DE2114340A1

DE2114340A1 - Flossenrohrwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2114340A1
Application number: DE19712114340
Authority: DE
Inventors: Jakob Wagner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1971-03-24
Filing date: 1971-03-24
Publication date: 1972-10-05

Description

Flossenrohrwärmeaustauscher Es sind bereits Flossenrohrwärmeaustauscher vorgeschlagen worden, bei denen eine Vielzahl verhältnismäßig enger Rohre durch gemeinsam gelochte Bleche als Flossen in geringem Rohrlängen Abstand verbunden sind, wobei die geraden/durch nachträglich aufgelötete oder auch aufgeklebte Krümmer zu einer Schlange verbunden und die Enden einzelner oder mehrerer Schlangen zusammen als Eintritts- und Austrittsanschlußstutzen ausgeführt sind.
Die Herstellung solcher Wärmeaustauscher erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das aufwendige Lochen und -Anformen eines Bundes an den Löchern der Flossenbleche sowie das Verbinden einer Vielzahl von Kernrohren zu vermeiden und trotzdem große Wärmeübergangsflächen rür den Gaswärmeaustausch bei vermindertem Aufwand zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß für das eine Austaüschmedium flache oder flachelliptische Rohre in mehreren miteinander verbundenen Lagen vorgesehen sind, zwischen denen Flossenpakete aus an den gegenüberliegende Rohrflanken berührenden Stellen Jeweils abgekanteten Blechen angeordnet sind, deren Lamellenebenen im wesentlichen quer zu den Flachrohrlängsachsen verlaufen, wobei der metallische Kontakt zwischen Flossenpaketen und Flachrohren durch Einpressen der ersteren zwischen die Flachrohrlagen erreicht ist und die Flossenpaketlamellen zur Führung des zweiten Austauschmediums dienen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die flachen Rohre an ihren Querschnitt-Breitseiten bei großem Radius leicht gewölbt und an ihren Querschnitt-Schmalseiten halbkreisförmig begrenzt.
Die Rohrflachwölbungen geben bei mäßigem Verformungswiderstand elastisch nach bis zu auftretendem Widerstand bei sattem Anliegen der eingedrückten Rohrflachwölbung an den Flossenschmalseiten. Die aus der Durehbiegekraft der ohrflachwölbung gegenüber dem -Knickwiderstand der Flossenlamellen resultierende Spannung verbürgt den angestrebten metallischen Dauerkontakt zwischen Flachrohren und Flossenpaketen.
Die Anordnung der Flossenrohrwärmeaustauscher kann dabei in der Weise vorgesehen sein, daß die flachen Rohre aus geraden Rohrlängen und anschließenden halbkreisförmig senkrecht zur Querschnittslängsachse gebogenen Krümmern bestehen, so daß eie Rohrschlange entsteht, zwischen deren geraden Rohrlängen die Flossenpakete eingelegt und mittels Einspannaußenplatten und Zugankern zusammengehalten sind.
Dabei können mit Vorteil mehrere Flachrohrschlangen parallel angeordnet sein, wobei die Flossenpaketbandbreite mindestens der Summe der Breitseitenlängen der parallelen Flachrohrschlangen entspricht.
Zweckmäßig werden dabei als Abstandshalter zwischen parallel angeordneten Flachrohrschlangen deren Krümmer abdeckende Bleehpr-ofile zwischen die Einspannaußenplatten eingelegt, die zugleich das Zusammendrücken des Bündels aus Flachrohren und Flossenpaketen begrenzen.
Die erfindungsgemäßen Flo ssenrohrwärmeaustausche r können aber besonders vorteilhaft auch derart angeordnet sein, daß die Flachrohre ringförmig gehogen und/oder wendelförmig gewickelt mehrere koaxiale Flachrohrzylinder verschiedenen Durchmessers bilden, zwischen die Flossenpakete unter Eindrückern der Breitseitenwölbung der Flachrohre eingepreßt sind; Auf diese Weise werden besondere Einspannplatten und Zuganker erspart.
Mit Vorteil sind- diese Austauscher jedoch so vorgesehen, daß zwischen je zwei koaxiale Flachrohrzylinder unter Zwischenlage eines zylindrischen Blechringes zwei konzentrische Flossenpakete eingepreBt sind.
Durch Unterteilung der Flossenpakethöhen kann bei gleichmäßigerem Flossenabstand eine wesentlich größere Kühlfläche auf gleichem Raum untergebracht werden.
Auch innerhalb des innersten und/oder außerhalb des äußersten Flachrohrzylinders können zylindrische Blechrohre (Kernblechrohr bzw. Außenblechrohr) zur Aufrechterhaltung der Anpreßspannung des innersten bzw, äußersten Flossenpaketes an die benachbarten Flachrohrzylinder vorgesehen sein.
Die Flachrohrzylinder können dabei unter Umständen mit Vorteil mehrgängig wendelförmig gewickelt sein.
Der Steigungssinn der Rohrschlangen der einzelnen konzentrischen Flachrohrzylinder kann dabei gleichgerichtet oder auch entgegengesetzt gerichtet sein.
Zweckmäßig sind dabei die zylindrischen Blechringe zwischen je zwei konzentrischen Flossenpaketen von gleicher Blechstärke wie die Flossenpakete.
Mit Vorteil ist schließlich bei wendelförmiger Wickelung der Flachrohrschlange deren Anfang und Ende jeweils an der benachbarten Wendel lage befestigt, um die Rohrzylinderform zu fixieren.
Anhand der Fig. 1 bis 10 sollen nun einige vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Floseenrohrwärmeaustauscher beispielsweise näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein Querschnitt eines flachelliptischen Rohres, Fig. 2 zeigt ein Flossenpaket mit scharf abgekanteten Flossenblechlamellen, wie es hier vorgeschlagen wird, Fig. 3 zeigt ein Flossenpaket mit abgerundet umgebogenen Flossenblechlamellen, wie es bei unlösbarer metallischer Verbindung von Rohren und Flossen bereits vorgeschlagen worden ist.
Fig. 4 stellt den Aurriß eines Flossenrohrwärmeaustauschers mit geraden Flachrohrlängen dar, Fig. 5 stellt einen Schnitt durch den Flossenrohrwärmeaustauscher gemäß Fig. 4 nach der Linie V-V in Fig. 4 dar, Fig. 6 ist ein Grundriß des Wärmeaustauschers gemäß Fig. 4, horizontal geschnitten nach der Linie VI-VI in Fig. 4, Fig. 7 ist ein Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher mit ringförmig gebogenen und wendelförmig gewickelten Flachrohren, Fig. 8 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher gemäß Fig. 7 nach der Linie VIII-VIII.
Fig. 9 stellt einen Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher mit ringförmig gebogenen und wendelförmig gewickelten Flachrohren dar, zwischen denen unterteilte Flossenpakete eingeFreßt sind> Fig.10 ist ein Schnitt des Wärmeaustauschers gemäß Fig. 9 Linie ; nach der/X-X.
in Fig. t ist der flachelliptische Querschnitt eines Flachrohres dargestellt. Bei dem Zusammenbau des Wärmeaustauschers mit den Flossenpaketen wird dte flache Rundung mit dem Radius R ii eingedrückt, so daß sich Flachrohre ergeben. Die Schmalseiten der Flachrohre sind halbkreisförmig mit dem Radius r begrenzt.
Die Wandstärke der Flachrohre ist mit w bezeichnet, während die Breite der Flachrohre mit b angegeben ist.
Die Flossenpakete besitzen gemäß Fig. 2 eine Höhe h, einen Flossenabstand d und eine Wandstärke s. Gemäß Fig. 2 ist es zur Erzielung eines guten metallischen Kontaktes mit dem benachbarten Flachrohr einerseits und zur Erzielung einer möglichst guten Knickfestigkeit der Flossen andererseits wesentlich, daß die Flossenbleche jeweils an den gegenüberliegende Rohrflanken berührenden Stellen scharf abgekantet sind Bei bisher bekannten Ausführungen etwa gemäß Fig. 3 sind die Flossenblechlamellen 2t an ihren Umbiegungen jeweils abgerundes so daß durch die Druckbeanspruchung durch zwei gegenüberliegende Rohrflanken erhebliche Biegungskräfte in der Lamellenebene entstehen. Dadurch ergibt sich eine gestrichelt angedeutete Verformung der Flossen, die ihre Knickfestigkeit erheblich beeinträchtigt.
In den Fig. 4 bis 6 ist ein Flossenrohrwärmeaustauscher dargestellt, der aus gebündelten schlangenförmig gebogenen Flachrohren mit dazwischenliegenden Flossenpaketen zusammengesetzt ist. Zwischen den geraden Flachrohrlängen 1 befinden sich die Flossenpakete 2, deren Blechbandbreite der Flachrohrbreite dreier hintereinander angeordneter Flachrohrschlangen mit entsprechendem Abstand entspricht. Eine Flachrohrschlange besteht dabei aus geraden Rohrlängen 1, die durch ggf. angebogene Krümmer 1'verbunden sind. Auf einer Seite des Austauschers befinden sich zusammengefaßte Anschlüsse ), einerseits oben, andererseits unten.
Die Flachrohrschlangenbündel sind dabei durch oben und unten angeordnete gemeinsame Einspannaußenplatten 4 mit Zugankern 5 zusammengehalten. Als Abstandshalter zwischen parallel angeordneten Flachrohrschlangen sind deren Krümmer abdeckende Blechprofile 6 zwischen die Einspannaußenplatten 4 eingelegt, die zugleich das Zusammendrücken des Bündels aus Flachrohren und Flossenpaketen begrenzen.
Wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich, können die Flachrohre auch ringförmig gebogen und wendelförmig gewickelt mehrere koaxiale Flachrohrzylinder 1 O, 11 und 12 verschiedenen Durchmessers bilden, zwischen denen die Flossenpakete 17 und 18 unter Eindrücken der Breitseitenwölbung der Flachrohre eingepreßt sind. Die beiden innereii Flachrohrzylinder 11 und 12 besitzen dabei einen gemeinsamen Anschlußstutzen 13 mit Verbindungsrohr 14. Der äußere Flachrohrzylinder 10 ist mit Anschlußstutzen 16 versehen. Die anderen Rohrenden der drei Flachrohrzylinder 10, 11 und 12 sind durch ein Ubergangsrohr 15 verbunden. Arbeitet der Wärmeaustauscher als Verdampfer mit 1 Volumendehnung des Mediums so erfolgt dessen Eintritt in Stutzen 16 6 und dessen Austritt aus Stutzen 13. Bei Einsatz als Verflüssiger erfolgt Medlurneintritt durch Stutzen 13 und Austritt durch Stutzen 16.
In den Fig. 9 und 10 ist dann-schließlich noch eine besonders zweckmäßige Ausführungsform derartiger Flossenrohrwärmeaustauscher dargestellt. Es sind zwei wendelförmig gewickelte Flachrohrzylinder 10' und 111 vorgesehen, die durch ein Ubergangsrohr 12t verbunden sind und Anschlußstutzen 13' und 149 besitzen.
Zwischen einem äußeren zylindrischen Bleci.ring 20 und dem äußeren Flachrohrzylinder 10' befindet sieh ein äußeres Flossenpaket 21. In dem Ringraum zwischen dem äußeren Flachrohrzylinder 10' und dem inneren Flachrohrzylinder 11' befindet sich ein mittlerer Blechring 22, wobei in dem äußeren Ringraum zwischen diesem Blechring 22 und dem äußeren Flachrohrzylinder 102 ein Flossenpaket 23 eingepreßt ist und in dem inneren Ringraum zwischen dem Blechring 22 und dem Flachrohrzylinder 11' ein Flossenpaket 24 sich befindet.
Innerhalb des inneren Flachrohrzylinders 11 ' ist dann ein weitere Blechring 25 angeordnet, zwischen dem und dem Flachrohrzylinder 11t ein weiteres Flossenpaket 26 eingepreßt ist.
Durch diese Anordnung mit etwa halbierter Iföhe der Flossenlamelle wird ein gleichmäßigerer Abstand der- Lamellen längs ihrer Radialerstreckung und eine größere Austauschoberfläche pro Raumeinheit erzielt, weil bei einem einzuhaltenden Lamellen-Mindestabstand d an der Lamellenwurzel ihr Abstand am Lamellenscheitel sich bei verringerter radialer Lamellenhöhe erniedrigt.
ohr Werden in der Kältetechnik Flossenwärmeaustauscher dieser Art angewandt, so ergeben sich beispielsweise zweckmäßige Ausführungsmaße aus der folgende Tabelle für b, r, R, w, s, d und h. Die kleinsten Abmessungen gelten dabei für Verflüssiger, d.h. für Flossenrohrwärmeaustauscher, bei denen in den Flachrohren ein gasförmiges Medium zu verflüssigen ist. Die mittleren Maße gelten für Verdampfer, die nicht bereifen, d.h.
Flossenrohrwärmeaustauscher, in deren Flachrohren ein flüssiges Medium zu verdampfen ist.
Die größten Abmessungen gelten für Verdampfer, die bereifen, aa hierfür die Flossen größere Abstände halden mUssen, um nicht eine zu frühzeitige Verstopfung durch Eisbildung befürchten zu müssen. In allen Fällen strömt dabei durch die rlossenpakete jeweils ein gasförmiges Medium.
Flossenwärmeaustauscher für für Kältetechnik Maße in mm b r R wx) s d h Für Verflüssiger 20-25 2-3 100 0,25-0,4 0,15-0,3 1,5-3 15-20 Für nicht berei-25-40 2,5-4 150 0,25-0,4 0,15-0,3 2-6 20-35 fende Verdampfer Für bereifendexx) 30-60 3-7 200 0,4-0,6 0,3-0,5 6-10 35-50 Verdampfer x) abhängig z.B. von Kältemittel und Einsatz xx) abhängig z.B. von der Abtauautomatik.
14 Patentansprüche .-.

Claims

Patentansprüche

Flossenrohrwärmeaustauscher , dadurch gekennzeichnet, daß für das eine Austauschmediurn flache oder flachelliptische Rohre in mehreren miteinander verbundenen Lagen vorgesehen sind, zwischen denen Flossenpackete aus an den gegenüberliegende Rohrflanken berührenden Stellen jeweils abgekanteten Blechen angeordnet sind, deren Lamellenebenen im wesentlichen quer zu den Flachrohrlängsachsen verlaufen, wobei der metallische Kontakt zwischen Flossenpaketen und Flachrohren durch Einpressen der ersteeii zwischen die Flachrohrlagen erreicht ist und die Flossenpaketlamellen zur Führung des zweiten Austauschmediurns dienen.

Z Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch zi, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Rohre an ihren Querschnitt-Breitseiten bei großem Radius (R) leicht gewölbt und an Ihren Querschnitts-Schmalseiten halbkreisförmig (r) begrenzt sind.

3. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Rohre aus geraden Rohrlängen (7) und anschließenden halbkreisförmig senkrecht zur Querschnittslängsachse gebogenen Krümmern (ist) bestehen, so daß eine Rohrschlange entsteht, zwischen deren geraden Rohrlängen die Flossenpakete (2) eingelegt und mittels Einspannaußenplatten (4) und Zugankern (5) zusammengehalten sind.

4. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flachrohrschlangen (1, 1t) parallel angeordnet sind, wobei die Flossenpaketbandbreite mindestens der Summe der Breitseitenlängen der parallelen Flachrohrschlangen entsprEcht.

15. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandshalter zwischen parallel angeordneten Flächrohrschlangen deren Krümmer abdeckende Blechprofile (6) zwischen die Einspannaußenplatten (4) eingelegt sind, die zugleich das Zusammendrücken des Bündels aus Flachrohren und Flossenpaketen begrenzen.

6. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre ringförmig gebogen und/oder wendelförmig gewickelt mehrere koaxiale Flachrohrzylinder (10, 11, 12) verschiedenen Durchmessers bilden, zwischen die Flossenpakete (17, 18) unter Eindrücken der Breitseitenwölbung der Flachrohre eingepreßt sind.

| 7. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Je zwei koaxiale Flachrohrzylinder (10', 11') ) unter Zwischenlage eines zylindrischen Blechringes (22) zwei konzentrische Flossenpakete (23, 24) eingepreßt sind.

8. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des innersten Flachrohrzylinders (11t) ein weiteres konzentrisches Flossenpaket (26) durch ein zylindrisches Kernblechrohr (25) unter Spannung gehalten ist.

9. Flossenrohrwärmeaustauscher nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des äußersten Flachrohrzylinders (10t) ein weiteres konzentrisches Flossenpaket (21) durch ein zylindrisches Außenblechrohr (20? unter Spannung gehalten ist.

10. Flossenrohrwärmeaustauscher nach einem oder mehreren - der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohrzylinder mehrgängig wendelförmig gewickelt sind.

11. Flossenrohrwärmeaustauscher-nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der.Steigungssinn der Rohrschlangen der einzelnen konzentrischen Flachrohrzylinder gleichgerichtet ist.

12. Flossenrohrwärmeaustauscher nach einem oder mehreren der AnsprUche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungssinn der Rohrschlangen der einzelnen konzentrischen Flächrohrzylinder entgegengesetzt gerichtet ist.

13. Flossenrohrwärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Blechringe zwischen Je zwei konzentrischen Flossenpaketen von gleicher Blechstärke wie die Flossenpakete sind.

14. Flossenrohrwärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei wendelförmiger Wicklung der Flachrohrschlange deren Anfang und Ende jeweils an der benachbarten Wendellage befestigt ist,um die Rohrzylinderform zu fixieren.

L e e r s e i t e