DE2135647A1

DE2135647A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2135647A1
Application number: DE19712135647
Authority: DE
Inventors: James Nelson Syracuse; Osborne William Thornton East Syracuse; Case George Mearl Kirkville; N.Y. Cuny (V.St.A.). P
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-07-16
Publication date: 1972-05-10
Also published as: CH542419A; FR2112497A3; FR2112497B3

Description

15. Juli 1971 Wärmeaustauscher 2135647

Die konstruktiven und thermischen Vorteile des echten Gegenstromprinzips bei Kondensatorkonstruktionen sind wohlbekannt. Um jedoch einen gewünschten Wärmeaustausch bei noch zulässigen Druckabfällen zu erzielen, ist es für Konstrukteure notwendig geworden, auf eine Anordnung zurückzugehen, die eine Kombination von Gegenstrom, Kreuzstrom und Gleichstrom darstellt.

Es ist auch schon bekannt, daß der größte Widerstand gegen «inen Kondensationswärmeaustausch von dem thermischen Widerstand des Flüssigkeitsfilmes herrührt, der sich bildet, wenn ein gesättigtes Gas an den bekannten Konstruktionen kondensiert. Bei diesen bestehenden Konstruktionen muß das Kondensat entlang den Rohren vom Einlaß zum Auslaß des Kondensators transportiert werden.

Die Vorteile bei der Verwendung von Alurainiumrohren und -Rohrboden bei der Konstruktion von Kondensatoren für viele Anwendungsgebiete sind ebenfalls bekannt und anerkannt. Von besonderem Interesse ist die erhebliche Materialkostenersparnis im Vergleich zu anderen Materialien, wie beispielsweise Kupfer, dessen Preis und dessen schlechte Verfügbar-

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- 2 keit in der letzten Zeit zugenommen hat.

Bei bekannten Kondensatorkonstruktionen, in denen Aluminiumrohrleitungen verwendet werden, sind die einzelnen Rohre untereinander durch Rückführkrümmer verbunden, die an den Enden der Rohre durch ein Verbindungsverfahren, wie Weich- oder Hartlötung, befestigt sind. Es ist schwierig, bei der Verwendung eines solchen Verfahrens eine zuverlässige, leckdichte Verbindung lückenlos zu erhalten, insbesondere bei Vorhandensein einer korrundierenden Atmosphäre. Auch wird dieses Verfahren durch verschiedene Schwierigkeiten erschwert, beispielsweise durch den erhöhten Zeitbedarf für die Herstellung der Verbindungen und die anschließende Reinigung und Spülung der Verbindungsstellen.

Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung sind nun besonders gut geeignet für die Verwendung von Aluminium-Rohren und Aluminium-Rohrboden ohne Weich- oder Hartlötvorgänge. Die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Verbindungen werden vollständig vermieden, indem die in den Rohrboden liegenden Enden der Rohre, beispielsweise durch ein Roll- oder Stauchverfahren, aufgeweitet werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein

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Wärmetauscherapparat, beispielsweise einen Kondensator für gesättigtes Gas (Dampf) zu schaffen, der eine bauliche Anordnung für die Durchführung eines echten Gegenstroms des Gases umfaßt und in welchem Aluminium-Austauscherrohre vorteilhafterweise verwendet werden können und der weitgehend trocken arbeitet. Demzufolge wird der Wirkungsgrad des Kondensators so gesteigert, daß eine ausgesprochen kleine Oberfläche zur Durchführung des Kondensationsvorganges erforderlich ist.

ι Erfindungsgemäß wird eine hohle Sammlervorrichtung durch vertikal

sich erstreckende Kammern gebildet. Horizontal angeordnete Wärmeaustauscherrohre sind in Reihen zusammengefaßt, die über die Sammlerkammern hintereinandergeschaltet sind. Eine Lüfter-Anordnung kann dazu herangezogen werden, einen Luftstrom über die Rohre zu leiten. Die Sammlervorrichtung kann aus einer oder mehreren Einheiten oder Baugruppen bestehen. Vorzugsweise sind die Enden der Rohre in einem Rohrboden dichtend befestigt und die Sammlervorrichtung ist in flüssigkeitsdichter Anordnung und lösbar an dem Rohrboden angebracht.

Figur 1 der Zeichnung zeigt eine Draufsicht auf den Kondensatoraufbau gemäß der Erfindung, worin die obere Wand der Sammlervorrichtung jremüß den Schnittlinien 1-1 nach Figur 2 entfernt ist.

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Figur 2 ist eine Ansicht der Sammlervorrichtung in einem Vertikalschnitt gemäß Linien 2-2 nach Figur 1·

Figur 3 ist eine der Figur 1 ähnliche Ansicht, in der die Sammlervorrichtung von einer einzigen Einheit oder Baugruppe gebildet wird.'

Gemäß Figur 1 sind die Wärmeaustauscherrohre horizontal angeordnet ^ und in vertikalen Reihen 10,11,12 und 13 zusammengefaßt * Die Rohre sind als in U-Form gekrümmt dargestellt. Die Enden der Wärmeaustauscherrohre stehen mit in einer Sammlervorrichtung gebildeten Kammerfcin Verbindung. Die Sammlervorrichtung kann aus einer oder mehreren Einheiten oder Säulen bestehen.

In Figur 1 ist die Sammlervorrichtung als aus zwei nebeneinanderstehend angeordneten Einheiten 15,16 bestehend dargestellt. Die Einheit

ψ 15 umfaßt «in hohles Säulenglied mit einer Seitenwand 17» die an einem Rohrboden 18 mit Hilfe von Stiftschrauben 20 befestigt ist. Entsprechende Enden der Wärmeaustauscherrohr· in den Reihen 10-13 sind in dem Rohrboden

■■ 18 dichtend befestigt, beispielsweise durch Aufweitung in den in dem Rohrboden angebrachten öffnungen» Die Seitenwand 17 der Säulenanordnung weist eine Vieliahl von öffnungen auf, die den sich durch den Rohrboden 18 erstreckenden Enden der Wärmeaustauecherrohre zugeordnet Kind. Diese öff-

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nungen haben den Rohrenden gegenüber ein Übermaß.

Die Einheit 15 weist auch Wände 21,22,23 auf, die ein· i» Querschnitt rechtwinklige Hohlsäule bilden. Eine Zwischenwand Zh erstreckt sich von der äußeren Wand 22 zur Wand 17 und liegt mit Abstand parallel xur Wand 21_f wobei sie eine vertikal angeordnete Einlaßkammer 25 bildet» Ein· rechtwinklig abgebogene Zwischenwand 26 ist entlang einer Kaut· an der Wand 17 und entlang der entgegengesetzten Kante an der Zwischenwand 2h befestigt. Diese Glieder bilden eine Zwisohen-Kammer 2? und eine Auslaßkammer 31·

Die Sammlereinheit 16 weist eine Seitenwand 37 auf, die an den Rohrboden 38 mittels Stiftschrauben A-O befestigt ist,

Seitenwände νΐ,Α-2₄43 bilden in Verbindung mit d»r Wand 37» di· durch eine Zwischenwand Mf in Kammern h7,h8 aufgeteilt ist« D«r Rohrboden 38 und die Wand 37 sind vergleichbar dem Rohrboden 18 und dir Wan* 17 in der Einheit I5.

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Die Wand 21 der Einheit 15 wsist erinsji LeitungsanschiuÄ 5<Xaurch welchen die Flüssigkeit ■?■'■: d■£■?:■ Γ:· r";..«3k'i::ά:. - "3 gelangt» Bit W^rmeauatauacherroh.re in der Heiha 10 haotr„ z^-y.. ': ;&:!'' -'ri.. . ' ■·." ν '""ν,"";. -':k&miT<$r 25 in

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setzten Enden der Rohre in der Reihe 10 stehen mit der Kammer 47 in der Sammlereinheit 16 in Verbindung. Auch gleiche Enden der Rohre in der Reihe 11 führen in die Kammer 47 j während die entgegengesetzten Enden der Rohrreihe 11 mit der Kammer 27 in der Einheit 15 in Verbindung stehen. Gleiche Enden der Rohre in der Reihe 12 stehen mit der Kammer 27 und deren entgegengesetzten Enden mit der Kammer 48 in &er Einheit 16 in Verbindung, Schließlich führen die Rohre in der Reihe IJ; Tsa der Kammer 48 zu der Kammer 31 in Einheit 15» die eisen Auslaß- 53 aufweist.

Es wird augenscheinlich sein, daß der In die Kammer 25 eintretende Dampf entlang den Rohren in Heise 10 zur Kassi&T 4? geführt wird- Jedes Kondensat, das sich in den Rohren der Reihe IS bildetjfeifolge der Schwerkraft auf ar-- \~QiQn der Kasser 4?» Bie Linie 55 deutet eine mögliche Ansammlung von Kondensat am Boden der Kammer 4? an.

Der in die Kammer k? gelangte Dampf irsrläßt diese durch die Rohre der Reihe 11 uad wird in dl® Kassier 27 der Ss^rslervorrichtungseinheit 15 gelei-feei und jedes in den E©fer@s dar Hc-iiis Ή gebildete KonäsuHat wird sich as Boden der Kassier 27' ssaxoln» troasi ei::s: solans A^ise^zl^ng dursli

\-h-s- ''-S i" :".:v Einheit

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zur Ableitung durch den Auslaß 53· Das aus den Rohren der Reihe 12 austretende Kondensat wird im Bodenbereich der Kammer ^8, wie durch die Linie 58 in Figur 2 angezeigt wird, gesammelt«

Es ist ersichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung die V/ärmeaustauscherrohre bei im wesentlichen trockenen Bedingungen arbeiten, d.h. das Kondensat wird nicht angesammelt und kontinuierlich durch die Rohre der Reihen von der Einlaß- zur Auslaßkammer transportiert. Augenscheinlicherweiae wird das in den unteren Bereichen der Kammer angesammelte Kondensat durch die untersten Rohre der Reihert geführt. Dies ist jedoch vorteilhaft, da das Kondensat dann als cusätslicher Kühler zur Erhöhung der Kondensation des durch die Kondensatorrohre strömenden Dampfes beiträgt, wodurch der Gesamt-Kondensationsvorgang verbessert wird.

Obwohl die Väraeaustauscherrohre als in gekrümmten Bahnen verlaufend dargestellt sind, ist es ersichtlich, daß sie auch gerade oder linienförmig verlaufen können. Beispielsweise können die Sammlereinheiten 13,16 ein· hinter der anderen angeordnet und durch gerade Rohr· verbunden sein.

t Jedoch führt der gekrüaate oder TT-föreige Rohrleitungsaufbau eu einer be- '

sonders kompakten Kondensationeeinheit, die besonders gut für Luftkühlung

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geeignet ist, wobei beispielsweise ein oder mehrere motorgetriebene Lüfter 60 betrieben werden, um Luft nach innen durch die Rohrreihen und

aufwärts zu fördern, wie durch die Pfeile in Figur 1 angedeutet wurde.

Obwohl die Sammlervorrichtung in Figur 1 als aus zwei Säuleneinheiten bestehend dargestellt wurde, kann die Sammlervorrichtung auch in einer einzigen Einheit hergestellt werden, wie Figur 3 zeigt. Bei dieser Ausführung ist die Wand 67 der Sammlersäule an dem Rohrboden 68 mittels Stiftschrauben 70 befestigt. Die Einlaßkammer 25 wird durch ein ^MU"-förmiges Glied 7I gebildet, das an der Wand 67 durch Verschweißen befestigt ist. Die Kammern 27,31 »^8 und V? werden durch "L"-fö'rmige Wandglieder 73» 7^,75 und 76 gebildet. Es ist leicht erkennbar, daß diese Ausführung der Sammlervorrichtung zweckmäßigerweise durch Schweißen gefertigt wird.

Obwohl das dargestellte Ausführungsbeispiel einen Kondensator mit vier Eohrreihen und drei Zwischenkammern zeigt, ist es selbstverständlich, daß der erfindungsgemäße Kondensator mit jeder Zahl von Rohrreihen und Zwischenkammern ausgeführt werden kann. Auch kann die Sammlervorrichtung andere bauliche Gestaltungen zur Ausbildung der Kammern aufweisen.

Die Wärmeaustauscherrohre und die Rohrboden bestehen vorzugsweise

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aus Aluminium. Die Rohre können leicht in sicherer, leckdichter Verbindung in den Rohrboden 18,38 und 68 befestigt werden, indem sie in den an den Böden vorgesehenen Öffnungen gerollt oder aufgeweitet sind. Dieses Verfahren vermeidet den Gebrauch von Lot oder Epoxyharzen, die üblicherweise zur Befestigung von TJmlenkungskrümmern an Aluminium-Wärmeaustauscherrohren verwendet werden. Die Samralersäule kann leicht von dem Rohrboden gelöst werden, worauf die Enden der Wärmeaustauscherrohre für eine Leckausbesserung oder für die Aufnahme einer Bürste oder eines anderen Arbeitsgerätes zugänglich sind, das zur Reinigung der Rohre durch diese hindurchgeführt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

π,)j Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reihen (10-13) von Warmeaustauscherrohren, eine Vielzahl von horizontal angeordneten Wärmeaustauscherrohren in jeder der Reihen und eine Sammlervorrichtung ( 15, 16, 71, 73, 7^, 75, 76 ), die aus vertikal angeordneten Einlaß- (25), Auslaß- (31) und Zwischenkammern (27,^7,48) ψ gebildet ist, wobei die Rohrreihen über die Kammern zur Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitsströmung von der Einlaß- zur Auslaßkammer hintereinandergeschaltet sind.

2.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlervorrichtung ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten, hohlen Säulengliedern (15 »16) auf v/eist»

3·) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .epminlervorrichtung ein Paar von hohlen Säulengliedern (15»16) aufweist, in denen die Einlaß- (25) und die Auslaßkamraer (31) ausgebildet sind·

k,) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Sammlervorrichtung aus einer einzigen Einheit besteht, in der alle Kammern vorgesehen sind.

5.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammlervorrichtung aus einer einzigen Einheit besteht, in v/elcher alle kammern geradlinig hintereinanderliegend angeordnet sind.

6.) Wärme bauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlervorrichtung einen Rohrboden (68), eine mit Einlaß- (25), Auslaß- (31) und Zwischenkammern ( 27, ^7» W ) versehene Hohlsäule und Befestigungsmittel (70) zur Verbindung des Rohrbodens mit der Säule aufweist.

7·) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlervorrichtung eine Vielzahl von Zwischenkammern aufweist.

8.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche der Wärmeaustauscherrohre gekrümmtlinig verlaufen.

9.) Wärmeaustauscher gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reihen von

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V/ärmeaustauacherrohren, eine Vielzahl von horizontal angeordneten

Wärmeaustauscherrohren in jeder der Reihen, eine Hohlsäule und einen vertikal angeordneten Rohrboden (68), wobei die Enden der Rohre durch den Rohrboden hindurchgeführt sind und an diesem dichtend befestigt sind, der Hohlsäulensammler eine lösbar mit dem Rohrboden verbundene Seitenwand (67) auf v/eist, die Hohlsäule mit vertikal angeordneten Einlaß- (25), Auslaß- (31) und Zwischenkammern ( 2?, *f?, 48 ) versehen

mit ist, die Seitenwand öffnungen aufweist, die/den durch den Rohrboden

hindurchgeführten Rohrenden fluchten , und wobei die Rohrreihen über die Kammern zur Gewährleistung einer Flüssigkeitsströmung von der Einlaßkammer (25) zur Auslaßkammer (31). hxntereinandergesclialtet sind.

10.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre und der Rohrboden aus Alumimium bestehen.

11.) Wärmeaustauscher gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reihen (IO-I3) horizontal angeordneter Wärmetauscherrohre, einen vertikal angeordneten Rohrboden ( 18, 38, 68 ) , wobei die Enden der Rohre durch den Rohrboden hindurchgeführt und an diesem dichtend befestigt sind, «ine Hohlsäule (15»16) lösbar mit dem Rohrboden verbunden ist und vertikal angeordnete Einlaß- (2i?), Auslaß- (3

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und Zwischenkammern. ( 27» **7» 48 ) aufweist, und wobei gleiche Rohrenden der einen Reihe (10) mit der Einlaßkammer (25), gleiche Rohrenden einer anderen Reihe (13) mit der Auslaßkammer (31) und die entgegengesetzten Enden der Rohre in diesen Reihen (10,13) mit einer Zwischenkammer ( 27, 47, 48 ) verbunden sind, wobei die Rohrreihen über die Kammern zur Gewährleistung einer Flüssigkeitsströmung von der Einlaßkammer (25) zu der Auslaßkammer (31) hintereinandergeschaltet sind.

12.) VJärmetauscher gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reihen (10-13) horizontal angeordneter Wärmetauscherrohre, einen vertikal angeordneten Rohrboden (68), wobei die. Röhrenden durch den Rohrboden "hindurchgeführt und an diesem dichtend befestigt sind, eine Hohlaäule lösbar mit dem Rohrboden verbunden ist und Einlaß- (25), Auslaß- (31) und Zwischenkammern (4?) aufweist, und wobei gleiche Enden der Rohre der einen Reihe (10) mit der Einlaßkammer (25), die gleichen Enden der Rohre in einer anderen Reihe (13) mit der Auslaßkammer (31) und die entgegengesetzten Enden dieser Rohrreihen mit einer Zwischenkammer verbunden sind, wobei die Rohrreihen über die Kammern zur Gewährleistung einer Flüssigkeitsströmung von der Einlaß- zur AuülaUcammer hintereinandergeschaltet sind.

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