DE1816006C - Rohrbündelwärmetauscher - Google Patents

Description

5. Rohrbündelwärmetauscher nach einem der liehe Vergrößerung des Gesamtdurchmessers, und Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man käme dabei bald an eine Grenze, wo sich derzwischen den beiden an den Rohrenden vorgc- 45 artige poröse hohlzylindrische Körper nicht mehr sehenen Rohrboden (200, 300) als Abtrennung einwandfrei herstellen lassen. Ein weiterer Nachteil zwischen Eintrittskammer (120) und Austritts- einer solchen Vergrößerung bestände in einer ungünkammer(140) ein weiterer, ebenfalls in Stücke stigen Raumausnutzung des von dem porösen Maunterteilter Boden (500) vorgesehen ist. terial belegten Gebietes.

50 Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten der prak-

tisch gegebenen oberen Grenze einer Durchmesservergrößerung eines Rohrbündelwärmetauschers mil in einem hohlzylindrischen porösen Körper einge-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündel- 55 betteten Rohren mit einfachen konstruktiven Mitteln wärmetauscher, bei dem in einem Gehäuse eine zu überwinden und so zugleich mit der Verein-Eingangs- und eine Ausgangskammer für ein erstes fachung der Herstellung eine Verbesserung des Wärmetauschfluid und eine Eintritts- und eine Aus- Wärmetauschwirkungsgrades zu ermöglichen,
trittskammer für ein zweites Wärmetauschfluid aus- Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung

gebildet sind und die Eingangs- und die Ausgangs- 60 vorgesehen, daß die Rohre jedes Teilbündels in an kammer durch parallele Rohre miteinander verbunden sich bekannter Weise über den Umfang eines hohlsind, die in Teilbündeln zusammengefaßt jeweils in zylindrisch ausgebildeten porösen Körpers verteil· einem fluiddurchlässig-porösen Körper eingebettet sind, dessen Mittelkanal als Zuleitung für das zweite sind, der jeweils in Querrichtung von dem durch den Wärmetauschfluid vorgesehen ist, wobei die Rohre porösen Körper von der Eintrittskammer zur Aus- 65 an ihren Enden jeweils in ein Kopfstück eingesetzl trittskammer gelangenden zweiten Wärmetauschfluid sind, daß der Umfang aller hohlzylindrischen poröser durchströmbar ist. Körper von der gemeinsamen, die Wärmetausch-

Bei einem bekannten Rohrbündelwärmetauscher kammer darstellenden Austrittskammer umschlosser

ist, und daß die nebengeordneten Kopfstücke der 560 ist dabei so tortenstückartig geformt, daß es sich Teilbündel jeweils zu einem gemeinsamen Rohrboden mit den anderen zu einem kreisscheibenförmigen aller Rohre anemanderpassend ausgebildet und ver- Rohrboden ergänzt Die Verbindung der Kopfstücke bunden sind. -untereinander erfolgt bei dem gezeigten Ausfüh-

Es ist zwar an sich bekannt (schweizerische Patent- 5 rungsbeispiel durch Schweißnähte 270 im Rohrboden schrift 273 511), Z-fönnig abgebogene Rohre eines 200 bzw. 570 im Rohrboden 500. Alternativ können Rohrbündelwärmetauschers, dessen Rohre nicht in die Kopfstücke jedoch miteinander hartverlötet oder einen porösen Körper eingebettet sind, in einzelne auch in anderer Weise gegeneinander abgedichtet Bündel aufzulösen, die jeweils ein gemeinsames sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nehmen leistenförmiges Kopfstück besitzen, wobei die ein- io die Kopfstücke jeweils einen Winkelbereich von 90° zelnen Kopfstücke der Bündel jeweils an den beiden ein, so daß die Schweißnähte über den ganzen Durch-Enden der Rohre zu einem gemeinsamen Rohrboden messer des Rohrbodens geradlinig hindurch verlaualler Rohre aneinanderpassend ausgebildet und ver- fen könnten. Dementsprechend erkennt man in bunden sind. Bei diesem bekannten Rohrbündel- Fig. 2 jeweils einen Viertelkreis einnehmende wärmetauscher stellt sich jedoch die oben erläuterte 15 tortensiückartige Kopfstücke 230 und 260 des geProblematik der Erfindung nicht maß Fig. 1 an einem Ende des Rohrbündels angeln Anpassung an die hohlzylindrische Anordnung ordneten Rohrbodens 200 in der linken Hälfte der der einzelnen Rohre des Rohrbündelwärmetauschers zeichnerischen Darstellung und in deren rechter ist vorzugsweise vorgesehen, daß jedes Kopfstück Hälfte entsprechende tortenstückartige Kopfstücke tortenstückartig geformt ist Die Verbindung der 20 540 und 550 des Zwischenbodens 500. Der Aufbau Kopfstücke untereinander erfolgt zweckmäßiger- des Rohrbodens 300 entspricht dem des Rohrbodens weise dadurch, daß die Kopfstücke alternativ durch 200. Zur Herstellung des Rohrbündelwärmelauschers Schweißnähte miteinander verbunden oder mitein- werden die Rohre 900 zunächst in die Viertelkreisander hartverlötet sind. kopfstücke so eingesetzt, daß ihre Enden 920 etwas Vorzugsweise ist vorgesehen, daß zwischen den as durch öffnungen in den Viertelkreiskopfstücken hinbeiden an den Rohrenden vorgesehenen Rohrboden durchragen. An den Rohren ist ein entsprechendes als Abtrennung zwischen Eintrittskammer und Aus- dichtendes Verbindungsmittel, z. B. Hartlötmasse, trittskammer ein weiterer, ebenfalls in Stücke unter- vorgesehen. Die Viertelkreiskopfstücke mit den einteilter Boden vorgesehen ist. Dies ergibt den wei- gesetzten Rohren werden sodann in eine Kokille getcren Vorteil, daß nicht nur in Umfangsrichtung eine 30 legt, welche den gewünschten Querschnitt der Teilbesonders gute Ausnutzung der verfügbaren Wärme- bündel 1010, 1020, 1030 und 1040 begrenzt und tauschflächen der verschiedenen porösen Körper ge- entweder ein rohrfönniges Sieb oder einen Dorn zur wcniien wird, sondern auch in Axialrichtung des Festlegung des Mittelkanals 100 des jeweiligen po-Wärmetauschers. rösen Körpers 800 aufweist. In die Kokille wird zur Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- 35 Herstellung des porösen Körpers 800 ein Korntischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel material zusammen mit einer Hartlötmasse zum Vernoch näher erläutert. Es zeigt binden der körnerbildenden Schrotteilchen unter-F i g. 1 eine teilweise in axialer Richtung geschnit- einander und mit den Viertelkreiskopfstücken getene Ansicht der Längsseite eines Rohrbündelwärme- gössen. Nach dem Einbringen des Kornschrots und tauschers gemäß der Erfindung mit Schnittführung 40 der Hartlötmasse in die Kokille werden die Viertellängs der Linie 8-8 in Fig. 2, kreisglieder in einen Lötofen gelegt und über eine F i g. 2 einen aus zwei Hälften zusammengesetzten der besonderen Hartlötmasse und dem Kornschrot-Querschnitt durch den Rohrbündelwärmetauscher material entsprechende Zeit erhitzt. Auf diese Weise gemäß Fig. 1, wobei die linke Hälfte nach der wird der poröse grobkörnige Körper gebildet und linken Schnittlinie 2-2 und die rechte Hälfte nach 45 dieser mit dem tortenstückähnlichen Kopfstückder rechten Schnittlinie 2-2 in F i g. 1 geschnitten abschnitt abdichtend verbunden. Nach dem Herausist, und nehmen aus dem Ofen werden die Dorne aus den Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch den Gliedern entfernt. Ist ein Sieb verwendet worden, Wärmetauscher gemäß F i g. 1 nach dessen Schnitt- so ist dessen Entfernung natürlich nicht notwendig, linie 3-3. so Die so zusammengesetzten Viertelkreissegmente sind

Bei dem Rohrbündelwärmetauscher gemäß den in F i g. 2 mit 430, 440, 450 und 460 bezeichnet. F i g. 1 bis 3 sind Rohre 900 im Teilbündel 1010, Zur Herstellung des kompletten Wärmetauscher-

1020, 1030 und 1040 aufgeteilt, die jeweils in einem kerns werden die Viertelkreiskopfstücke lediglich hohlzylindrisch ausgebildeten fluiddurchlässig-porö- z. B. bei 270 und 570 zusammengeschweißt. Auch sen Körper 800 eingebettet und dabei über dessen 55 der Zwischenrohrboden 300 wird durch Schweißen Umfang verteilt sind. Die Rohre 900 sind dabei je- hergestellt. Der auf diese Weise durch Schweißen weils mit dem porösen Körper 800 wärmeleitend zusammengesetzte Wärmetauscherkern wird dann in verbunden. Man erkennt, daß die Rohre 900 in jedem das Mantelgehäuse 700 des Rohrbündelwärmetauporösen Körper 800 mit zwei verschiedenen Teil- schers geschoben und durch Weich- oder Hartlöten kreisradien und gegeneinander auf Lücke versetzt 60 in seiner Stellung gehalten. Die Mantelgehäuseendangeordnet sind. bleche 710 und 712 können nun z. B. durch Hart-

Die parallel zueinander verlaufenden Rohre 900 löten oder Schweißen mit dem Mantelgehäuse jedes Teilbündels sind an ihren Enden jeweils in ein verbunden werden.

Kopfstück 530, 540, 550 bzw. 560 eingesetzt, und Der Rohrbündelwärmetauscher arbeitet folgender-

die nebengeordneten Kopfstücke der Teilbündel sind 65 maßen:

jeweils zu einem gemeinsamen Rohrboden 200, 300 Das eine Wärmetauschfluid, z. B. Wasser, wird

bzw. 500 aller Rohre aneinanderpassend ausgebildet durch den Einlaß 720 in die Eingangskammer und verbunden. Jedes Kopfstück 530, 540, 550 bzw. zwischen dem Mantelgehäuseendblech 710 und dem

Rohrboden 200 eingeführt, tritt in die Rohrenden 920 ein, strömt durch die Rohre 900 und verläßt den Rohrbündelwärmetauscher durch die Ausgangskammer 130 und den Auslaß 750. Ein zu erhitzendes bzw. zu kühlendes zweites Wärmetauschfluid, z.B. öl, wird durch den Eintritt 730 in die Eintrittskammer 120 zwischen den Rohrböden 200 und 500 eingeführt und strömt in der Eintrittskammer 120 radial einwärts zum Mittelkanal 100 des jeweiligen porösen Körpers 800. Beim Durchlauf durch diesen Kanal wird Wärme mit dem ersten Wärmetauschfluid ausgetauscht, das durch das jeweilige Rohr 900 strömt. Das zweite Wärmetauschfluid strömt dann durch die öffnung 510 des Zwischenrohrbodens 500 in die zwischen dem Zwischenrohrboden 500 und dem Rohrboden 300 befindliche Austrittskammer 140. Wenn das zweite Wärmetauschfiuid dann vom Mittelkanal 100 radial auswärts strömt, steht es wieder in wärmeaustauschender Beziehung mit dem durch die Rohre 900 strömenden ersten Wärmetauschfluid. Das zweite Wärmetauschfluid sammelt sich schließlich im Außenteil der Austrittskammer 140 und verläßt diese durch den Austritt 740.

Der beschriebene Rohrbündelwärmetauscher arbeitet also mit zweifachem Durchgang des zweiten Wärmetauschfluids, weil Wärme zwischen dem zweiten Wärmetauschfluid und dem ersten Wärmetauschfluid sowohl in der Eintrittskammer 120 während des Einwärtsströmens zum Mittelkanal 100 hin als auch in der Austrittskammer 140 während des Auswärtsströmens vom Mittelkanal 100 weg ausgetauscht wird. Wegen der parallelen Strömung durch die Viertelkreissegmente 430, 440, 450 und 460 er-

S hält man nur einen geringen Druckabfall.

Die Abdichtung der Rohre gegen die Kopfstücke, der Kopfstücke gegen die Rohrboden und der Rohrböden gegen das Mantelgehäuse kann zusätzlich oder alternativ zum Hartlöten oder Schweißen auch z. B.

ίο durch eine in eine O-Ringnut eingreifende O-Ringdichtung erfolgen.

Bei dem beschriebenen Rohrbündelwärmetauscher fließt das zu erhitzende oder zu kühlende Wärmetauschfluid also im Parallelstrom. Dadurch wird erreicht, daß bei geringem Druckabfall ein großes Materialvolumen durchflossen wird. Die Anwendung von radialer Strömung durch die porösen Körper liefert eine hochwirksame und kompakte Wärmeaustauschanordnung, bei welcher nahezu das gesamte

so zu erhitzende bzw. zu kühlende Fluid in wärmeaustauschender Beziehung mit dem durch die Rohre strömenden Fluid steht.

Außerdem können die Viertelkreissegmente 430, 440 usw. auf Wunsch in großen Längen hergestellt

as werden. Die Querschnittsabmessungen jedes Segmentes sind dabei klein genug, um ein gleichmäßiges Verlöten der porösen Körper zu gewährleisten. Die Größe des Rohrbündelwärmetauschers wird somit nicht durch den Lötvorgang beschränkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. dieser Art (deutsches Gebrauchsmuster 1945622] sind bereits die in dem fluiddurchlässig-porösen Kör-1. Rohrbündelwärmetauscher, bei dem in einem per eingebetteten Rohre auf mehrere Teilbündel Gehäuse eine Eingangs- und eine Ausgangs- aufgeteilt, die in gesonderten neben- und übereinankammer für ein erstes Wärmetauschfluid und eine 5 der angeordneten Einheiten angeordnet sind. Die Eintritts-und eine Austrittskammer für ein zwei-. einzelnen Einheiten haben dabei quadratischen tes Wärmetauschfluid ausgebildet sind und die Querschnitt, und es sind vier solche Einheiten zu Eingangs- und die Ausgangskammer durch par- einem Block mit doppelt so großem quadratischen allele Rohre miteinander verbunden sind, die in Querschnitt zwecks leichterer Herstellbarkeit zu-Teilbündeln zusammengefaßt jeweils in einem 10 sammengefaßt.

   fluiddurchlässig-porösen Körper eingebettet sind, Während dieser bekannte Rohrbündelwärme-

   der jeweils in Querrichtung von dem durch den tauscher also einen rechteckigen Querschnitt hat. porösen Körper vor der Eintrittskammer zur befaßt sich die Erfindung mit der Problematik bei Austrittskammer gelangenden zweite Wanne- solchen Wärmetauschern, bei denen die Rohre über tauschflidd durchströmbar ist, dadurch ge- 15 den Umfang eines hohlzylindrisch ausgebildeten kennzeichnet, daß die Rohre (900) jedes porösen Körpers verteilt sind.
   Teilbündels (1010, 1020, 1030, 1040) in an sich Bei einem bekannten derartigen Rohrbündelbekannter Weise über den Umfang eines hohl- wärmetauscher (USA.-Patentschrift 3 289 756) strömt zylindrisch ausgebildeten porösen Körpers (300) das zweite Wärmetauschfluid über einen Umfangsverteilt sind, dessen Mittelkanal (100) als Zulei- ao bereich des hohlzylindrischen porösen Körpers radial tung für das zweite Wärmetauschfluid vorgesehen von außen nach innen und über den ergänzenden ist, wobei die Rohre an ihren Enden jeweils in Umfangsbereich radial von innen nach außen. Es ein Kopfstück (530, 540, 550, 560) eingesetzt ist jedoch auch bereits bekannt (deutsche Patentsind, daß der Umfang aller hohlzylindrischen schrift 696 033), jedenfalls bei nicht in einem poporösen Körper von der gemeinsamen, die as rösen Körper eingebetteten, sondern frei von dem Wärmetauschkammer darstellenden Austritts- zweiten Wärmetauschfluid außen beaufschlagten kammer (140) umschlossen ist, und daß die Rohren, die in einer zylindrischen Konfiguration annebengeordneten Kopfstücke der Teilbündel je- geordnet sind, einen Mittelkanal der zylindrischen weils zu einem gemeinsamen Rohrboden (200; Konfiguration als Zuleitung für das zweite Wärme-300; 500) aller Rohre aneinanderpassend aus- 30 tauschfluid vorzusehen,
   gebildet und verbunden sind. Ein hervorstechender Vorteil der Verteilung der
2. 2. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, Rohre über den Umfang eines hohlzylindrisch ausdadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopfstück gebildeten porösen Körpers besteht darin, daß eine (530, 540, 550, 560) tortenstückartig geformt ist. große Wärmetauschfläche mit kleinem Druckabfall
3. 3. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1 35 geschaffen wird. Bei Herstellung des porösen Köroder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf- pers aus einem Stück ist jedoch hinsichtlich der stücke (530, 540, 550, 560) durch Schweißnähte durch den Mittelkanal des hohlzylindrischen porösen 270, 570) miteinander verbunden sind. Körpers hindurchführbaren Wärmetauschfluidmengen
4. 4. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1 eine konstruktive obere Grenze vorhanden. Zwar oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf- 40 könnte man an sich daran denken, den Mittelkanal stücke (530, 540, 550, 560) miteinander hart- mit größerem Durchmesser auszubilden, eine zwangverlötet sind. läufige Folge wäre dabei jedoch auch eine wesent-