DE2037873C3 - Wärmetauscher für zwei Fluide mit einem kreiszylindrischen Gehäusemantel - Google Patents

Description

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch metauschers ist mit Wärmetausch rohren gefüllt und gekennzeichnet, daß mindestens im Bereich des in eine Vielzahl von in Strömungsrichtung hintereinvom Eintrittsstutzen (5) zum Rohrbündel (40) andergereihten schmalen und langen Kammern aufführenden Weges des ersten Fluids innerhalb des 40 geteilt, die je mit einer Einzelrohrreihe versehen sind. Gehäusemantels (2) mit geringem Abstand von Außer den Leitwänden sind an den freien Enden diesem ein zweiter Mantel (12) angeordnet ist derselben in Strömungsrichtung abgebogene Lcit- und der Spaltraum (14) zwischen dem Gehäuse- schaufeln vorhanden, ähnliche Leitschaufeln finden mantel (2) und dem zweiten Mantel (12) mit dem sich auch an den Füßen der Leitwände.

vom Rohrbündel (40) zum Austrittsstutzen (6) 45 Jede Leitschaufel bildet eine Wand und die ihr geführenden Weg des ersten Fluids in Verbindung genüberliegende Hohlkehle die andere Wand einer steht. Düse mit sich verringerndem Querschnitt. Dadurch

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch wird eine Drosselung im Rohrbündel selbst und inigekennzeichnet, daß der Spaltraum (14) einerseits nerhalb des Weges des ersten Fluids durch das Rohrmit dem in Strömungsrichtung nach dem Rohr- 50 bündel erzielt, wobei der Weg durch die Leitwände bündel (40) angeordneten Beruhigungsraum (18') vorgegeben ist. Die Leitschaufeln selbst dienen zum und andererseits mit dem Austrittsraum (11) ver- Umlenken des Stromes sowie zu dessen Beschleunibunden ist. gung und zur Erzeugung einer Wirbelbildung des anfangs laminaren Stromes des ersten Fluids. Eine Ver-

55 teilung des Stromes des ersten Fluids über die ganze

Länge der Rohre wird nur dadurch annähernd erreicht, daß der Ausgangsstutzen an dem Eingangsstutzen abgewandtem Ende des Wärmetauschers an-

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für geordnet ist. Insgesamt ist die Bauweise dieses be-

ei Fluide mit einem kreiszylindrischem Gehäuse- 60 kannten Wärmetauschers sehr aufwendig, ohne daß

intel, der einen Raum umschließt, in dem ein ein guter Wirkungsgrad bei der Wärmetauschung er-

»hrbündel angeordnet ist, dessen Rohre parallel zielt wird.

r Zylinderachse zwischen zwei ebenen Rohrböden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer rlaufen, und vom ersten Fluid quer angeströmt Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schafirden, mit einem Eintritts- und einem Austrittsstut- 65 fen, bei dem ohne baulich aufwendige Anström- bzw π für das erste Fluid, die am Gehäusemantel über Abströmanbauten an dem Gehäusemantel mit nui ssen Umfang versetzt angebracht sind, und mit je zwei geraden Leitwänden am Rohrbündel ein vollief ebenen Leitwand an der Eintrittsseite und der kommen gleichmäßig über die ganze verfügbar«

WärmetauseiumvHv, insbesondere über die ganze LBnee des Rohrbündel», verteilter Durchgang des ertten Fluids im Raum des Rohrbündels erzielt wird, wobei der Wärmetauscher auch für höchste Leistungen was Druck, Temperatur, Durchtrittsmenge und 5 Durchtrittsgeschwindigkeit betrifft, benutzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor daß das mittig zum Gehäusemantel angeordnete Rohrbündel im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist, die Leitwände an gegenüberliegenden Seiten « des Rohrbündels anliegen und diese Seiten voll abdecken, daß der Eintritts- bzw. Austrittsstuteen auf die entsprechende Leitwand gerichtet ist, daß die Spalte Drosselstellen bilden, von denen die Durchtnttsfläche der eintrittsseitigen Drosselstelle kleiner 15 ist als diejenige der austrittsseitigen Drosselstelle, und daß zwischen den Drosselstellen und den senkrecht zu den Leitwänden verlaufenden Seiten des Rohrbündels Beruhigungsräume gebildet sind, die «ich über die ganze Rohrlänge im umschlossenen ao Raum erstrecken. Dadurch kommen die Drosselstellen für das erste Medium außerhalb des Raumes des Rohrbündels, d.h., vor und nach diesem, zu liegen. Auf Grund der Anordnung der eintrittsseitigen Drosselstelle wird der Strom des ersten Fluids durch die 35 Stauungswirkung dieser Drosselstelle über die ganze Länge des Wärmetauschers und damit über die gesamte Länge der Rohre des Rohrbündels verteilt. Diese Verteilung bleibt auch hinter der eintrittsseitioen Drosselstelle erhalten, so daß das erste Fluid sich 3° über die gesamte Breite des Rohrbündels eher laminar verbreitet, d. h., über die Breite aller im Rohrbündel nebeneinanderliegenden Rohre, wodurch eine eute gleichmäßig verteilte Beaufschlagung der ganzen 'verfügbaren Wärmetauschfläche erreicht wird. Ein vorteilhafter Nebeneffekt ist dabei die Verminderung von Geschwindigkeit und dadurch des Strömuneswiderstandes. Durch die mittige Anordnung des Rohrbündels ergibt sich jeweils vor bzw. nach dem RohrLündel ein Raum. Im Beruhigungsraum vor dem Rohrbündel, in Durchflußrichtung gesehen, kann sich das Fluid wegen seiner Entspannung nach der eintrittsseitigen Drosselstelle gut verbreiten und bildet eine Schicht von überall gleichem Druck, mit dem es durch das Rohrbündel durchdringen kann. Im Raum hinter dem mittig angeordneten Rohrbündel kann sich der durchgetretene Strom des ersten Fluids beruhigen, so daß das Abführen des Fluids zum Austrittsstutzen den Durchtritt des Fluios durch das Rohrbündel nicht stört. Dementsprechend ist auch die austrittsseitig^ Drosselstelle größer ausgeführt als öie eintrittsseitige Drosselstelle.

In bevorzugter Ausführungsform ist mindestens im Bereich des vom Eintrittsstutzen zum Rohrbündel führenden Weges des ersten Fluids innerhalb des Gehäusemantels mit geringem Abstand von diesem ein zweiter Mantel angeordnet, und der Spaltraum zwischen dem Gehäusemantel und dem zweiten Mantel Steht mit dem vom Rohrbündel zum Austrittsstutzen führenden Weg des ersten Fluids in Verbindung. Dadurch wird eine Isolationsschicht zum Schonen des Gehäusemantels gebildet. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Spaltraum einerseits mit dem in Strömungsrichtung nach dem Rohrbündel angeordneten Zwischenraum und andererseits mit dem Austrittsraum verbunden.

Es ist zwar schon ein Wärmetauscher bekannt, bei dem zwei Wände ineinandergeschachtelt sind, um zwei Strömungswege zu bilden, deren Q»^erschnitte von gleicher Größenordnung sind. Hier hwutelt J» sich um keine doppelwand Ausführung zur BU dung einer Isolationsschicht, sondern der Z;^WISCI1*" raum zwischen den beiden Wänden dient daw, das Strömungsmittel aus dem Austauscher wieder tierauszuführen, und zwar nach der gleichen Seite, von der es zugeflossen ist. _TT . ,,.;„..

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand dreier Ausführungsbeispiele von Wärmetauschern erlauien.

Fig 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher nach der ersten Ausführungsform Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie IWi m ^FlF⁸ig.3 einen axialen Längsschnitt durch einen

Wärmetauscher nach der zweiten Ausführung*form

Fig.4 einen Querschnitt nach der Linie lV-iv

'Ii g. 5 einen axialen Schnitt nach der Linie V-V in

^F1Fig! 6 einen axialen Längsschnitt durch einer. Wärmetauscher nach der dritten -'^ü"™^™;,,, Fig.7 einen Querschnitt nach dir Lime VIl-N Ii ^m F listen Schnitt nach der Linie VIiI-VIH in ^F Addern in den F i g. 1 und 2 dargestellten, Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers hat diesee kreiszylindrisches Gehäuse 1, welches einem Gchauscmantel2 und zwei Rohrböden 3 aufweist Durch die Rohrbödcn3 sind Rohre4 als Warmetauschele mente durch das Gehäuse 1 parallel zu seiner Langs achse geführt. An einer Seite ist in dem Gehausemantel 2 ein Eintrittsstutzen 5 eingesetzt, an Jn W genseite ein Austrittsstutzen 6. Durch diese Stutzen j und 6 strömt das erste der zwei Fluide undtasPuH die Außenflächen der Rohre 4. Das zwe te Flu d strömt innerhalb der Rohre 4. D.e Rohre hegen m einem mittig zum Gehäuse 1 angeordneten Rohrbun de! 40, welches einen rechteckigen Querschnittaut weist/über die ganze Länge des Gehäuses1^ tagen an den den Stutzen 5 und 6 zugewandten Se'ten ^d« Rohrbündels 40 zwei Leitwänae 7 und 7 . ^zw™ welchen ein Durchströmraum 8 gebildet ist Dieser Durchströmraum 8 ist mit den Stutzen 5 und 6 über zwei Drosselstellen 9 und 9' verbunden welche zw sehen dem Gehäusemantel 2 und den, freien Enden der Leitwände 7 und T freigelassen sind. Zwischen dem Eintrittsstutzen 5 und der - in St^nunpnch tung des ersten Fluids gesehen -ersten Drossel stelle 9 ist ein Verteilraum 10 und zwischen dem / ustrittsstutzeno und der zweiten DrMsektell-9 em Ausuittsraum 11 gebildet. Die D^""^?^ e.sten Drossclstelle9 ist kleiner ab d.e der Ä⁹'

Ämdes ersten Fluids kommt durch den EintrittsstutzenS in den Verteilraum 10 wo _e,* h im wesentlichen seitlich quer zur Stromungsnchtung über die ganze Gehäuselänge verbreitert. Gedrosselt durch die⁸erste Drosselstelle 9, dringt der Strom au der ganzen Länge des Gehäuses in «nen als Beflflu gungsraum wirkenden Vorraum 18 ein und gJang Jon hier in dun Durchströmraum8, wo er sch Wer die ganze Breite des Durchströmraumes 8 % β breiten

Nach seinem Durchtritt durch das Rohrbündel 40 wird der Strom über einen gleichfalls als Beruhigungsraum wirkenden Nachraum 18' durch die ihn drosselnde zweite Drosselstelle 9' in den Austrittsraum 11 abgeführt. Durch den Austrittsstutzen 6 verläßt das erste Fluid das Gehäuse 1. Dem Erfordernis eines fließenden Abführens desStromes entsprechend weist die zweite Drosselstelle 9' im Vergleich mit der ersten Drosselstelle 9 eine größere, sonst aber in der Form ähnliche Durchtrittsfläche auf.

Bei dem in den F i g. 3 bis 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels des Wärmetauschers sind an dessen Stirnseiten auf die Rohrböden 3 Deckel für das Leiten und Verteilen des zweiten, durch die Rohre 4 strömenden Fluids, wie allgemein bekannt, aufgesetzt. Das Gehäuse 1 ist doppelmantelig ausgeführt, um das Berühren des Gehäusemantels 2 durch das heiße erste Fluid zu vermeiden. Der zweite Mantel bzw. Innenmantel 12 erstreckt sich über die ganze Gehäuselänge in dem Bereich des vom Eintrittsstutzen 5 zum Durchströmraum 8 führenden Weges des ersten Fluids, und ist mit einem Innenstutzen 13, mit dem der Eintrittsstutzen 5 versehen ist, verbunden. Ein Zwischenraum oder Spaltraum 14 des zweiten Mantels 12 ist einerseits mit dem von dem Rohrbündel 40 zum Austrittsstutzen 6 führenden Weg und andererseits mit dem Austrittsraum 11 verbunden. Der Durchströmraum 8 ist mit dem Eintrittsstutzen 5 nur über die erste Drosselstelle 9 und mit dem Austrittsstutzen6 nur über die zweite Drosselstelle 9 verbunden. Ein vernachliissigbarer Teil des ersten Fluids strömt durch den 2'.wischenraum 14 in den Austrittsraum II.

Die Stutzen 5 und 6 liegen in der Mitte des Gehäusemantels2 (Fig. 3). Die Durchtrittsflächen der beiden Drosselstellen 9 und 9' weisen bezüglich ihrer kürzeren Koordinate eine symmetrische Form auf (F i g. 5).

Im wesentlichen ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers der Weg des Stromes des ersten Fluids gleichgeblieben. Im Bereiche des noch nicht abgekühlten ersten Fluids, das ist in dem Verteilraum 10, und in dem in Strömungsrichtung dem Rohrbündel 40 vorausgehenden Vorraum 18 des Durchströmraumes 8 ist der Gehäusemantel 2 gegen Wärmebeanspruchung geschützt. Der wesentliehe Teil des ersten Fluids wird durch die zweite Drosselstelle 9' in den Austrittsraum 11 abgeführt, wobei ein kleiner Anteil des Fluids einen Weg von dem in Strömungsrichtung nachfolgenden Nachraum 18' des Durchströmraumes 8 durch den Zwischenraum 14 des zweiten Mantels 12 in den Austrittsraum 11 fließt.

Durch den beschriebenen Schutz des Gehäusemantels 2 vor den Wärmeeinflüssen des heißen ersten Fluids kommen keine Verformungen durch lokale Erwärmung an dem Gehäusemantel 2 und den Stut-

ao zen 5 und 6 vor. In den meisten Fällen erübrigt sich eine thermische Isolation des Gehäusemantels 2 gegen die Umgebung.

Bei dem in den F i g. 6 bis 8 dargestellten dritten Ansführungsbeispiel des Wärmetauschers sind wie-

der, ähnlich wie in Fig. 3, an dessen Stirnseiten zwei Deckel aufgesetzt. Die Stutzen S und 6 liegen in dem Gehäusemantel 2 gegeneinander versetzt. Die Durchtrittsflächen der beiden Drosselstellen 9 und 9' weisen bezüglich ihrer kürzeren Koordinate eine asymmetrische Form auf, wie es Fi g. 8 zeigt. Die lichte Weite der Durchtrittsfläche der Drosselstellen 9 und 9' nimmt mit der Entfernung von den Stutzen 5 bzw. 6 zu. Auf diese Weise wird der Strom des ersten Fluids trotz der seitlichen Lage der Stutzen 5 und 6

gleichmäßig über die ganze Länge des Gehäuses 1 verteilt bzw. davon abgeführt. Im übrigen entspricht der Weg des ersten Fluids dem an Hand der F i g. 3 bis 5 (bzw. 1 und 2) gezeigten und beschriebenen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι 2 Austrittsseite, die parallel zur Zylinderachse von Patentansprüche: einem Rohrboden zum anderen verlaufen, auf einer Seite über deren ganze Länge einen Spalt mit gleich-

1. Wärmetauscher für zwei Fluide mit einem mäßigem Querschnitt frei lassen und auf der anderen kreiszylindriscben Gehäusemantel, der einen 5 Seite einen Eintritts- bzw. Austnttsraum abschließen. Raum umschließt, in dem ein Rohrbündel an- Der Wirkungsgrad solcher Wärmetauscher kann geordnet ist, dessen Rohre parallel zur Zylinder- bei sonst gleichbleibenden Bedingungen durch eine achse zwischen zwei ebenen Rohrböden verlau- bessere Verteilung des Stromes des ersten Fluids fen, und vom ersten Fluid quer angeströmt wer- über einen möglichst großen Teil der Außenfläche den, mit einem Eintritts- und einem Austrittsstut- io der Rohre erhöht werden. Diesem Erfordernis läßt zen für das erste Fluid, die am Gehäusemantel sich durch Verwendung von kürzeren und breiteren über dessen Umfang versetzt angebracht sind, Gehäusen nachkommen. Beim Bauen solcher Wär- und mit je einer ebenen Leitwand an der Ein- metauscher größerer Leistungen ist man oft aus trittsseite und der Austrittsseite, die parallel zur Raum- bzw. Transportgründen beschränkt.
Zylinderachse von einem Rohrboden zum ande- 15 Bei einem bekannten Wärmetauscher der eingangs ren verlaufen, auf einer Seite über deren ganze genannten Art wird zur Erzielung einer gleichmäßi-Länge einen Spalt mit gleichmäßigem Quer- gen Beströmung aller Rohre des Rohrbündels die schnitt frei lassen und auf der anderen Seite einen Zahl der parallelliegenden Rohre klein gehalten. Um Eintritts- bzw. Austnttsraum abschließen, da- sehr viele Rohre in Strömungsrichtuns 'rnu reinandurch gekernzeichnet, daß das mittig 20 der beströmen zu können, ist eine Mehrzahl von ium Gehäusemaiitel (2) angeordnete Rohrbündel Leitwänden angeordnet, welche die Beströmung um-(40) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet lenken. Dabei wird das durch den Eintritlsstutzen ist, die Leitwände (7, T) an gegenüberliegenden eintretende Fluid nicht über eine möglichst große Seiten des Rohrbündels (40) anliegen und diese Fläche der Rohre gleichmäßig verteilt, sondern Seiten voll abdecken, daß der Eintritts- bzw. 25 strömt, umgelenkt von den Leitwänden, dem Aus-Austrittsstutzen (5 bzw. 6) auf die entsprechende gangsstutzen zu, ohne sich über die Länge der Rohre Leitwand (7 bzw. 7') gerichtet ist, daß die Spalte zu verteilen. Auch v-X durch die Anordnung einer Drosselstellen (9,9") bilden, von denen die Vielzahl von Leitwänden dieser bekannte Wärmetau-Durchtrittsfläche der eintrittsseitigen Drossel- scher sehr aufwendig im Aufbau und damit teuer in Helle (9) kleiner ist als diejenige der austrittsseiti- 30 der Herstellung.

gen Drosselstelle (9'), und daß zwischen den Bei einem weiteren bekannten Wärmetauscher

Drosselstellen (9,9') und den senkrecht zu den wird durch die Anordnung einer Mehrzahl von Leit-

Leitwänden (7, T) verlaufenden Seiten des Rohr- wänden ebenfalls nur eine einfache Umlenkung des

bündeis (40) Beruhigungsräume (18,18') gebildet von der Eintritts- zur Austrittsseite strömenden er-

tind, die sich über die ganze Rohrlänge im um- 35 sten Mediums um die vom zweiten Medium durch-

schlossenen Raum erstrecken. strömten Rohre erzielt. Der gesamte Raum des Wär-