DE1803910B2 - Wärmetauscher-Rohrbündel aus flexiblen dünnen KunststofFrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscher-Rohrbündel aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender flexibler dünner Rohre aus Kunststoff, die an ihren Enden in einem Flanschkragen fest miteinander gehalten und die miteinander und am Flanschkragen flüssigkeitsdicht verbunden sind und zwischen denen mindestens ein bandförmiger Abstandshalter angeordnet ist, der das Rohrbündel durchsetzt und bogenförmig am umfang anliegt.

Wärmetauscher aus flexiblen Kunststoffschläuchen sind bekannt (USA.-Patcntschrift 3 228 456) und eigncn sich für viele Anwendungsgebiete. Wegen der dünnen Kunststoffschläuche treten jedoch nicht nur in der Konstruktion und Herstellung derartige Warmetauscher, sondern auch im Pstrieb verschiedene Probleme auf. Einige dieser Probleme beruhen auf dem relativ schlechten Wärmedurchgangskocffi.'.cnten und der relativ großen Wärmedehnung der meisten Kunststoffe im Vergleich zu üblichen metallisehen Werkstoffen. Andere Probleme beruhen auf unter -niedlichen Eigenschaften gegenüber sonst angewandten Werkstoffen, wie Druckfestigkeit, Zuj'fcstigkeit, Flexibilität und Schmelzpunkt der Kunststoffe.

Ein besonderes Problem liegt in der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Packung bzw. Anordiiung der Kunststoffschlauch^ und eines erträglich geringen Strömungswidersiandcs an der Außenseile der Schläuche des Rohrbündels. Dies rührt von der Flexibilität der verhältnismäßig dünnen Kunststoffschläuche her, wie sie bei derartigen Wärmelauschern zur Anwendung gelangen, und von der geringcn Deformationsbeständigkeit im Vergleich zu üblichen metallischen Werkstoffen. Dieses Problem tritt besonders stark bei höheren Arbeitslemperalurcn hervor, bei denen die Wärmedehnung bereits beträchtlich ist und die Schläuche biegsam und fast weich sowie deformierbar werden. Eine Anzahl von besonderen konstruktiven Maßnahmen sollte diese Probleme bei den bekannten Wärmetauschern aus Kunststoffschläuchen lösen. So werden querstehende, starre Zwischenwände oder Leitbleche (USA.-Patentschrift 3 228 456) vorgesehen, durch die die Schläuche sich wie bei üblichen metallischen Wärmetauschern erstrecken und die gleichzeitig Zwischenstützen bilden. Diese Zwischenbleche oder Leitwände dienen gleichzeitig der Erzielung erwünschter Strömungen auf der Außenseite des Rohrbündeis. Es wurden auch bereits bandförmige Abstandshalter vorgesehen (USA.-Patentschrift 3 277 959). die zwischen den Schlauchlagen spiralig und in axialem Abstand voneinander über die Länge des Rohrbündels verteilt vorgesehen sind. Das Rohrbündel besteht aus einer Matte aus parallelen Schläuchen, die ähnlich den Stäben eines Rolladens durch das Abstandsband miteinander verbunden sind und wie ein Rolladenwickel aufgewickelt ist. Diese AbStandshalter- und Verbindungsbänder fixieren die Schläuche in gewissem Ausmaß, halten sie zu einem kompakten Bündel zusammen und beeinflussen in begrenztem Ausmaß die Strömungsbedingungen der Außenflüssigkeit, also um die Schläuche des Bündels herum.

Diese bekannten Konstruktionen führten jedoch auch zu Problemen und Nachteilen. Das Einziehen einer großen Anzahl, mehrere tausend, von dünnen Schläuchen in gelochte querstehende Leitwände ist so kosten- und zeitaufwendig, daß diese an sich von den bekannten metallischen Wärmetauscher-Rohrbündel bekannte Konstruktion praktisch ausscheiden muß. Hinzu kommt, daß Abquetschungen und Auseinanderdrängungen der Schläuche zwischen den Leitwänden kaum venneidbar sind, wodurch die Strömungsbedingungen außen und innen beeintnkhtigt werden. Es konnte auch beobachtet werden, daß ein Scheuern und damit eine Beschädigung dci deformierbaren Schläuche an starren Teilen, wie eben den Leitflächen, infolge einer gewissen Bewegung der Schläuche unter dem Einfluß dci Strömungs-

4Ξ kräftc auf der Außenseite des Roh'hündcls stattfindet.

Sind die Schläuche mit im Abstand angeordneten bandförmigen Abstandshaltern zusammengehalten, ist ein Biegen des Rohrbündels während der Herstellung und der Anwendung nicht möglich. Sie würden leicht abbrechen und die Schläuche beschädigen, wenn übermäßige Biegekräfte auftreten. Schließlich verhindern diese Bänder kein Abquetschen oder ein Auseinanderdrängen der flexiblen Schläuche zwisehen den im Abstand angeordneten Bändern, wodurch wieder die Strömungsbedingungen innen und außen beeinflußt werden.

Schließlich ergaben Untersuchungen, daß die bekannten Lösungsvorschläge den Strömungswiderstand auf der Außenseite des Rohrbündel und den damit verbundenen Druckabfall nicht ausreichend niedrig halten konmcn. Es wurde festgestellt, daß Betriebsschwierigkeiten an den Stellen der Qucrströmung zu ucn Schläuchen auftreten können. So ist

z. B. bei bestimmten Wärmetauschern ein Rohrbündel in einem zylindrischen Gehäuse so angeordnet, daß zwischen der Außenseile des Rohrbündels und der Gehäuseinnenseite zumindest in unmittelbarer

Nähe des Eintritts und Austritts ein freier Ringraum besteht. Zwischen Ein- und Austritt sind Leitelemente, wie ringförmige Leitbleche, die die Strömung zwischen Eintritt und Austritt in das Rohrbündel leiten vorgesehen. Dies bedeutec. daß in Strömunasrichtung\'or den Leitelemenien, insbesondere in dem Raum um das Rohrbündel am Austritt eine ₂roße Strömungskomponente quer zu diesem radial nach ,nnen in das Bündel gerichtet ist. Dementsprechend hht am Austritt aus dem Gehäuse im Raum um

Rohrbündels quer zusammengezogen smd. \ o-z ^ weise ist jeder bandförmige Abstandshalter als ne. bier Kunststoffschlauch ausgebildet.

Durch diese Abstandshalter ist eine Strömung quer zur Längsrichtung der ^

sichert und sind diese vorteilhaft fixier.und un, teilt, so daß sich e.ne Mehrzahl ^c,n Schlauüigruppcn längs des Rohrbündels, die einander abwechseln di

,nnen in das Bündel gerichtet ist. Dementsprechend den. Diese Gruppen we.den in *«" ^La^ⁿ ^₁. herrscht am Austritt aus dem Gehäuse im Raum um io oder quer so getrennt und in geeigneter £f* das Rohrbündel in Stromunssrichtung hinter den ten, daß sich Strömungskana Ie quer zu den'^n. Leitelementen eine sroße radial nach außen gerich- chen und dem Bündel erstrecken, wodurch der tr tete Strömungskomponente. Bei bekannten Kon- mungsw.derstancI in Querrichtung unddie'**£™ struktionen wirkt eine derartiae Querströmunn. ins- Schlauch durch diese Strömung einwirkenden Krane besondere wenn sie in das Bündel nach innen gerich- .5 wesentlich verringert werden. wärme-

tet ist. zu einem Zusammendrücken der flexiblen Es ist zwar schon von einem metall:,l * arme

Schläuche seoeneinander und zur Mitte des Rohr- tauscher-Rohrbündel dessen ^wjl.sche Roh κ bündeis mit liner solchen Kraft, daß die Strömung formsiabil sind bekann (bnudie Pawnuchntt unterbrochen wird und der gesamte treibende Druck 607 717) zur AbstandshaIterung und Strongskm_ ,un gegen die Schläuche ^richtet ist. Dies ist wegen » rung an Ste Ie von LeUbIschen cese durch^ena 5er sÄn Zunahme des Strömungswiderstandes un- f örmig um sie gewickelte-Drahte » ha^ en do hu

net «ch die« __ Maßnahme nicht fur Kunst

schlauch-Rohrbundel. wegen der V .Jzahl

5er sÄn Zunahme des Strömung erwünscht. Unter diesen Bedingungen ist es also möglich, daß das Rohrbündel in der Nähe des Ein-Iritts in das Gehäuse oder von den Leitelementen so d id dß di Aß**

sc

Schläuchen und deren

in das Gehäuse oder von den Leitelementen so Schläuche

nach innen ,gedrängt wird, daß die Außen**- „ Drähteindie chlauche

mung das Rohrbündel nicht durchdringt, sondern nur zur Vergrößerung des Raumes zwischen der Außenseite des Rohrbündels und der Gehäuseinnenseile und den Leitelementen beiträgt. Außer in der

rante in uic iunQULm.v.uiuiu». ..

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeict Fig. 1, teilweise in Seitensicht, ein erfindungsgemäßes Wärmeiauscher-Rohrbündel mit einem band-

!Nähe des Gehäuseeintritts oder denIiuwänden kön- 30 fönnigen Abstandshalter,

men auch hinter diesen und am Gehäuseaustritt uner- F i μ. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in

■wünschte Bedingungen auftreten, wobei die quer F i g. 1 zur Veranschaulichung des Verlaufs des

oder radial nach außen eerichteten Strömungen die bandförmigen Abstandshalters,

flexiblen Schläuche zu einer durchgehenden Ring- F i g. 3 eine vergrößerte vereinfachte Ansicht eines

schicht gegen die Gehäuseinnenwand pressen, und 35 Rohrbündels gemäß Fig. 1. jedoch mit einer ande-

zwar wieder mit einer solchen Kraft, daß die Strö- ren Anordnung des Abstandshalters,

mung möglicherweise unterbrochen wird und es zu 1- i g. 4 einen Querschnitt durch das Rohrbündel

einer Beschädigung der Schläuche kommt, insbeson- nach 1- i g.

dere dort, wo sie gegen den Auslaß aus dem Gehäuse Die F i g. 1 und 2 zeigen eine^bevorzugte₍ ^A^tuh-

gcdrückt werden. Dieses allgemeine Problem besteht 40 rungsform des ''"""'"''"

also immer dort, wo eine Strömung seillich oder quer n«Uri,:;nri^t r zu einem üblichen Rohrbündel mit einer einzigen Querrichtung vorliegt. Durch die bisherigen Vorschläge konnten diese Probleme nicht restlos gelöst werden.

Für einen ausreichend wirkoanien und die Kapazi-

Warn

und aus ten Rohren

oder Schläuchen T gebildet ist. Dieses ist nach F i g. 1 in Querrichtung kreisrund und in Längsrichtung zylindrisch. Die Schläuche sind an beider. Enden in einem Flanschkragen H fest miteinander gehalten und miteinander und am Flanschkragen flüssigkeitsdklu verbunden. Hier wird bei Retrieb das

Für einen ausreichend wirksamen und p
tät eines Rohrbündels aus Kunststoffschläuchen voll
ausnützenden Wärmeaustausch muß eine ausreichende Strömung um und relativ zu jedem Schlauch innere vva[iiiciauÄin.iTiw, ~_ -

des Rohrbündels"und unabhängig von dessen Lage in 50 Gemäß den F i g. 1 und 2 dienen zur Fixierung der diesem aufrechterhalten werden. " Schläuche bandförmige Abstandshalter 5, die in die

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Mittel h 7" d Rhbündels eingreifen und sich

zur Halterung und Strömungsführung in einem Warmciauscher-Rohrbündel aus flexiblen Kunststoff-

innere Wärmetauscher-Medium zu- bzw. abgeführt. Gemäß den F i g. 1 und 2 dienen zur Fixierung d( Schläuche bandförmige Abstandshalter5, die in d Schläuche T des Rohrbündels eingreifen und sich zwischen diesen Schläuchen quer erstrecken. Nach der hier gezeigten Anordnung verläuft der Abstand«-

flexiblen Kunststoff- der hier gezeigten Anordnung verläuft

scb'kiche"! anzugeben, die eine Verbesserune der 55 halter S über den Umfang des Rohrbündels um etwa

Strömuiigsbedingungen um die Schläuche des Rohr- 120° über ein erstes Wegstück P\ vom einen Ende

bündeis ermöglichen. des Rohrbündel aus gesehen (Fig. 2). Er tritt dann

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß für das ein- in das Bündel zwischen die Schläuche ein und bildet

gangs genannte Rohrbündel dadurch gelöst, daß der einen ersten sehnenförmigen Abschnitt C 2, verläßt

oclci jeder bandförmige Abstandshalter das Rohr- 60 das Rohrbündel und läuft über den Umfang des

bündel in rcgelmäßie wiederkehrender Folge sehnen- Rohrbündels in einem zweiten gekrümmten Weg-

förmig qucr'durchdringl und dabei jeweils mehrere stück Pl von etwa 120°. tritt dann wieder in das

Rohre umfassende Teile des Rohrbündels voneinan- Rohrbündel ein und bildet einen zweiten schnenför-

der trennt und das Rohrbündel dazwischen bogenför- migen Abschnitt C 3, um es wieder zu verlassen und

mig am Umfang umschließt und daß seine Enden an 65 über den Umfang in einem dritten gekrümmten Ab-

den Rohrbündelendcn unter einer Spannung befestigt schnitt P 3 um etwa 120° sich zu schlingen. Darauf

s:::d, bei Her sich Strömungskanäle zwischen den Tei- tritt der Abstandshalter wieder in das Rohrbündel

!cn des Rohrbündels ausbilden und diese Teile des ein und bildet einen dritten sehnenförmigen Ab-

schnitt Cl, woraufhin nach Austritt aus dem Rohr- Werkstoff, der mit dem der Schläuche verträglich ist.

bündel eine neue Folge einer derartigen Einbindung Bevorzugt wird der gleiche Werkstoff wie der für die

beginnt. Schläuche. Es kann sich dabei um einen abgeflachten

Der Abstandshalter wird an seinen Enden so befe- Hohlquerschnitt etwa der gleichen Abmessung wie

stigt, daß er eine gewünschte Anspannung erhält. 5 die Schläuche selbst handeln. Diese Hohlprofile oder

Nach Fig. 1 ist er zu einer Doppelschleife um das Schläuche als bevorzugte Abslandshalter sind seitlich

Rohrbündel geschlungen und unter den ersten ge- verformbar, wirken als Kissen, bewirken eine elasti-

krümmten Teilweg gezogen. Wenn gewünscht, kann sehe Umschlingung der Schlauchbünde'teile und da-

eine weitere Befestigung durch Heißsiegeln mit sich mit eine Verringerung von Scheuerwirkung und Ver-

selbst oder anderen Bauteilen, wie dem Flanschkra- io schleiß.

gen//, erfolgen. In dem AbstandshalterS soll eine Außer der Anordnung eines Abstandshalter, wie ausreichende Anspannung auch im Beirieb \orliegcn. e^r ή Fiji gezeigt ist. können noch andere Anorduni ein gutes Anschmiegen an die Schläuche zu ge- nutigen, wie sie beispielsweise in Fig. 3 und 4 dargestatten, wodurch auch in Qucrrichuing Strömuiiuska- stellt sind, angewandt werden. Hier liegt der Abnäle.V erzeugt werden, wie dies au> I ' g. 1 deutlich 15 Standshalter 'ihwcchselnd in clwa ¹H' pci nheivn erkennbar ist. und zwar im Abstand voneinander Teilen vor und reicht durch das Rohrbündel in einem längs des Rohrbündels. Dieses Eingreifen. Zusam- Mittelteil, wie au- F i g. 4 \om Roliiinindel au- bemciifar.scn oder Umschlagen von SehlauchbündcUei- trachte¹, zu !.. i :-i

len durch den Abstandshalter führt dazu, daß das Das erfir.dungsgemiißc Rohrbündel hat eine vci-

Bündcl kompakt zusammengehalten ist. Darüber hin- :» besserte Wärmeüber.ragungsleistuni: durch verhes-

aus ist das Rohrbündel in eine Vielzahl von kompak- serte Flüssigkcitsverteilimg über dlt uar./cn

ten Schlauchgruppen an im Abstand befindlichen Schläuche und Verringerung des S^lrömungs\vidcr-

Stellen über die gesamte Länge unterteilt. Es bilden Standes in Querrichtung. Außerdom ist ein Veischlii.-

sich seitliche Abstände zwischen diesen Schlauch- Ben oder Unterbrechen und Beschädige:*, de;

gruppen oder Teiibündeln und damit Ströinungsk.i- 25 S 'Hauche odei Rohre infolge Zusammendrücken-

näle quer durch das Rohrbündel. oder Gegeueinanderschlagens oder Äe'.ben- weitgc-

Dcr Abstandshalter i' besteht aus einem biegsame;-, herd be-.'itigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunaen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher-Rohrbündel aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender flexibler dünner Rohre aus Kunststoff, die an ihren Enden in einem Flanschkragen fest miteinander gehalten und miteinander und am Flanschkragen flüssigkeitsdicht verbunden sind und zwischen denen mindestens ein bandförmiger Abstandshalter angeordnet ist, der das Rohrbündel durchsetzt und bogenförmig am Umfang anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder bandfönnige Abstandshalter (S) das Rohrbündel in regelmäßig wiederkehrender Folge sehnenförmig quer durchdringt und dabei jeweils mehrere Rohre (T) umfassende Teile aes Rohrbündels voneinander trennt und das Rohrbündel dazwischen bogenförmig am Umfang umschließt und daß seine Enden an den Rohrbündelenden unter einer Spannung befestigt sind, bei der sich Strömungskanäle zwischen den Teilen des Rohrbündels ausbilden und diese Teile des Rohrbündels quer zusammengezogen sind.

2. Rohrbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder bandförmige Abstandshalter (S) als flexibler Kunststoffschlauch ausgebildet ist.