DE1917623A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, insbesondere auf einen luftgekühlten Kältemittelkondensator. Derartige Kondensatoren von Großkälteanlagen bestehen aus liegenden Kondensatorschlangen. Nachteilig ist der große Raumbedarf, bezogen auf die Kondensatorleistung und der relativ mäßige thermische Wirkungsgrad, denn in den liegenden, d.h. horizontal verlaufenden Rohren sammelt sich das Kondensat an und läuft nur sehr langsam ab, so daß ein Teil der Wärmeaustauschfläche der Rohre für die Kondensation nicht zur Verfügung steht. Bekannt ist weiterhin auch die Ausbildung derartiger luftgekühlter Kondensatoren in Form von Dachkonstruktionen. Diese Konstruktionen erfordern eine aufwendige Abstützung durch ein Gestell .
• Die Belüftung der Rohre ist thermodynamisch ungünstig. Weiterhin ist der Raumbedarf pro gegebener Kondensatorleistung groß.
• A@fgabe der Erfindung ist es, die den bekannten Kältemittelkondensatoren anhaftenden Nachteile zu vermeiden und in@besondere einen kompakten Kondensator zu schaffen, der mit geringsten Koston herstellbar ist, eine relativ gerings Aufstell-Bodenfläche benötigt und aufgrund einer gleichmäßigen Belüftung aller Rohre einen erhöhten Gesamtwirkungsgrad hat.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Kondensatorelemente in einem Gestell in steiler Anordnung derart anbringbar sind, daß sie einen turmartigen Gehäusomantel von vieleckigem Querschnitt bilden, daß koaxial zur vertikalen Gehäusemittelachse oberhalb des Gehäusemantels ein Gebläse vorgesehen ist, welches Kühlluft an im wesentlichen dem gesamten Umfang des Gehäusemantels über die Kondensatorelemente in das Gehäuseinnere saugt und vertikal nach oben fördert, und daß die Kondensatorelemente je aus einem oberen und einem unteren, etwa horizontalen Verteiler bzw. Sammelrohr sowie sich zwischen diesen von unten nach oben erstrockenden Kondensatorrohren, insbesondere Lamellenrohren bestehen.
• Mit der Erfindung werden erhebliche Vorteile ersielt. Die Kondensatorelemente können vorgefertigt werden. Sie werden an Ort und Stelle in das Gestell eingehängt und kältemittelseitig an die Verteiler- und Sammelrohre angeschlossen. Sämtliche Kondensatorelemente werden nach Art eines Vieleckes ringförmig zusammengeschlossen. Das gemeinsame Gebläse saugt die Kühlluft gleichmäßig über den gesamten Umfang der Kondensatorelemente an. Die Wärmeübertragungsverhältnisse sind dadurch besonders günstig. Der turmartige Aufbau ermöglicht die Unterbringung eines Kondensator von großer Kälteleistung auf kleinstem Raum und insbesondere auf minimaler Bodenfläche.
• Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die einselnen Kondensatorelemente leicht ausgetauscht werden können, wenn eine Reparatur notwendig sein sollte. Das Aushängen eines Kondensatorelementes nach Lösen der kältemittelseitigen Anschlüsse ist in kürzester Zeit möglich. Das gleiche gilt für das Einsetzen eines Austausckelementes. Der Kondemsator selbst braucht also nur während weniger Minuten, innerhalb deren das Anstauschen dieser Kondensatorelemente möglich ist, stilgesetst zu werden.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine rationelle Herstellung derartiger Kondensatoren dadurch möglich ist, daß dieselben Kondensatorelemente für versch@edene Kondensatorengrößen verwendet werden kömmon. So lass@n sich beispielsweise dieselben Kondensatorelemente @ür einem viereckigen, für einen sechseckigen und für einen achteckigen Kondensator benutzen. Der Umfang dieser drei Kondensatorgrößen wächst zwar entsprechend der Zahl der Kondensatorelemente an, nicht jedoch die Höhe, die durch die Höhe eines Kondensatorelementes vorgegeben ist. Man wird @elbstverständlich für einen Kondensator mit größerem Umfang auch ein größeres Gebläse verwenden, doch lassen sich - wie gesagt - Kondensatorelemente von ein und derselben Größe für verschiedene Kondensatortypen verwenden, also im angezogenen Beispiel für einen Typ von 100 %, 150 % und 200 %. Dies ist für die rationelle Fortigung und die Lagerhaltung von Ersatzteilen außerordentlich vorteilhaft.
• Auch ist eine nachträgliche Vergrößerung des Kondensators relativ leicht möglich, wenn sich nämlich herausstellt, daß die zuvor berechnete Leistung einer Kälteanlage nicht ausreichend ist und beispielsweise um 20 % erhöht worden muß, braucht lediglich das Kondensatorgestell, das vorzugsweise ebenfalls aus vorgefertigten Teilen besteht, etwas umgewandelt zu werden, um beispielsweise von einem viereckigen Kondensator durch Hinzufügen eines weiteren Kondensatorelementes einen fünfeckigen Kondensator zu schaffen. Die vier schon vorhandenen Kondensatorelemente können ohne weiteres, d.h. also ohne Inkaufnahme einer Verschlechterung des Wirkungsgrades für die vergrößerte Leistung benutzt werden.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kondensatorelemente unter einem Winkel von etwa 60 bis 90°, insbesondere etwa 70° zur Horizontalen geneigt sind.
• Vorzugsweise sind die Kondensatorelemente nach außen geneigt, so daß die Bodenfläche des Kondensators kleiner als die Querschnittsfläche im Oberteil des Kondensators ist. Diese Ausführung ermöglicht die Aufstellung des Kondensators auf einer minimalen Bodenfläche. Weiterhin ist die Belüftung der Kondensatorrohre bei dieser Ausführung besonders gleichmäßig, da das Sauggebläse die oberen Teile der Rohre nicht wesentlich stärker belüftet als die unteren Teile.
• Wenn die Kondensatorelemente bezogen auf die vertikale Mittelachse den Kondensators von unten nach oben schräg nach außen verlaufen, so ist die obere Länge des Kondensators von Ecke zu Ecke größer als die untere Länge. Vorteilhafterweise verwendet man rechteckige Kondensatorelemente. Es verbleiben dann aber dreieckförmige Zwickel an den Ecken, die abgedeckt werden müssen, damit die vom Gebläse angesaugte Luft nicht über diese Öffnungen in den Kondensator hineingelangt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden diese Abdeckelemente am Gestell vorgesehen. Es verbleiben dann recht eckige Aussparungen am Gestell, in die die Kondensatorelemente eingehängt werden können. Vorteilhaft ist es alternativ aber auch, die Kondensatorelemente selbst zwar mit t einem rechteckigen, effektiven Querschnitt zu versehen, an beiden Seiten aber dreieckförmige Abdeckplatten anzubringen, so daß jeder Kondensator im äußeren Umriß einen trapezförmigen Querschnitt hat.
• Eine spezielle Ausbildung eines Kondensatorelementes gemäß der Erfindung verwendet überhaupt keine Abdeckplatten an den Ecken Bei vertikalen Kondensatorelementen können die Eondensatorrohre parallel verlaufen. Werden die Kondensatorelemente Jedoch geneigt, so müssen die Kondensatorrohre von Rohr zu Rohr eine geringfügige Abweichung im Neigungswinkel haben. Wenn man zylindrische Rohre verwendet, so hat dies das Ergebnis, daß die Rohrabstände an den oberen Enden der Kondensatorelemente größer sind als unten, Dies kann man vermeiden, indem die Rohre konisch ausgebildet sind. Hierln liegt ein wesentliches Teilmerkmal der Erfindung, da die Konizität der Rohre und die Neigung der Kondensatorelemente so gewählt werden können, daß der kältemittelseitigen Kondensation einerseits, sowie den luftseitigen Wärmeübertragungsverhältnissen zwischen den Rohren andererseits optimal Rechnung getragen werden kann, Anhand der Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele darstellt, nei die Erfindung näher erläutert.
• Es zeigt: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen turmartigen Kondensator entsprechend der Linie 1-1 der Figur 2, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kondensator längs der Linie 2-2 der Figur 1, Fig. 3 einen Teil einer Abwicklung des Kondensatormantels, Fig. 4 ein Kondensatorelement längs der Linie 4-4 der Fig.3, Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Kondensator mit vertikalen Kondensatorelementen, Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 des Kondensators nach Figur 5 und Fig. 7 einen vertikalen Längsschnitt durch eine weiter abgewandelte Kondensatorausführung.
• Der Kondensator 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 setzt sich aus einem Gestelloberteil 12, einem Gestellunterteil 14, einer Anzahl Kondensatorelementen 16 und einem Gebläse 18 zusammen.
• Die Kondensatorelemente 16 sind nach oben und außen geneigt angeordnet. Das Gestelloberteil 12 besitzt demgemäß einen größeren Umfang als das Gestellunterteil 14. Beide Gestellteile 12 und 14 sind vorzugsweise als Vieleckringe mit derselben Eckenzahl ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 10 sechseckig, besitzt also sechs Kondensatorelemente 16. Wie besonders gut aus Figur 3 hervorgeht, sind die einzelnen Kondensatorelemente 16 rechteckig ausgebildet. Die Kondensatorrchre 20 verlaufen parallel und erstrekken sich zwischen nicht dargestellten oberen und unteren Verteiler- bzw. Sammelrohren, die etwa horizontal verlaufen. Die Rohre 20 sind in mehreren Reihen hintereinaber angeordnet (Fig. 4), vorzugsweise sind die Rohre gegeneinander versetzt.
• Wie aus der Abwicklung des Kondensatormantels gemäß Figur 3 hervorgeht, sind zwischen je zwei Kondensatorelementen 16 Abdekkungen 22 in Form von trapezförmigen Platten vorgesehen. Die kleinere der beiden parallelen Trapezseiten ist vorzugsweise praktisch bis auf einen Punkt zusammengeschrumpft, um einen möglichst großen effektiven Mantelanteil des Kondensators 10 für die Kondensatorrohre auszunutzen. Jede Abdeckung 22 besteht daher angenähert aus einem gleichschenkligen, auf der Spitze stehendem Dreieck.
• Bei der Ausführung gemäß der Figuren 1-4 sind die Abdecktmgen 22 dem Gestell 12, 14 zugeordnet und verlaufen jeweils in einer Ebene.- Alle Abdeckungen 22 bilden also ihrerseits, wie auch die Kondensatorelemente 16, Vieleckflächen, so daß der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kondensator tatsächlich zwölfeckig ist. Man sieht, daß zwischen je zwei Abdeckplatten 22 und dem oberen und den unteren Vieleckgestellringen 12, 14 rechteckige Hohlräume gebildet werden, in die die vorgefertigten Kondensatorelemente 16 hineinpassen. Sie werden in diese Hohlräume eingehängt, um mittels nicht dargestellter Befestigungseinrichtungen gehaltert. Am oberen Ende jedes Kondensatorelementes 16 befindet sich eine Dampfzuführung. Am unteren Ende ist eine Flüssigkeitsabzugsleitung vorgesehen, die in Figur 4 mit 24 bezeichnet ist. Das Gestell 12, 14 weist sternförmige Dampfzu- und Flüssigkeitsabfuhrleitungen auf. In Figur 2 sind die Flüssigkeitsabfuhrleitungen mit 26 bezeichnet.
• Die Kondensatorelemente 16 werden kältemittelseitig mittels bekannter Schraubanschlüsse 28 verbunden. Eine Demontage ist dadurch ohne Vornahme von Löt- oder Schweißarbeiten möglich.
• Anstelle der in den Figuren 1 - 4 dargestellten Ausführungsform können die notwendigen Abdeckungen zwischen je zwei effektiven Kühlabschnitten der Kondensatorelemente auch den Kondensatorelementen selbst zugeordnet werden. Die 6 kann man sich im einfachsten Fall so vorstellen, daß die in Figur 3 gezeigten trapes- bzw. dreieckförmigen Abdeckplatten 22 mittig in zwei gleich große Hälften geteilt werden und Jede Hälfte an der benachbarten Längskante der Kondensatorelemente 16 befestigt wird. Jedes Kondensatorelement erhält dadurch eine trapezförmige Ausbildung mit einem rechteckigen effektiven Eühlabw schnitt und zwei auf beiden Seiten aahängenden luftundurchlässigen Abdeckabschnitten. Alle Abschnitte liegen in diesem all in einer gemeinsamen Ebene. Setzt man einen Kondensator mit derartigen trapezförmigen Kondensatorabschnitten zusammen, so ergibt sich gegenüber der inden Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform die halbe Eckenzahl. Ein Kondensator mit sechs Kondensatorabschnitten ist bei einer derartigen Ausführung sechseckig. Das Gestell selbst läßt sich in dieeem Fall einfacher ausbilden.
• Der Kondensator gemäß Figur 5 unterscheidet sich von denjenigen gemäß der Figuren 1 - 4 lediglich dadurch, daß, die Kondensatorelemente 16 vertikal angeordnet sind. Bei dieser Ausführung entfallen Jegliche Abdeckplatten zwischen den Kondensatorelementen, da der obere Umfang des Kondensators gleich dem unteren ist. Das Gestell besteht in diesem Fall aus einem oberen und einem unteren Vieleckring 12, 14, die an den Ecken durch vertikale Säulen 30 auf Abstand gehalten werden. Zwischen je zwei Säulen 30 wird ein Kondensatorelement 16 eingehängt und - wie oben erläutert kältemittelseitig an sternförmige Dampfzufuhr- und Flüssigkeitsabfuhrleitungen angeschlossen.
• Die Flüssigkeitsabfuhrleitungen sind in Figur 6 wiederum mit 26 bezeichnet. Diese sternförmig angeordneten Zufuhr- und Abfuhrleitungen können gleichzeitig zur Versteifung des Gestells 12, 14 beitragen.
• In Figur 7 verlaufen die Kondensatorelemente 16 zur Horizontalen geneigt, Jedoch konvergieren sie im Gegensatz zu der Ausführung gemäß der Figuren 1 bisl 4 nach oben. Bei der Ausfuhrung' gemäß Figur 7 ist weiterhin unterschiedlich, daß die Kondensatorrohre 20 nicht parallel verlaufen, sondern von Rohr zu Rohr eine abweichende Neigung zur Horizontalen haben. Jedes Kondensatorelement 16 ist trapezförmig ausgebildet, wobei die beiden äußersten Rohre 20 parallel zu den Jeweiligen schrägen Trapezseiten liegen. Die Ausführung gemäß Figur 7 vermeidet zwar Deckplatten, so daß der Umfang des Kondensatormantels besser genutzt wird, bringt Jedoch bei Verwendung von zylindrischen Rohren den Nachteil, daß die Rohrabstände oben kleiner als unten sind. Durch entsprechende Dimensionierung der Rohrdurchmesser und der Neigung der Kondensatorelemente läßt sich aber erreichen, -daß. die Belüftung der Kondensatorrohre 20 oben und unten im wesentlichen glaich gut ist, da zwar oben wegen der geringeren Entfernung zum Gebläse die Saugwirkung größer, jedoch wegen der enger beieinanderliegenden Rohre der Strömungswiderstand auch größer ist; unten dagegen die Saugwirkung kleiner, aber die Widerstand auch kleiner ist.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Wärmeaustauscher, insbesondere luftgekühlter Kältemittelkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatorelemente (16) in einem Gestell (12, 14) in steiler Anordnung derart enbringbar sind, daß sie einen turmartigen Gehäusemantel von vieleckigem Querschnitt bilden, daß koaxial zur vertikalen Gehäusemittelachse oberhalb des Gehäusemantels ein Gebläse (18) vorgesehen ist, welches Kühlluft an im wesentlichen dem gesamten Umfang des Gehäusemantels über die Kondensatorelemente (16) in das Gehäuseinnere saugt und vertikal nach oben fordert, und daß die Kondensatorelemente (16) je aus einem oberen und einem unteren, etwa horizontalen Verteiler- bzw. Sammelrohr, sowie sich zwischen diesen von unten nach oben erstreckenden Kondensatorrohren (20), inebesondere Lamellenrohren bestehen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (16) geneigt angeordnet sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch - gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (16) unter einem Winkel von etwa 60 bis 900, insbesondere etwa 700 zur Horizontalen angeordnet sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (16) nach oben divergieren, so daß der Querschnitt des Gehäusemantels unten kleiner als oben ist.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlabschnitt der Kondensatorelemente (16) eine rechteckige Form mit parallelen Kondensatorrohren (20) aufweist.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kühlabschnitten zweier benachbarter Kondensatorelemente (16) eine trapezförmige Abdeckung (22) mit längerer Oberseite und kurzer Unterseite, in horizontaler Ansicht etwa in Form eines auf der Spitze stehenden gleichschenk'ligen Dreiecks, vorgesehen ist.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ,trapezförmige Abdeckung (22) am Gestell Q12, 14) vorgesehen ist.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente traperförmige ausgebildet sind.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente beidseitig je einen dreieckförmigen, dem Unterschied der oberen und unteren Gehäusemantelumfänge Rechnung tragenden Abdeckabschnitt aufweisen, und daß die bei benachbarten, einen Winkel einschließenden Abdeckeinschnitte zweier Kondensatorelemente die Abdeckung bilden.

10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Kondensatorrohre (20) jedes Kondensatorelementes (16) ihren Winkel zu den parallelen Seiten des Trapezes von Rohr zu Rohr ändern, derart, daß das erste Rohr (20) benachbart und parallel zu der einen sohrägen Trapezseite und das letzte Rohr parallel zur anderen schrägen Trapezseite liegt.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorrohre konisch mit dem größeren Dampfvolumen am oberen Eintritt Rechnung tragenden, von oben nach unten abnehmendem Querschnitt ausgebildet sind.

12 Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Rohre und der Neigungswinkel der Kondensatorelemente so gewählt sind, daß die Rohrzwischenräume von oben nach unten etwa konstant bleiben oder sich nach unten mit zunehmender Entfernung vom Gebläse (18) entsprechend den gewünschten durchzusatzenden Luftmengen geringfügig verändern.

130 Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kondensatorelement (16) mehrere luftseitig hintereinanderliegende Rohrreihen aufweist, deren Rohre (20) relativ zueinander versetzt sind.

14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch ge-Kennzeichnet, daß das Gestell (12, 14) aus einem. unteren und einem oberen Vieleckring (12; 14) mit Jeweils eine Ecke des unteren Ringes mit einer ausgerichteten Ecke des oberen Ringes verbindenden Stützen wobei zwischen Je zwei Stützen ein Kondensatorelement (16) austauschbar einhängbar ist.

15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der untere und/oder der obere Vieleckring (12; 14) sternförmig nach Art von Wagenradspeichen von innen nach außen verlaufende Streben (26) aufweist.

16. Wärmeaustauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben als Dampfzufuhr- bzw. Kondensatabflußrohre ausgebildet sind, die mit einer zentralen Dampfzufuhr- bzw.

Flüssigkeitsabzugleitung verbunden sind.