DE2331563C3

DE2331563C3 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2331563C3
Application number: DE19732331563
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-20
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1977-06-30
Also published as: FR2189696B1; GB1406941A; DE2331563B2; US3828851A; JPS4920744A; IT990644B; FR2189696A1; DE2331563A1; JPS5138462B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Wärmetauscher mit innerhalb einer rohrförmigen Außenwand konzentrisch zueinander geführten Strömungskanälen, die durch eine im Querschnitt wellenförmig verlaufende Trennwand voneinander getrennt sind.

Aus der US-PS 27 56 032, der GB-PS 8 44 588 und der US-PS 26 33 338 sind Wärmetauscher bekannt, die eine um einen Kreisring wellenförmig verlaufende Wand aufweisen. Bei den Wärmetauschern nach den beiden genannten US-Patentschriften werden die fluiden Medien, zwischen denen der Wärmetausch stattfinden soll, in zwei zueinander konzentrischen Rohren geführt, zwischen denen die wellenförmig verlaufende Wand angeordnet ist, die so zum einen als Abstandhalter zwischen den die Strömungskanäle umgrenzenden

^konzentrischen Rohren dient und zum anderen dazu bestimmt ist, durch den Berührungskontakt zum inneren $5 Rohr die Wärmeleitungseigenschaften zu verbessern. i, Bei dem Wärmetauscher nach tier GB-PS 8 44 588 sind ebenfalls zwei konzentrische Rohre vorgesehen.

"die von der welligen Wand gegenseitig abgestützt werden, hier sind jedoch im Unterschied zu den vorerwähnten Wärmetauschern beide fluide Medien im Zwischenraum zwischen den beiden Rohren geführt und die wellige Wand dient zugleich als Trennwand zwischen den Fluidkreisen. Bei solchen Wärmetauschern, bei denen die besagte wellige Wand zugleich f>5 Trennwand ist, treten immer wieder Schwierigkeiten in der gegenseitigen Abdichtung der Wärmekreisläufe auf, so daß bei άκτ ricfsieiiung derariiger Wärmetauscher sehr sorgfältig gearbeitet werden muß, was speziell bei Massenfertigung zu einem nicht vertretbaren Aufwand

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß er einfach und rationell hergestellt werden kann, Insbesondere soll schon während der Herstellung seiner Einzelteile überprüfbar sein, ob die Einzelkammern eines komplexen, aus vielen Strömungskanälen oder -kammern zusammengesetzten Wärmetauschers dicht sind, so daß Ausschuß schon vorzeitig eliminiert werden kann. Zugleich soll ein solcher Wärmetauscher hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst. Danach sind wenigstens zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rohrkonstruktionen vorgesehen, von denen jede Rohrkonstruktion aus zwei Rohrhälften zusammengesetzt ist. Diese Rohrhälften bestehen aus Halbschalen der jeweiligen Außenwand und welligen Innenwand, die an vorstehenden Flanschen fest miteinander verbunden sind. Die von den Halbschalen jeweils umschlossenen Kammern lassen sich, bevor sie weiterverarbeitet werden, ;>uf ihre Dichtigkeit prüfen. Jeweils zwei Rohrhälften sind mittels Abstandsstücken zu einem ganzen Rohr vereinigt, dessen von den welligen Zwischenwänden sowie den AbstanJsstücken umschlossener Innenraum ebenfalls Strömungskanal ist.

Zwischen der äußeren Rohranordnung entsprechend größeren Durchmessers und der inneren Rohranordnung wird ein ringförmiger weiterer Strömungskanal ausgebildet, der dem Strömungskanal im Innern der innerei. Rohranordnung entspricht. Dieser Ringkanal steht in wärmeleitendem Kontakt sowohl mit der Zwischenwand der äußeren Rohrkonstruktion als auch der Außenwand der inneren Rohrkonstruktion. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist daher die Außenwand der inneren Rohrkonstruktion mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen versehen, die einerseits die Wärmeübergangsfläche vergrößern, andererseits Wirbeleffekte in den strömenden Medien hervorrufen, die bekanntlich die Warmeübertragungseigenschaften eines Wärmetauschers verbessern. Außerdem vermitteln diese in Umfangsrichtung verlaufende Rippen jeder Rohrhälfte eine ganz beachtliche Sicifig keit, was wichtig ist zur Handhabung dieser Gegcnsiän de während der Herstellung. Derartige Probleme stellen sich bei den bekannten Wärmetauschern nicht, da die Rohre nicht geteilt sind und außerdem stets ein Innenrohr vorhanden ist, das, selbst wenn man eine der bekannten Anordnungen teilen wollte, der sich ergebenden Rohrhälftc die entsprechende Stabilität verleihen würde.

Zwar ist in Fig. 6 der US· PS 27 56 032 eine Anordnung dargestellt, in der die wellenförmige Wand und der Außcnmantel jeweils aus /wci Hälften bestehen. Diese Art der Konstruktion dient jedoch alicin da/u, ihre Montage auf einem inneren Rohr zu vereinfachen. Dabei sind die einzelnen Hlllften incifundcrgcfalzt, so daß eine separate Herstellung kompletter Hälften nicht möglich ist, sondern der ganze äußere Kanal erst auf dem trugenden inneren Rohr aufgebaut werden kann. Das Problem einer Trennung zwischen den Fluiden im äußeren und inneren Ströiming.skanul stellt sich bei dieser Anordnung nicht, du der innen* Kanal von dem allseits geschlossenen inneren Rohr umschlossen wird.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, nachfolgend niiher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. I eine verkürzte Vorderansicht des Wärmetauschers;

Fig. 1 eine verkürzte Seitenansicht des Wärmetauschers nach F i g. 1:

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in F i g. I;

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. I;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 1; und

Fig.6 eine perspektivische Darstellung einer Baugruppe des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.

In den F i g. 1 und 2 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt, der an seinem oberen Ende eine Einlaßöffnung 2 zum Zuführen eines heißen oder kalten Mediums und an seiner Basis eine Auslaßöffnung 3 zum Abführen des heißen oder kauen Mediums aufweist. Nahe seinem unteren Ende ist der Wärmetauscher 1 mit einer weiteren Einlaßöffnung 4 zum Zuführen eines zu erhitzenden oder abzukühlenden Fluides versehen. Das zu erhitzende oder abzukühlende Fluid wird von dem Wärmetauscher über eine weitere Auslaßöffnung 5 abgegeben, die dem oberen Ende des Wärmetauschers benachbart ist. Von der Einlaßöffnung 2 aus erstrecken sich zu der Auslaßöffnung 3 mehrere langgestreckte Kanäle. Wie in Fig. 1 und 2 mit gestrichelten Linien angedeutet, ist nahe dem oberen und dem unteren Ende des Wärmetauschers je eine Abdeckplatte 6 angeordnet, die dazu dient, das Innere des Wärmetausclier.s mit Ausnahme der ersten langgestreckten Kanäle so abzuschließen, daß zweite langgestreckte Kanäle abgegrenzt werden, die sich von der Einlaßöffnung 4 /u der Auslaßöffnung 5 erstrecken. Ferner /eigen F i g. 1 und 2 noch zu beschreibende Abstandhalter? als Bestandteile des Wärmetauschers.

Zu dem Wärmetauscher nach der Erfindung gehören mehrere zusammengesetzte zylindrische, konzentrisch angeordnete und durch Abstände voneinander getrennte Rohre 8', 8", 8'" die gemäß F i g. 3 bis 5 auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten mit den Abstandshaltern 7 verschweißt sind.

Jedes zusammengesetzte zylindrische Rohr 8', 8", 8'" ist aus zwei Rohrhälften 9 aufgebaut. Gemäß Fig.6 setzt sich jede dieser Rohrhälften 9 aus einer Trennwand 10 und einer Außenwand 11 zusammen, von denen jede zwei Flansche 12 bzw. 13 aufweist, die paarweise miteinander verschweißt sind. Die Trennwand 10 weist mehrere in Umfangsabständen verteilte Längsrippen 14 auf, die sich parallel zur Längsachse über die ganze Länge erstrecken. Die Außenwand 11 ist mit mehreren in der Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 15 versehen, die in Längsabständen verteilt sind und sich über den ganzen Umfang der Wand 11 erstrecken.

Gemäß Hg.b umgibt die Außenwand Il die Trennwand 10 derart, daß die beiden Würde mehrere erste langgestreckte Kanäle 16 abgrenzen, die sich über die ganze Länge beider Wände 10 und 11 erstrecken.

Die zusßmmengesetzten Rohre 8', 8", W" sind im wesentlichen an ihren oberen und unteren Enden durch Deckplatten 6 abgeschlossen, die so angeordnet sind, daß sie mehrere zweite langgestreckte Kanäle 17', 17", 17'" abgrenzen, welche sich parallel zu den ersten Kanälen 16 über die ganze Länge der zusammengesetzten Rohre erstrecken.

Der Wärmetauscher nach der Erfindung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise. Das heiße oder kalte Medium wird dem Wärmetauscher über die Einlaßöffnung 2 zugeführt, woraufhin es durch die ersten Kanäle 16 nach unten strömt, um dann über die Auslaßöffnung 3 abgegeben zu werden.

Das zu erhitzende oder abzukühlende Fluid v/ird über die Einlaßöffnung 4 zugeführt, so daß es von unten nach oben durch die zweiten Kanäle 17', 17", 17'" strömt, um den Wärmetauscher dann über die Auslaßöffnung 5 zu verlassen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Wärmetauscher aus drei zusammengesetzten Rohren aufgebaut. Natürlich könnte man auch entsprechende Wärmetauscher hers.eilen, bei denen mindestens zwei Rohre oder anstelle der beschriebenen drei Rohre z. B. vier, fünf oder noch mehr llohre vorhanden sind.

Die Rohrhälften 9, die Abstandhalter 7 und die Deckplatten 6 können vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Blech hergestellt werden, z. B. aus nichtrostendem Stahl, Titan, Zirkon und Tantal.

Um den erfindungsgemäßen Wärmetauscher zusammenzubauen, kann man von den vorgefertigten Rohrhälften 9 nach F ί g. θ ausgehen und die Flansche 12 und 13 der beiden Wände 10 und 11 mit den Abstandhaltern verschweißen. Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es, jede der Rohrhälften 9 einer Prüfung auf Dichtheit und anderen Prüfungen zu unterziehen, bevor die Elemente zu mehreren Rohren zusammengefügt werden.

Wie erwähnt, gehören zu einem Wärmetauscher nach der Erfindung mindestens zwei Rohre 8', 8" von denen jedes mehrere Längsrippen 14 und mehrere in der Umfangsrichtung verlaufende Rippen 15 aufweist, wobei benachbarte Rippen durch einen vorbestimmten Abstand getrennt sind und innerhalb des Wärmetauschers Längs- und Querrippen miteinander wechseln. Im Vergleich zu bekannten Wärmetauschern besitzt der Wärmetauscher nach der Erfindung somit eine erheblich höhere Festigkeit, er ist von einfacherer Konstruktion, und er weist eine größere Wärineaustauschfläche auf. Außerdem ermöglicht es die erfindungsgemäße Konstruktion, Wärmetauscher auf sehr einfache Weise und im Wege der Massenfertigung herzustellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rohrförmiger Wärmetauscher mit innerhalb einer rohrförmigen Außenwand, konzentrisch zueinander geführten Strömungskanälen, die durch eins im Querschnitt wellenförmig verlaufende Trennwand voneinander getrennt sind, dad'irch gekennzeichnet, daß Außenwand (11) und Trennwand (10) jeweils aus zwei Halbschalen bestehen, an denen beidseitig vom Umfang nach außen gerichtete, in Längsrichtung verlaufende Flansche (13,12) ausgebildet sind, mit deren Hilfe die eine Rohrhälfte (9) bildenden Halbschalen fest miteinander verbunden sind, daß zwei Rohrhälften (9) an den Flanschen (12, 13) mit Hilfe von Abstandhaltern (7), an denen auf einander entgegengesetzten Rohrseiten längs der Rohrachse versetzt Anschlußöffnungen (4,5) ausgebildet sind, miteinader verbunden sind, daß wenigstens zwei dieser Rohre (8', 8") konzentrisch in- einander angeordnet sind, daß die Außenwand (11) jeder Rohrhälfte (9) mit in Längsrichtung verteilten, um den Umfang verlaufenden Rippen (15) versehen ist, und daß der von den Trennwand-Halbschalen und den Abstandshaltern (7) umschlossene Kanal (17') des inneren Rohres sowie die von den Außenwand-Halbschalen des inneren Rohres, den Trennwand-Halbschalen des äußeren Rohres (8") sowie den Abstandhaltern (7) von innerem und äußerem Rohr (8', 8") umschlossenen ringsegmentförmigen Kanäle (17") rohrendseitig von Deckplatten (6) abgeschlossen sind.