DE1501620A1

DE1501620A1 - Verbesserungen aus Waermeaustauschern

Info

Publication number: DE1501620A1
Application number: DE19651501620
Authority: DE
Inventors: Louis Berthod
Original assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL
Current assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL
Priority date: 1964-04-09
Filing date: 1965-04-08
Publication date: 1969-06-26
Also published as: US3351131A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. GRALFS I 0 U I b Z U

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ D1PL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWAUTfE

P 15 01 620.3 Wbk/Pa - S 568

Societe Grenobloise d'Etudes et d'Applications Hydrauliques (Sogreah), 84-86 Avenue Leon Blum, Grenoble (Isdre), Prankreich

Verbesserungen an Wärmeaustauschern

Priorität: Prankreich vom 9. April 1964, Nr. 4672

Die Erfindung hat einen verbesserten Wärmeaustauscher zum Ziel, der aus einem von einem Mantel umgebenen Rohrbündel besteht und Umlenkmittel, wie z. B. Prallbleche zur Zirkulation einer ersten Flüssigkeit oder eines ersten Gases in dem Mantel außerhalb der Rohre beinhaltet, während die zweite Flüssigkeit oder das zweite Gas im Inneren der Rohre zirkuliert; der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,

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BRAUNSCHWEIG. AM BÜRGERPARK 8 "ff COS30 2 8i*S7 B MDNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STa I ffi COail) 22511Ο

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daß der jedem dieser Umlenkmittel vorgelagerte und sich senkrecht dazu erstreckende Raum freigelassen ist und keine Rohre enthält, um so eine Einstellung der Zirkulation der ersten Flüssigkeit oder des ersten Gases innerhalb des Mantels derart zu ermöglichen, daß sie zwecks eines guten Wärmeaustausches senkrecht zu den einzelnen Rohren des Bündels erfolgt. Dabei wird gleichzeitig noch der Druckverlust dieser Strömung herabgesetzt, indem der Querschnitt des jedem Umlenkmittel vorgelagerten Raumes im wesentlichen dem von der Flüssigkeit oder dem Gas zwischen den einzelnen Umlenkmitteln durchströmten Querschnitt ist, so daß man eine über den gesamten Weg der Flüssigkeit oder des Gases im wesentlichen unveränderte Zirkulationsgeschwindigkeit erhält.

Diese Anordnung erlaubt aufgrund der Tatsache, daß der den Umlenkmitteln vorgelagerte und sich rechtwinklig dazu erstreckende Raum frei von jeglichen Hindernissen ist, dort die Einsteilung eines gleichförmigen Druckes und so eine gute Einstellung der Änderung der Durchfluß richtung vor den Enden der Umlenkmittel in der Weise, daß zwischen den Umlenkmitteln eine Zirkulation der Flüssigkeit oder des Gases senkrecht zu den Rohren des Bündels gewährleistet wird,und daß diese unter günstigen Bedingungen genutzt werden, was den thermischen Wirkungsgrad angeht.

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Andererseits schadet dieses Weglassen der Rohre in dem den Umlenkmitteln vorgelagerten Raum - welches eine Verminderung des Druckverluste*s der Strömung der/des im Mantel zirkulierenden Plüssigkeit/Gases ermöglicht - nicht der Wirksamkeit des Wärmeaustausches, sondern erhöht sie im Gegenteil noch; denn der thermische Austausch ist in diesem den Umlenkmitteln vorgelagerten Raum stets schlecht aufgrund der Tatsache, daß sich dort tote Strömungszonen bilden.

Diese Anordnung ist, was die Bauweise angeht, vorteilhaft, indem sämtliche Rohre des Bündels von den UmIenkmitteln gehalten bzw. unterstützt werden und sich zudem in Gebieten gteichförmiger Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases und folglich im Bereich gut berechenbarer Vibrationsfrequenzen befinden, während man im klassischen Fall nicht unterstützter Rohre oberhalb der Umlenkmittel, wo die Zirkulationsgeschwindigkeiten ungleichmäßig verteilt und nur schlecht bekannt sind, ein ausgedehnteres Frequenzspektrum und die Risiken schwierig berechenbarer Vibrationen hat.

Die Erfindung wird in der Folge durch die Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei

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Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt längs Linie II-II von Fig. 1 und

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt längs Linie III-III von Fig. 1 darstellt.

In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher dargestellt, der aus einem zylindrischen Mantel 1 besteht,'in dessen Innerem sich ein Bündel Rohre 2 befindet, das den Mantel teilweise ausfüllt, und aus Prallblechen 3> die eine Lenkung der Zirkulation der/des sich im Matelinnern fortbewegenden Flüssigkeit/Gases ermöglichen".

Die im Mantel, aber außerhalb der Rohre 2 zirkulierende Flüssigkeit oder das Gas tritt durch den Stutzen 6 in Richtung von Pfeil f in den Wärmeaustauscher ein ' und bewegt sich in Richtung der Pfeile f^ im Mantel weiter, um in Richtung von Pfeil f₂ durch den Stutzen 7 den Austauscher wieder zu verlassen.

Die andere Flüssigkeit oder das andere Gas zirkuliert in Richtung der Pfeile f^ in den Rohren 2.

Die Anordnung des Rohrbündels im Mantel ist gemäß der

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Erfindung so, daß die Räume 4 und 5, die den Prallblechen 3 vorgelagert sind, und sich rechtwinklig dazu erstrecken, keine Rohre enthalten.

Diese freien Räume 4 und 5 ergeben sich aus den senkrechten, längs der Bleche 3 gelegten Schnitten der Fig. 2 und 3.

Man kann das optimale Volumen dieses freien Baumes im Verhältnis zum Volumen des Mantels 1 leicht berechnen.

Nimmt man klassisch als Zwischenraum zwischen den Rohren 2 einen Abstand e an, der gleich einem Viertel ihres Durchmessers ist, also e = -τ, so folgt daraus, daß die Gesamtdurchtrittsbreite für die Flüssigkeit oder das Gas zwischen den Rohren für einen Mantel vom Durchmesser D etwa -r beträgt und daß für einen Abstand L zwischen den Prallblechen der Durchtrittsquerschnitt zwischen den Prallblechen rund L χ -r beträgt.

Im Falle des vorliegenden Beispiels, wo L = D gewählt wird, wird dieser Durchtrittsquerschnitt damit D²/5.

Wie bereits in der Einleitung erläutert, ist es nun aber vorteilhaft, die den Blechen 3 vorgelagerten

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Durchtrittsquerachnitte 4 laid 5 gleich jenem Wert D /5 des Durchtrittsquerschnittes der Flüssigkeit zwischen den Rohren zu wählen.

Unter diesen Bedingungen erhält man, wenn man den Wert dieses den Prallblechen vorgelagerten freien Querschnittes D /5 mit dem Ge samt querschnitt des Mantels vergleicht:

D²

_ = — , was im wesentlichen 25 i» ausmacht. 5? 3,9

Das Volumen des freien Baumes oberhalb und unterhalb der Rohre ist bedeutend und stellt also rund 50 # des Mantelvolumens dar.

Ersichtlich ermöglicht der freie Raum oberhalb des Rohrbündels bei 8 zum Plüssigksits- oder Gaseinlaß 6 in den Mantel hin die Ausbildung eines kastenförmigen Raumes, in dem sich die Strömung an dieser Stelle verteilen kann, mit einer im wesentlichen gleichförmigen Druckverteilung über dem Querschnitt, wo die Flüssigkeit mit den Rohren in Berührung tritt, und zwar derart, daß die Zirkulation bei 9 in diesem Abschnitt des Austauschers gut senkrecht zu den Rohren erfolgt.

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BAD ORIGINAL

Die freien Räume 4 und 5» die den Prallblechen senkrecht vorgelagert sind, bewirken, daß die Druckverluste in diesem Bereich merklich herabgesetzt werden, wobei gleichzeitig der Richtungswechsel der Flüssigkeit oder des Gases von dem einen Blech zum anderen unter günstigen Bedingungen ermöglicht wird; dabei bewirken sie, daß die Plüssigkeits- oder Gaszirkulation zwischen den Blechen senkrecht zu allen Rohren erfolgt, was für einen guten thermischen Austausch günstig ist. m

Das Rohrbündel könnte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prallblechen eine oder mehrere Zwischenwände 10 tragen; diese Zwischenwände dienen dann zur Verstärkung ihrer Befestigung und zu ihrer Versteifung im Hinblick auf die Vermeidung von Vibrationen. Diese Zwischenwände könnten übrigens gleichzeitig als Führungen zur besseren Hinleitung der Flüssigkeits- oder Gaszirkulation senkrecht auf die Rohre dienen.

Ersichtlich werden alle Rohre 2 des Bündels in jedem Fall von allen den Prallblechen 3 gehalten und befinden sich in Zonen einer Flüssigkeits- oder Gaszirkulation mit gleichförmiger Geschwindigkeit und folglich im Bereich von Vibrationsfrequenzen, die sich genau berechnen lassen. Außerdem liegen, wenn man den den Blechen 3 rechtwinklig

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vorgelagerten Raum von Rohren freiläßt, ausgezeichnete Bedingungen für die Kenntnis der Strömungsgesetze in jener Zone vor, wo die Strömung ihre Richtung um 18O° ändert.

Klglich kann man, sobald man die Strömungsbedingungen am Eingang der Prallbleche gut kennt, sowohl die Wärmeaustauschbedingungen im Rohrbündel als gleichermaßen auch die möglichen Vibrationsfrequenzen der Rohre im Hinblick auf die Vermeidung der Vibrationen genau berechnen; denn alle Rohre verhalten sich identisch.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch beispielsweise auch möglich, dem Austauschmantel einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt zu geben. Ebenso sind beliebig viele andere Varianten möglich.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Ϊ1J Wärmeaustauscher, bestehend aus einem von einem ersten Fluid durchströmten Rohrbündel, einem dieses Rohrbündel unter Freilassung einander gegenüberliegender Räume umschließenden und von einem zweiten Fluid durchströmten Mantel sowie axial beabstandeten Querschikanen, die sich abwechselnd voneinander gegenüberliegenden Seiten des Mantels jeweils bis zu den freien Räumen erstrecken und dadurch Umlenkräume festlegen, dadurch gekennzeichnet , daß der sich dem im Mantel (1) strömenden Fluid im Umlenkraum (4, 5) darbietende freie Querschnitt gleich dem freien Querschnitt in dem von Rohren (2) durchzogenen Raum zwischen den Querschikanen (3) ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Querschikanen (3) zumindest eine im wesentlichen nicht in die freien Räume (4, 5) eingreifende Zwischenwand (10) Vorgesehen ist.

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