DE1991551U - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft Wärmeaustauscher oder Wärmeübertragungsgeräte insbesondere Wärmeaustausöher mit biegsamen Sohrelementen aus Kunststoff in Form von Hohrbündelm. Die neuen Wärmeaustauseher sind üblichen Rohraustausehern insbesondere Rohrbundelaustausohern aus Metallen in mehreren Hinsichten überlegen, z.B· in der Wirksamkeit, der Zuverlässigkeit« Sie-können sehr vorteilhaft an die jeweilige An« wendung angepasst werden, infolge der verschiedenen Eigenschaften des Kunststoffmaterials unter den Arbeitsbedingungen»

■'.■■■ - 2 - - ■ - '

Die neuen Wärmeaustauscher weisen viele Nach« teile der bekannten Austauscher aueh aus Kunststoff«-» material nicht auf»

Nach der US-Patentschrift 3 228 b$6 ist ein Wärmeaustauscher mit rohrartigen Austauscherelementen aus Kunststoff "bekannt, die sich für verschiedene Gebiete verwenden lassen» Bei Anwendung von flexiblen Kunst st off rohren gelängen Durchmessers ergeben sich eine Anzahl von Problemen nicht nmr bei der Konstruk·* tion sondern aueh bei der Herstellung und beim Betrieb» Bin Nachteil ist der relativ schlechte Wärmedurchgang und die relativ hohe Wärmedehnung der meisten Kunststoff materialien im Vergleich zu den üblicherweise angewandten metallischen Werkstoffen« Andere Probleme ergeben sich aus verschiedenen Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Flexibilität und Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials gegenüber den üblichen Werkstoffen für solche Anlagen» Herstellung und Betrieb

so sowie die Konstruktion solcher Anlagen hat/zu erfolgen, da die meisten üblichen ieile-wie sie bei metallischen Wärmeaustauschern vorliegen-geformt, erwärmt und angewandt werden können in Zusammenwirkung mit den Kunststoffteilen, so daß ein Wärmeaustauscher hoher Wirtschaftlichkeit aus Kunststoffmaterialien vorliegt,

3 -

~ 3

ohne daß durch Einwirkmg iibermässiger Kräfte von Schlag, Temperaturen oder anderen Bedingungen eine Zerstörung oder Beschädigung der &affii% verbundenen Kunststoffteile erfolgt.

Es besteht ein Problem in d8r Aufr-eehterhaltung gleiehmassiger Packung und des Strömungswiderstandes bei Rohrbündelaustausehern aus Kunst stoff rohren«, Dies ist die Folge der biegsamen., engen Kunst st off rohre, wie sie für derartige Austauscher zur Anwendung gelangen. Eine Erschwerung des Problems tritt bei höheren Arbeitstemperaturen ein, weil -äer die Wärmedehnung beträchtlich wird, die Rohre auch noch biegsamer und schlaff werden* Eine Anzahl konstruktiver Maßnahmen war erforderlieh, um bisher diese Probleme zu lösen. Nach obiger amerikanischer Patentschrift werden quer stehende, starre Leitelemente angewandt, die. von den Kunst stoff rohren durchdrungen werden und zn. eLö^en Unterstützung dienen. Diese Leitelemente sind er» forderlich, um die gewünschte Strömung außerhalb des Bohrelements zu gewährleisten» In der amerikanischen Patentschrift 3 277 959 sollen diese Schwierigkeiten behoben werden durch dazwischen gelegte Klebstreifen in einem gewissen Abstand auf den Bohrelementem des

-"4 m-

Rohrbündels, wodurch auch ein gewisser Zusammenhalt geboten wird. Dadurch entsteht ein beträchtlich kompaktes Bündel. Es ist damit eine gewisse Steuerung der Stromungsverhaltnis.se außerhalb der lehrelemente möglich. Gemäss einem nicht zum Stand der Technik ge« hörenden Vorschlag dienen zur Behebung dieser Schwierigkeiten durchbrochene Behälter oder Hülsen für die Aufnahme der Bohrbündel aus Kunststoffmaterial, um sie zusammenzuhalten und um die Bohrbündel die gewünschten Strömungsverhältnisse zu gewährleisten»

Alle diese Vorschläge weisen jedoch Widder andere schwere Probleme und Nachteile auf*· Das Einfädeln der grossen Anzahl kleiner Bohrelemente durch quer stehende Leitbleche ist eine zeitraubende und kostspielige Angelegenheit. Ein Zusammenquetsehen oder __ Auseinandertreiben der biegsamen Bohrstücke zwischen den im Abstand angeordneten Leitblechen wird nicht un« bedingt verhindert, wodurch die Strömungsverhältnisse um die Bohr bündel beeinträchtigt werden können,»

Die oben erwähnte Maßnahme mit im Abstand an** geordneten Klebstreifen um die Bohrelemente verhindert ein Biegen der Bohrbündel während der Her-

; . ... ■ „ 5 „

stellung und der Anwendung« Ss kam manchmal zu einer Beschädigung der lehrelemente kommen, wenn übermässige Biegekräfte auf treten·-Parüberhinaus verhindern die Klebstreifen nicht ein Zusammenquetsehen oder Ausweichen der biegsamen Rohrelemente zwischen den im Abstand angeordneten Klebstreifen, wodurch wieder die Strömgungsbedingungen beeinträchtigt werden. Auch die Befestigung dieser Klebstreifen an den Rohrelementen ist sehr aufwendig» Die Konstruktion mit einem Säfig- oder hülsenartigen Bauteil um die Rohrbündel verringert zwar das Ausweichen der !ohr·» ■ elemente, jedoch sind weitere Abstandshalter wie Klebstreifen erforderlich, um die Bohrelemente in dem erforderlichen Abstand voneinander zu halten» Ein Zusaramenquetsehen der Rohrelemente zwischen den Klebstreifen tritt auch noch auf, so daß auch dieser forschlag kostspielig undkieht immer erfolgreich ist, um ein Rohrbündel mit gleicher Rohrverteilung und gleichen Strömungsbedingungen zu gewährleisten.

Die Neuerung bringt nun dahingehend eine Verbesserung, daß die Flexibilität der Kunstst©ffrohre nutzbar gemacht wird, um ein Bündel von gleiehmässig angeordneten Rohrelementen ohne weiterer Konstruktion-

*. 6 -■

teile oder Hilfsmittel zu einem zusammenhängenden, kompakten Bündel zu bringen, in welchem gleiehmässige Packung und Strömgungsbedingungen vorliegen» Der Abstand der Bohrelemente über das ganze Rohrbündel wird gleich gehalten. Darüberhinaus ist das Rohrbündel biegsam und robust, wie dies für Wärmeaustauscher erforderlich ist* Die Anpassung bei Wärmedehnung geschieht in einer gleiehmässigeren und steuerbaren Weise» Wenn die Rohrbündel in der bevorzugten, hülsenartigen Form vorliegen, ist es ohne Schwierigkeiten möglieh, eine Anzahl von hülsenartigen Bündeln an der Innenseite der anderen vorzusehen und gegebenenfalls weitere Tragelemente anzuordnen und/oder die Strömungsverhältnisse um die Rohrbündel zu beeinflussen, indem ein im wesentlichen starrer Träger oder Abstandhalter innerhalb der Bündel vorgesehen wird, wie dies noch im folgenden näher er» läutert wird.

Die Neuerung soll an folgenden Figuren erklärt werden»

Fig» I zeigt perspektivisch einen bevorzugten Wärmeaustauseher nach der Neuerung, wobei vom Gehäuse

ein Teil entfernt ist, um auch die darinnen, befindliehen Teile zeigen zu können*

Fig. 2 soll eine Draufsicht auf eine andere Aus» führungsform der neuen Wärmeaustauscher zeigen, wobei auch wieder Teile des Gehäuses entfernt sind, um einen Einblick auf die Konstruktionselemente des Austausehers zu gewähren.

Fig. 3 ist eine Detailansieht eines Verteilers und Trägers nach Fig. 2,

Figv 4· ist eine Detailansicht eines Rohrbündels mit Stirnplatte und starrem Verteiler und Trägern Die ineinandergreifende Anordnung der flexiblen Rohr« elemente geht aus dieser Figur besonders deutlieh hervor.

Fig. 5 ist eine Detailansieht einer bevorzugten Verschlingung der flexiblen lehrelemente,, Aus dieser Figur geht auch der wichtige Winkel an den Kreuzungsstellen der Rohrelemente hervor.

5^2

Fig. 6 ist ein Teile[uer schnitt der Anordnung naeh Fig. k entlang der Linie 6 ** 6„

Fig. 7 ist ein Teillängsschnitt des Verteilers und Trägers der Fig. 3*

Fig. 8 zeigt eine vergrösserte Draufsicht eines Wärmeaustauschers ähnlich Fig« 4, jedoch mit einer anderen Verschlingung der Rohrelemente in Form von k Gruppen.

Nach Fig. 1 "befindet sieh der neue Wärmeaustauscher in einer Wanne 10 aus Wandelementen 11 für die Flüssigkeitsaufnahme bis zum Niveau 14« Der Flüssigkeit szulauf 12 und der -»ablauf 13 gestatten, ein Durchströmen der Wanne 10« Ein längliches, kompaktes Bündel 20 einer relativ grossen Anzahl feiner, dünnwandiger, biegsamer Kunststoffrohre T erstreckt sich zumindest durch einen Teil des Flüssigkeitsvolumens in der Wanne 10. Die Enden des Rohrbündels 20 sind

en

mit e4*ie»- Kopfteil/ 21 versehen, die eine freie Verbindung zwischen dem Hohlraum der lehrelemente T und der Speiseleitungen 23, 2k, 25 bewirken«, Geeignete Kjäpfteile

sind z.B. in den US~BatentSchriften 3 228 ^56 und 3 277 959 beschrieben.

Is können etwa 500 bis 10 000 ©der auch darüber Bohre T zu einem Rohrbündel verarbeitet sein« Die Herstellung und die Dimensionen sind in obigen amerikanisehen Patentschriften beschrieben« Das Kunst« stoffmaterial ist vorzugsweise ein Fluorkohlenwasserstoff, wie ein Mischpolymer .von Tetrafluoräthylen und Hexa« fluorpropylen mit einer Wärmeleitfähigkeit von ea« 0,15 koal/m.h.°G (0,1 B»T*

Die Bohre des gezeigten Bündels haben vorzugsweise einen Aussendurehmesser zwischen etwa 0,127 und 7 mm (5 bis 275 mils) bei einer Wandstärke von etwa 12,7 /U bis 0,76 mm (0,5 bis 30 mils) und an der Mittellinie einen Abstand von durchschnittlich dem £~ bis 2«»faiien Durchmesser.

Aus den Figuren kr bis 6 geht die Lage., der Bohre zueinander und die Packung der Bohrbündel hervor«, Der Strömungswiderstand wird lediglich durch das Ineinandergreifen und die Verflechtung der Bohre bestimmt. Sine geflochtene Anordnung im Sinne der

■ m 10 -

Figuren k bis β wird bevorzugt« Hier ist eine Vielzahl von geflochtenen Hülsen ineinander angeordnet; auf diese Weise wird 'das Rohrbündel gebildet« Im allgemeinen kann man sagen, daß jede Hülse eine erste Anzahl von Rohren aufweist, die in einem ersten schraubenförmigen Muster angeordnet sind, und eine zweite ineinandergreifende Vielzahl von Rohren in einem zweiten in entgegengesetzter Richtung laufenden schraubenförmigen Muster vorliegt. Bei den bevorzugten, ineinandergeschachtelten Mustern nach den Figuren liegt eine Art von Verwebung der zwei Muster (über 2, unter 2) aus den Rohren vor, wobei die zweite entgegengesetzt geflochtene Lage zu den einzelnen Elementen der ersten Lage versetzt angeordnet ist»

Eine andere Möglichkeit der Verflechtung von einem Rohrbündel ist in Fig« 8 gezeigt, wobei die Rohre in der gleichen allgemeinen Art verflochten sind, mit Ausnahme, daß e s si eh hier" um Gruppen von 4 Elementen handelt.

Sind die Rohrelemente zu dicht verflochten oder verwoben, so entsteht ein geschlossenes Muster, welches

- 11 -

den Strömungswiderstand erhöht und wegen der Gefahr des Verstopfens und eines Äbkniekens eim&elmer Sohre ungeeignet Ist. Andererseits kommt es bei zu locker geifloehtemem oder verwebtem Rohren zu ungenügendem Zusammenhalt und Kompaktheit« Bs kann damit die Lage der Elemente zueinander und die angestrebte, gleichmassige Packung uflddie Strömungsverhältnisse über das ganze Rohrbündel nicht gewährleistet werden·

Es konnte festgestellt werden, daß ein Regelfaktor der Winkel an den Kreuzungen der Rohre einer Lage gegen die Rohre der anderen Lage gegeben ist« Bei Rohren: obiger Dimension, insbesondere solchen mit etwa 2,5^ mm Aussemdurehmesser liegt dieser Winkel vorzugsweise zwischen etwa 10 und 60°, Die Beisteimmung des Winkels (FT) zwischen dem Punkten A, B, G ergibt sich aus Fig. 5·

Die Herstellung der gefcfloehtemen oder verwebten Bündel oder Hülsen kann auf übliche Weise z«B# auf Um^fIeehtmasehimem erfolgern mit geringen K©nstmuktions» änderungen, um diese Maschinen vom der Verarbeitung feimer massiver Fäden" oder Garne auf die Verarbeitung von Rohren einzustellen. Man kann z«B» eine Maschine entsprechend

* 12 m

«Catalog 56 (ELF-20004~lM-ll«64)" der Firma "Braiders" in'$Tew England Butt Co», 3Qk Pearl Street, Providence, Shode Island" anwenden* Als besonders günstig erwiesen sich solche Bündel mit Endstücken, in denen die Rohre im wesentlichen parallel liegen, um die Konstruktion der Stirnplatten für die Kopfteile des Wärmeaustauschers zu vereinfachen» Dies erreicht man durch ein periodisches unterbrechen des IfFleoht- oder Webvorgangs sobald die gewünschte Länge des Rohrbündels erreicht ist·*

Wie aus den Figuren 1, 4 und 6 hervorgeht, lässt sich die Form und/oder Anordnung der Rohrbündel als Ganzes mit Hilfe eines in dem Bündel angeordneten starren Elements einstellen und aufrecht erhalten» Dieses.Element kann gegebenenfalls hohl sein und mit Öffnungen 3*3 versehen sein, so daß eine Flüssig» keit durchgeleitet und in da-& Bohrbündel eingeleitet werden kann, um die Strömung und die Verteilung innerhalb des Baumes im Bohr bündel zu verbessern,, Nach Fig. 1 hat dieses Element 32 eine if-färmige Gestalt· Es befindet sich innerhalb des Bohrbündels und ist mit einer Knieleitung 31 an die Leitungen

.-■ 13 -

lG—34 542 - 13 -

30, 34 angeschlossen,über die eine Flüssigkeit in das Innere des Rohrbündels zugeführt werden kann»

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird das Rohrbündel 20 mit dem starren Element- 32 zueinander und zu den Wandelementen 11 der Wanne 10 mit Spannelementen 40, 42, 43 und Bolzen 41, 44 gehalten«,

Hei Betrieb einer Vorrichtung nach Fig» I wird ein fließfähiges Medium einer Temperatur durch die Wanne 10 bei Zuleitung 12 eingeleitet und über Ableitung 13 ausgetragen» Ein 2* fließfähiges Medium beträchtlich unterschiedlicher Temperatur strömt durch die Rohre T des Rohrbündels 20 über die Zu«· leitungen 23, 24, 25 und den Kopfteil 21, wobei der Wärmeaustausch zwischen diesen beiden fließfähigen Medien stattfindet. Um die Flüssigkeitsströmung zwischen den Rohren des Bündels 20 zu verbessern, kann ein Teil der sich in der Wanne befindenden Flüssigkeit durch das starre Element 32 geführt werden. Es tritt durch die Düsen 33 innerhalb des Rohrbündels aus· Die Zuführung zu der Einheit 32 geschieht über die Zuleitungen 30« 34#

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der neuen Wärmeaustauscher« Es handelt sieh hierbei

- 14 -

«, 14 -

um einen Rohraustauseher innerhalb eines Mantels wie er z.B. in der US~Satentschrift 3 228 456 feesehrieben ist. Ein geflochtenes oder verwebtes Rohrbündel ähnlich dem der Fig· 4 befindet sieh in dem Mantel 101, welcher mit Zuleitung 103, Ableitung 104 und den Kopfteilen 102 für den Eintritt und Austritt eines fließfähigen Mediums in die tau aus den Rohren versehen ist· Als Kopfteil können wieder Konstruk·» tionen im Sinne der ameiikanisehen Patentschriften 3 228 456 und 3 277 959 angewandt werden» Gegebenen« falls kann ein starrer Träger 401 in Zusammeüwirkung mit der Zuführungsleitung 105 und. der Abführung 106 im Sinne der Fig. 2 zur Anwendung, gelangen. Dieser Träger wird von den Bohren des Rohrbündels durchdrungen und hält diese in ihrer Lage» Gleichzeitig werden die Strömungsverhältnisse verbessert, indem durch den Träger 401 Flüssigkeit abgeleitet wird, die bei den Busen 403» 404 austritt* Form und Funktion dieses Trägers geht aus den Figuren 3 und 7 hervor» Die Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 ist aus dieser ohne Schwierigkeit zu entnehmen« Sin fließfähiges Medium einer bestimmten Temperatur tritt bei 105 außerhalb der Rohre in den Mantel 101 ein und verlässt diesen bei 106, Ein fließfähiges Medium unterschiedlicher

- 15 -

ία « - 15 - ■

T_emperatur tritt bei 103 ia &©& Kopfteil ein, durch strömt die Rohre~und verlasst den Austauscher über am anderen Kopfteil.

Im Vergleich mit den oben erwähnten bekannten Wärmeaustauschern stellt die neue Konstruktion mit den biegsamen Rohren,die selbst in gewissem Sinne als Abstandhalter wirken, eine sehr geeigente -Konstruktion, dar. Die Rohre sind über die ganze Länge des Bohrbündels in ihrer Lage fixiert. Es ist eine im wesentlichen gleichmässige Packung und gleicher

guten Strömungswiderstand, wie dies für einen- efeärme-» austausch©«.notwendig ist, sichergestellt. Die neuen Wärmeaustauscher sind biegsam und weitgehend- handlieh

bei der

beim Zusammenbau, Betrieb und/Wartung, wobei im allgemeinen die wichtige Relation der Rohre zuefcander sichergestellt ist. Die neuen Wärmeaustauseher zeichnen sich durch eine bemerkenswert geringe Neigung zum Verstopfen für ein Abknicken oder Beschädigen der Bohre und durch besseren und gleichmässigeren Wärmeaustausch aus.

Sahut zansprüehe 8179

Claims (1)

S-chut ζ a η s ρ r ü c h e

1. RohrbündelwWärmeaustauscher-lilement aus flexiblen, engen Kunststoffrohren zwischen 2 Stirnplatten, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest 2 hülsenförmige Lagen aus geflochtenen oder gewebten Bohren übereinander angeordnet sind, wobei die Flecht- oder Webriehtung in den aneinanderliegenden Lagen entgegenge setzt i st».

2· Rohrbündel-Wärmeaustauseher-Sleraent nach An« spruch 1, dadurch ge k e η η ζ e i ohne t ,' daß mehrere Lagen miteinander verflochten- odejs- verwoben sind.

% Rohrbündel-Wärmeaustauseher-ilement nach Anspruch oder 2, dadurch gekennze i ehne t , daß sich innerhalb des Sohrbündels (20) ein starrer Träger (32) befindet*

4-.· Rohrbündel-WärmeaustausiGher^llement nach Anspruch 3, dadurch gekennze iehne t , daß der Träger (32) mit einer Zuleitung (30*34·) für das Medium,

1 Γ* O/l fill O

welches sich außerhalb der Rohre befindet, verbunden ist und im Bereiche des Rohrbündels Austrittsöff« mangen (33) aufweist»

5· Rohrbündel-Wärmeaustauscher-Element,nach

1 bis

Anspruch/^, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus Fluorkohlenwasserstoffen, ins« besondere einem Mischpolymerisat von TetraflUoräthylen und Hexafluorpropylen besteht«

6* Rohrb&idel-Wärmeaustauseher*»Slement nach

Anspruch 5» .dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre einen Außendurchmesser von etwa 0,127 bis 7 mm und eine Handstärke von etwa 12,7 bis 7&0 /Ufn aufweisen.

7· Rohrbündel-Wärmeaustauscher-Element nach An-

sprueh 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zwischen zwei sich überkreuzenden Rohren in dem Flechtwerk oder Gewebe etwa 10 bis beträgt ·