DE1803910C3 - Wärmetauscher-Rohrbündel aus flexiblen dünnen Kunststoffrohren - Google Patents

Description

Diese bekannten Konstruktionen lühr.en jednch 30 auch zu Problemen und Nachteilen. Das Einziehen

einer uroßcn Anzahl, mehrere tausend, von dünnen

Schläuchen in gelochte querstehende· Lcilwände ist so kosten- und zeitaufwendig, daß diese an sieh \on

Die Erfindung betrifft ein Wärme. uischcr-Rohr- den bekannten metallischen Wärmetauscher-Rolirbündcl aus einer Vielzahl nebcncinunderliegcnder 35 bündel bekannte Konstruktion praktisch ausscheiden flexibler dünner Rohre aus Kunststoff, die an ihren muß. Hinzu kommt, daß Abquetschungen und Aus-Enden in einem Flanschkragen fest miteinander ge- einanderdrängungen der Schläuche zwischen den halten und die miteinander und am Flanschkragen Leitwänden kaum vermeidbar sind, wodurch die flüssigkeitsdicht verbunden sind und zwischen denen Stromungsbedingungen außen und u.iien beeinlrächmindestens ein bandförmiger Abstandshalter an- 4° tigt werden. Es konnte auch beobachtet werden, daß geordnet ist, der das Rohrbündel durchsetzt und bo- ein Scheuern und damit eine Beschädigung der degenförmig am Umfang anliegt. formierbaren Schläuche an starren Teilen, wie eben

Wärmetauscher aus flexiblen Kunststoffschläiichen den Leitflächen, infolge einer gewissen Bewegung

sind bekannt (USA.-Patentschrift 3 228 456) und cig- der Schläuche unter dem Einfluß der Strömun-s-

nen sich für viele Anwendungsgebiete. Wegen der 45 kräftc auf der Außenseile des Rohrbündels stattf.n-

dünnen Kunststoffschläuche treten jedoch nicht nur det.

in der Konstruktion und Herstellung derartige War- Sind die Schläuche mit im Absland angeordneten

metauscher, sondern auch im Betrieb verschiedene bandförmigen Abstandshaltern zusammengehalten,

Probleme auf. Einige dieser Probleme beruhen auf ist ein Biegen des Rohrbündels während der Herstel-

dem relativ schlechten Wärmcdurchgangskueffizicn- 50 lung und der Anwendung nicht möglich. Sie würden

ten und der relativ großen Wärmedehnung der mci- leicht abbrechen und die Schläuche beschädigen,

stcn Kunststoffe im Vergleich zu üblichen mctalli- wenn übermäßige Biegekräfte auftreten. Schließlich

sehen Werkstoffen. Andere Probleme beruhen auf verhindern diese Bänder kein Abquetschen oder ein

unterschiedlichen Eigenschaften gegenüber sonst an- Auseinanderdrängen der flexiblen Schläuche zwi-

gcwandtcn Werkstoffen, wie Druckfestigkeit, Zugfc- 55 sehen den im Abstand angeordneten Bändern, wo-

stigkcit, Flexibilität und Schmelzpunkt der Kunst- durch wieder die Strömungsbedingungen innen und

stoffe. außen beeinflußt werden.

Ein besonderes Problem liegt in der Aufrechter- Schließlich ergaben Untersuchungen, daß die behaltung einer gleichmäßigen Packung bzw. Anord- kannten Lösungsvorschläge den Strömungswidcrnung der Kunststoffschläuche und eines erträglich 60 stand auf der Außenseite des Rohrbündels und den geringen Strömungswiderstandes an der Außenseite damit verbundenen Druckabfall nicht ausreichend der Schläuche des Rohrbündel. Dies rührt von der niedrig !:;iltcn konnten. Es wurde festgestellt, daß Flexibilität der verhältnismäßig dünnen Kunststoff- Bctricbsschwicrigkciten an den Stellen der Querströschläuche her, wie sie bei derartigen Wärmetau- mung zu den Schläuchen auftreten können. So ist schern zur Anwendung gelangen, und von der gtrin- 65 z. B. bei bestimmten Wärmetauschern ein Rohrbüngen Deformationsbeständigkeit im Vergleich zu übli- del in einem zylindrischen Gehäuse so angeordnet, chen metallischen Werkstoffen. Dieses Problem tritt daß zwischen der Außenseite des Rohrbündcls und besonders stark bei höheren Arbcitstcmncraturcn der Gehäuseinnenseite zumindest in unmittelbarer

"a ^nd"A,f , -![^" ^T^{mm R}°hrhünde|_S quer zusammengezogen sind. Vomigsb E η- und Austri t sind Le.tele- weise ist jeder bandförmige Abstandshalter als flexible, ^.""^""'8« ¹^¹¹J ^e, die ciie Strömung bier Kunststoffschlauch ausgebildet, »wischen fcintrm und Austritt m das^Rohrbündel lci- Durch diese Abstandshalter ist eine ausreichende

im. vorgesehen. Dies bedeutet, daß _ln Strömung*- 5 Strömung quer zur Lüngsrichtung der Schläuche gepichtung vor den Uitelemcnten, insbesondere in dem sichert und sind diese vorteilhaft fixiert und unterRaum um das Rohrbündel am Austritt eine große teilt, so daß sich eine Mehrzahl von Schlauchgruppen Strömungskomponente quer zu diesem radial nach längs des Rohrbündels, die einander abwechseln, bilinnen in das Bündel gerichtet ist. Dementsprechend den. Diese Gruppen werden in ihren Lagen iän^s herrscht am Austritt aas dem Gehäuse im Raum um io oder quer so getrennt und in geeigneter Lage gehal_das Rohrbündel in Stromungsriehtung hinter den ten. daß sich Strömungskanäle quer zu den Schläu-Leitelementen eine große radial nach außen gench- dien und dem Bündel erstrecken, wodurch der Slrötete Stromungskomponente. Bei bekannten Kon- mungswiderstand in Querrichtung und die auf jeden Sektionen wirkt eine derartige Querströmung, ins- Schlauch durch diese Strömung einwirkenden Kräfte besondere wenn sie m das Bündel nach innen gerich- .5 wesentlich verringert werden.

let ist, zu einem Zusammendrücken der flexiblen Es ist zwar schon von einem metallischen Wäime-

Schläuche gegeneinander und zur Mitte des Rohr- tauscher-Rohrbündel, dessen metallische Rohre bündeis mit einer solchen Kraft, daß die Strömung formstabil sind, bekannt (britische Patentschrift unterbrochen wird und der gesamte treibende Druck 607 717) zur Abstandshalterung und StrömungsFühnun gegen die Schläuche gerichtet ist. Dies ist wegen ₂₀ mim an Steile von Leitblech..!! diese durch vvendelder starken Zunahme des Stromungswiderstandcs um- Ii μ 1:1 ^ mn sie »cwickdte Draht j /11 halten, doch eigcnvünscht. Unter diesen Bedingungen ist es also net sich diese Maßnahm-, nicht für Kunststoffmöglich, daß das Rohrbündel in der Nähe des hin- :,chlauci,-Rohrbündel. weilen der Vielzahl von tritts in das Gehäuse oder von den Lcitelementcn so Schläuchen und deren Weichheit, weil sich die weit nach innen gedrängt wird, daß die Außeüströ- 25 Drähte in die Schlauche eindrücken wurden, mung das Rohrbündel nicht durchdringt, sondern Die Frfindung ist an einem Ausführungsbeispiel

nur zur Vergrößerung des Raumes /wischen der an ! land einei-/eiclmung näher erläutert, in der zeigt Außenseite des Rohrbündels und der (iehäuscinnen- Fig. 1. teilweise in SeiiensiclH. !-in erfindungsge-

seite und den Leitelementen beiträgt. Außer in der mäße> Wärmelauschcr-Rohrbündcl nit einem band-Nähc des Gehäuseeintritts oder den Leiiuäiid-.n kön- 30 formteil Abstandshalter.

nen auch hinter diesen und am (ieliäiiseaustriti uner- F i a. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in

wünschte Bedingungen auftreten, wobei die quer 1 1 >>. Ϊ /ur Veranschaulichung' des Verlaufs dc> oder radial nach außen gerichteten Strömungen die bandlörmigeii Ahaandshaliers. "

flexiblen Schläuche /u einer durchgehenden R ml F i ^ 3 eW vergrößerte vereinfachte Ansicht eines

schicht gegen die Gchäuseinnenwand presse!·., und .?.=, RohihüiuleK iiemäß F i g. 1 - jedoch mit einer andczvvar wieder mit einer solchen Kraft, daß die Strö- reu Anordnung des Abstandshalter. mung möglicherweise unterbrochen uird und e^ /u i^: 1 ü. 4 einer. Querschnitt durch das Rohrbündel

einer Beschädigung der Schläuche kommt. invKson- nach F ig. 3.

dere dort, wo sie gegen den Auslaß .ms dem (iehäiwe Die 1 i g 1 und 2 /eigen eine bcMii/ugte Ausfüh-

gedrücnt werden. Dieses allgemeine Problem bc-kh! i<> riin^^t.>r üi i.les erl'indungsgemäßen W .irmetauscheralso immer dort, wo eine Strömung seitlich ode; ijiiei I'.i'hrbiindcls. .las symmetrisch aulgehaut ist und aus zu einem üblichen Rohrbündel mit einer ein/iuen einei S'iel/ahl von flexiblen, lang-gerichteten Rohren Querrichtung vorliegt. Durch die bisherigen Vo?- oder Schläuchen /' gebildet im Dieses ist h.kIi schlage konnten diese Probleme mehl ic-.'.lo'- ^closi F \ u. 1 in (Juernchtung kreisrund und in l.ängsrichwerden. ^5 tiiiii: /\ lindrisch. Die Schläuche sind an beiden I-.n-

Für einen ausreichend wirksamen und die Kapa/i- .!en 111 einem Fiansehkragcn// test miteinander gc-(ät eines Rohrbündels aus Kunststoffseil!,iuL'hen voll li.iilen und miteinander und am I lanschkragen flusausnüt7cnden Wärmeaustausch muß eine au^rei- sinkeilsilichl verbunden. Hier wird bei Betrieb das chendc Strömung um und relativ /u jedem Schlauch innere Wärmciaiischcr-Medium /u- bzw. abgeführt, des Rohrbündels und unabhängig von dessen 1 j^e in 50 ' lemäß den 1 i >;. 1 und 2 dienen /ur Fixierung der diesem aufrechterhalten werden. Schlauche bandl.nmigc Abstandshalter S, ehe in ilie

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde. Mittel Schläuche /" des Rohrbiindels eingreifen und sich zur Halterung und Strömungsiülmmu in einem War- /wischen diesen Schläuchen quer erstrecken. Nach metauschcr-Pohrbündel aus Ik-xiblcn Kunsisioff- der hier g./eigten Anordnung verlauft der Absiandsschliiuchcn anzugeben, die eine Verbesserung eier 55 halter.V über den Imfang de. Ro.'iibündclr. um etwa Strömungsbedingungen um die Schläuche des Rohr- 12(1° über ein erstes Weizstück/Ί vom einen F.ndc bündcls ermöglichen. des Rohrbündel^ aus m. ehen (Fig. 2). Fi tritt dann

Diese Aufgabe ist erfiiuhmgsgemäß fiir ilas ein- in das (UiikIcI /wische,1 die Schläuche ein und bildet gangs genannte Rohrbündel dadurch gekisl. ilali de 1 einen ersten sehncnförrnigen Abschnitt C2, verläßt oder jeder bandförmige Abstandshalter das Rohr- 60 das Rohrbündel und läuft über äen Umfang des bündel in regelmäßig wiederkehrender Folge sehnen- Rohrbiindels in einem /weilen gekrümmten Wcgförmig quer durchdringt und dabei jeweils mehrere stück Pl von ctua 120 , tritt dann wieder in das Rohre umfassende Teile des Rohrbiindels voneinan- Rohrbündel ein und bildet einen zweiten schncnförder trennt und das Rohrbündel da/wischen bog-nför- migen Abschnitt C 3. um es wieder zu verlassen und mig am Umfang umschließt und daß seine Fnden an 65 über den Umfang in einem dritten gekrümmten Abden RohrbündelenJen unter einer Spannung befestigt schnitt /*3 um etwa 120 sich zu schlingen. Darauf sind, bei der sich Strömungskanäle zwischen den TcV tritt der Abslandshalter wieder in das Rohrbündel len des Rohrbün.J'.'ls ausbilden und diese Teile des ein und bildet einen dritten schncnförniigcn Ab-

schnitt Cl, woraufhin nach Austritt aus dem Rohrbündel eine neue Folge einer derartigen Einbindung beginnt.

Der Abstandshalter wird an seinen linden so befestigt, daß er eine gewünschte Anspannung erhält. Nach Fig. 1 ist er zu einer Doppclsehleife um das Rohrbündel geschlungen und unter den ersten gekrümmten Teilweg gezogen. Wenn gewünscht, kann eine weitere Befestigung durch Heißsiegeln mit sich selbst oder anderen Bauteilen, wie dem Flanselikragcn//, erfolgen. In dem Abstandshalter.V soll eine ausreichende Anspannung auch im Betrieb vorliegen. um ein gutes Anschmiegen an die Schläuche zu gestatten, wodurch auch in Querrichtung StrömungskanälcS erzeugt werden, wie dies aus Fig. 1 deutlich erkennbar ist, und zwar im Abstand voneinander längs des Rohrbündels. Dieses Eingreifen. Zusammenfassen oder Umschlingen von Schlauchbünik-Ilcilcn durch den Abstandshalter führt dazu, daß das Bündel kompakt zusammengehalten ist. Darüber hinaus ist das Rohrbündel in eine Vielzahl von kompakten Schlauchgruppcn an im Abstand befindlichen Stellen über die gesamte Länge unterteilt. Fs bilden sich seitliche Abstände zwischen diesen Schlauchgruppcn oder Teilbündeln und damit Strömungskanälc querdurch das Rohrbündel.

Der Abstandshalter .V besteht aus einem biegsamen Werkstoff, der mit dem der Schläuche verträglich ist. Bevorzugt wird der gleiche Werkstoff wie der für die Schläuche. Fs kann sich dabei um einen abgeflachten Hohlqucrschnitt etwa der gleichen Abmessung wie die Schläuche selbst handeln. Diese Hohlprofilc oder Schläuche als bevorzugte Abstandshalter sind seitlich verformbar, wirken als Kissen, bewirken eine elastische Umschlingung der Schlauchbündellcilc und damit eine Verringerung von Scheuerwirkung und Vcrschleiß.

Außer der Anordnung eines Abstandshalter*, wie er in F ig. 1 gezeigt ist. können noch andere Anordnungen, wie sie beispielsweise in Fig.3 und 4 dargestellt sind, angewandt werden. Hier liegt der Abstandshaltcr abwechselnd in etwa W periphcren Teilen vor und reicht durch das Rohrbündel in einem Mittelteil, wie aus F i g. 4 vom Rohrbündel aus betrachtet zu sehen ist.

Das erfindungsgemäße Rohrbündel hat eine vcrbesserte Wärmcübcrtragungsleistung durch verbesserte Flüssigkeitsverteilung über die ganzen Schläuche und Verringerung des Strömungswiderstandes in Querrichtung. Außerdem ist ein Verschließen oder Unterbrechen und Beschädigen der Schläuche oder Rohre infolge Zusammendrückens oder Ciegcncinandcrschlagcns oder Reibens weitgehend beseitigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

i 803910 ι hervor bei denen die Wärmedehnung bereits bePatentansprüche· trächtlich ist und die Schlauche biegsam und fast H pruu> Weich sowie deformierbar werden.Eme Anzahl von

1. Wärmeaustauscher-Rohrbündel aus einer besonderen konstruktiven Ma"-¹- "'

Vielzahl nebeneinanderliegender flexibler dünner 5 Probleme bei den bekannten

Rohre aus Kunststoff, die an ihren Enden in Kunststoffschlauch«!ι losenι so
einem Flanschkragen fest miteinander gehalten starre Zwischenwände oder Le.tbleche USA-Pa- und miteinander und am Flanscnkragcnflüssig- tentschrift 3 228456) vorgesehen ύIuf h ^ d.e keitsdicht verbunden sind und zwischen denen Schläuche sich w«e bei üblichen meta||»chen Warmindestens ein bandförmiger Abstandshalter an- io metauschern erstrecken und die 8'^Jf"Jß **··- geordnet ist, der das Rohrbündel durchsetzt und schenstützen bilden. Diese Zwischenbleche oder bogenförmig am Umfang anliegt, dadurch Leitwände dienen gleichzeitig der Erzielung ergekennzeichnet , daß der oder jeder band- wünschter Strömungen auf der Außenseite desRohrförmige Abstandshalter (S) das Rohrbündel in rc- bündeis. Es wurden auch bereits bandförmige gelmäßig wiederkehrender Folge sehnenförmig 15 Abstandshalter vorgesehen (USA-Patentschrift quer durchdringt und dabei jeweils mehrere 3 27V 959), die zvnschen den Schlauchlagen spirahg Rohre (T) umfassende Teile des Rohrbündels und in axialem Abstand voneinander über die Lange voneinander trennt und das Rohrbündel daz-i- des Rohrbündels verteilt vorgesehen sind Das Roh rschen bogenförmig am Umfang umschließt und bündel besteht aus einer Matte aus parallelen S jhlaudaß seine Enden an den Rohrbündelcnden unter «> chen, die ähnlich den Stäben eines RoI udens durch einer Spannung befestigt sind, bei der sich Stm- das Abslandsband miteinander verbunden s:nd und niungskanäle zwischen den Teilen des Rohrbün- wie ein Rolladenwickel aufgewickelt ist IJie.se Abdels ausbilden und diese Teile des Rohrbündels standshaller- und Verbindungsbander fixieren die quer zusammengezogen sind. Schläuche in gewissem Ausmuß, hallen sie zu einem

2. Rohrbündel nach Anspruch I, dadurch ge- 25 kompakten Bündel zusammen und beeinflussen in kennzeichnet, daß jeder bandförmige Abstands- begrenztem Ausmaß die Stromungsbedingungen der halter (S) als flexibler Kunststoffschlauch ausge- Außenflüssigkeit, also um d.e Schlauche des Bündels bildet ist. herum.