipe socket 33 and flows through the pipe multiples the performance of the innermost group in the space below place. 32 down, whereupon it goes through an outlet nozzle 34

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung be- 55 weiterfließt. Dadurch, daß im radialen QuerschnittAdvantageous embodiments of the invention will continue to flow. In that in the radial cross-section

stehen darin, daß bei einemWärmetauscher, in welchem durch die verschiedenen Gruppen die Wendeln instand in the fact that in a heat exchanger in which the coils in

eine oder mehrere der Rohrwendelgruppen der un- genau gleicher Weise innerhalb sämtlicher Gruppenone or more of the coiled tubing groups in an inexactly identical manner within all of the groups

unterbrochenen Reihe weggelassen sind, der durch verteilt sind, wird das Fluid sich offensichtlich überIf the interrupted row are omitted, which are distributed through, the fluid will obviously spread over

das Weglassen entstandene ringförmige Raum zwi- die Gruppen derart verteilen, daß seine axiale Strö-the omission of the resulting annular space between the groups distribute in such a way that its axial flow

schen zwei Rohrwendelgruppen durch einen die 60 mungsgeschwindigkeit in sämtlichen Gruppen imbetween two coiled tubing groups through one the 60 ming speed in all groups in the

jeweils innere Gruppe umschließenden zweiten Zy- wesentlichen dieselbe wird.each inner group enclosing the second cy- essentially becomes the same.

linder abgegrenzt und gegen die Strömung des um- Die Rohrwendeln jeder Gruppe sind in gegenseiti-linder demarcated and against the flow of the surrounding- The coils of each group are in mutual-

spülenden Fluids durch eine Querwand verschlossen ger Parallelschaltung über Rohrverzweigungen 35flushing fluid closed by a transverse wall ger parallel connection via pipe branches 35

ist und daß die Rohre schraubenförmig verlaufende und 36 zwischen einem Einlaufstutzen 37 und einemis and that the tubes extending helically and 36 between an inlet port 37 and a

Außenrippen aufweisen. 65 Auslaufstutzen 38 für das andere Fluid, ζ. Β. dasHave outer ribs. 65 outlet nozzle 38 for the other fluid, ζ. Β. the

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der wärmeaufnehmende Fluid, eingeschaltet.The invention is switched on in the following with reference to the heat-absorbing fluid.

Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt Dadurch, daß der Durchmesser des inneren Zy-Drawing described in more detail. It thereby shows that the diameter of the inner cylinder

Fig. 1. einen senkrechten Schnitt durch eine erste linders 10 gleich der radialen Dicke der verschie-Fig. 1. A vertical section through a first Linders 10 equal to the radial thickness of the different

denen Rohrwendelgruppen gewählt worden ist, "wird der mittlere Durchmesser D der ersten Gruppe offensichtlich gleich dem zweifachen Durchmesser des inneren Zylinders, und mit jeder Gruppe steigt der mittlere Durchmesser um einen Betrag gleich der doppelten radialen Dicke der Gruppe, d. h. um den Betrag D, an. Der mittlere Durchmesser der jeweiligen Rohrwendelgruppen I, II, III, IV beträgt also D für die erste Gruppe, 2D für die zweite Gruppe, 3D für die dritte Gruppe und 4 D für die vierte Gruppe. Die mittlere Länge steigt natürlich mit jeder Wendel in der gleichen Proportion an, während die Gesamtrohrlänge jeder Wendel der Rohranzahl jeder Gruppe entsprechend abnimmt. Als eine Folge hieraus wird die mittlere Rohrlänge von sämtlichen Rohrwendelgruppen dieselbe. Dies bedeutet, daß bei sämtlichen Rohrwendelgruppen das Rohr bzw. die Rohre der mittleren Lage den gleichen Strömungswiderstand besitzen. Innerhalb jeder Gruppe weist die innerste Rohrwendel eine kleinere und die äußere Wendel eine größere Rohrlänge auf als die der Zwischenwendel, aber die Unterschiede sind nur bei der innersten Gruppe von nennenswertem Betrag und verringern sich immer mehr, je weiter die Gruppe von der Achse entfernt ist. Im großen und ganzen gilt daher, daß der Strömungswiderstand durch die miteinander parallelgeschalteten Rohrwendeln für jede Gruppe derselbe bleibt, so daß das wärmeaufnehmende Fluid sich im großen und ganzen über sämtliche Rohre gleichmäßig verteilt.where coiled tubing groups have been chosen, "the mean diameter D of the first group obviously becomes equal to twice the diameter of the inner cylinder, and with each group the mean diameter increases by an amount equal to twice the radial thickness of the group, ie by the amount D The mean diameter of the respective coiled tubing groups I, II, III, IV is D for the first group, 2 D for the second group, 3D for the third group and 4 D for the fourth group. The mean length naturally increases with each spiral in the same proportion, while the total pipe length of each coil decreases according to the number of pipes in each group. As a result, the mean pipe length of all coiled tubing groups becomes the same Within each group, the innermost coiled tubing has a smaller and the outer spiral e longer pipe length than that of the intermediate helix, but the differences are of appreciable amount only in the innermost group and decrease more and more the further the group is from the axis. On the whole, it is therefore true that the flow resistance due to the coiled tubing connected in parallel with one another remains the same for each group, so that the heat-absorbing fluid is by and large evenly distributed over all the tubes.

Da, wie oben beschrieben, die Strömungsgeschwindigkeit sowohl des wärmeabgebenden Fluids als auch des wärmeaufnehmenden Fluids innerhalb sämtlicher Rohrwendelgruppen annähernd gleich groß wird, während der Durchlaufquerschnitt dem mittleren Durchmesser der jeweiligen Gruppe proportional ist, ist es ohne weiteres ersichtlich, daß, wenn die Leistung der der Achse am nächsten liegenden Rohrwendelgruppe I mit E bezeichnet wird, die Leistung der Gruppe IIIE, die der Gruppe III 3 E und die der Gruppe IV AE beträgt. Die Gesamtleistung eines sämtliche vier Rohrwendelgruppen enthaltenden Wärmetauschers beträgt somit 10 E. Die F i g. 3 zeigt, wie man durch Aufbauen des Wärmetauschers aus einer kleinen Anzahl Rohrwendelgruppen, z. B. nur aus den Gruppen I und III, einen Wärmetauscher der kleineren Leistung E + 3 E = 4 E erhalten hat. In diesem Falle ist der zylindrische Behälter 30 mit kleinerem Durchmesser ausgelegt, so daß auch hier der Behälter die äußerste Gruppe dicht umschließt. Ferner ist der freie ringförmige Raum zwischen den innersten und äußersten Rohrwendelgruppen oben durch eine Querwand 39 abgeschlossen, so daß das wärmeabgebende Fluid nur an den jeweiligen Rohrwendelgruppen vorbei und hindurchströmen kann.Since, as described above, the flow rate of both the heat-emitting fluid and the heat-absorbing fluid within all coiled tubing groups is approximately the same, while the flow cross-section is proportional to the mean diameter of the respective group, it is readily apparent that when the performance of the Axis closest to the coiled tubing group I is denoted by E , the performance of group II IE, that of group III is 3 E and that of group IV AE . The total output of a heat exchanger containing all four groups of coiled tubing is thus 10 E. FIG. 3 shows how, by building the heat exchanger from a small number of coiled tubing groups, e.g. B. only from groups I and III, a heat exchanger of the lower power E + 3 E = 4 E has received. In this case, the cylindrical container 30 is designed with a smaller diameter, so that here too the container tightly encloses the outermost group. Furthermore, the free annular space between the innermost and outermost tube coil groups is closed off at the top by a transverse wall 39, so that the heat-emitting fluid can only flow past and through the respective tube coil groups.

Es ist nicht notwendig, daß man, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, jede Rohrwendelgruppe mit drei Rohrwendeln ausstattet. F i g. 4 zeigt eine Ausführung, in welcher für jede Gruppe zwei Rohrwendeln vorgesehen sind. Es lassen sich auch noch Ausführungen denken, bei denen jede Gruppe mehr als drei Rohrwendeln aufweist. Auch bei diesen Ausführungsformen ist bei der ersten Gruppe der mittlere Durchmesser gleich dem doppelten Innendurchmesser, und mit jeder Gruppe steigt der mittlere Durchmesser um den Wert einer Gruppe an. Bei jeder äußeren Gruppe beträgt also die Leistung ein ganzes Vielfaches der Leistung der innersten Gruppe, und es ist daher durch eine geeignete Kombination von Rohrwendelgruppen möglich, eine Reihe von Wärmetauschern zu bauen, bei denen die Leistung mit gleichmäßigen Intervallen von einer von der innersten Gruppe dargestellten Mindestleistung bis auf eine von der Gesamtheit der Gruppen dargestellte Höchstleistung ansteigt.It is not necessary that, as shown in Figs. 1 and 3, each coiled tubing group with three Equips coiled tubing. F i g. 4 shows an embodiment in which two coils for each group are provided. It is also possible to think of versions in which each group has more than has three coils. In these embodiments, too, the first group is the middle one Diameter equal to twice the inner diameter, and with each group the mean one increases Diameter by the value of a group. For each outer group, the power is one an integer multiple of the performance of the innermost group, and it is therefore by an appropriate combination of coiled tubing groups possible to build a number of heat exchangers in which the performance at regular intervals from a minimum power represented by the innermost group to increases to a maximum performance represented by the entirety of the groups.

Es besteht auch keine Notwendigkeit, die Rohrwendelgruppen jeweils aus kreisförmigen Rippenrohren herzustellen, wobei die Rippen die Rohre in gewünschten gegenseitigen Abständen halten, sondern die Gruppen können auch aus einfachen Rohren aufgebaut werden.There is also no need to use the coiled tubing groups each made of circular finned tubes, the fins holding the tubes at the desired mutual distances, but the groups can also be built up from simple pipes.

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger in which one fluid is connected in parallel with one another through helical ones Pipes is passed, which washes around the other fluid in countercurrent parallel to the helix axis are, wherein the tube bundle consists of two or more concentrically nested tube coil groups same height with more than one coiled tubing per group and with essentially the same pipe length and all coiled tubing groups have the same distribution of the coils in a radial plane, so that the flow resistance for the flushing Fluid is the same for each group, characterized in that each group (I; II; III; IV) enclosing a tight cylinder (14; 18; 22) of tubular coils in a manner known per se, in the assembled heat exchanger a partition wall that conducts the fluid around it adjacent coiled tubing groups forms that in the groups the pipe coils of the coils (13; 17; 21; 25) in a manner known per se in the spaces between the coils of the pipe the respective underlying coiled tubing and are supported directly on this and that the innermost coiled tubing group (I) has a mean diameter (D),

which is twice as large as the inner diameter -

this group, the mean diameter of the remaining groups (II; III; IV) a Series of integer multiples of the mean diameter (D) of the innermost group (I) and thus the heat exchange performance of the groups is a number of whole multiples of the performance of the groups represent the innermost group.

2. Heat exchanger according to claim 1, in which one or more of the coiled tubing groups of the uninterrupted row are omitted, characterized in that the by omitting resulting annular space between two coiled tubing groups (I; III) through a die each inner group (I) enclosing the second cylinder delimited and against the flow of the the fluid flowing around it is closed by a transverse wall (39) (FIG. 3).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the tubes are helical have running outer ribs.

1 sheet of drawings