DE2416769A1 - Waermeaustauscher laenglicher bauart - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscher länglicher Bauart Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher länglicher Bauart, der im Bereich seiner Heizfläche einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt besitzt. und bei dem das innere Medium in diesem Bereich in parallel zur Längsachse angeordneten Geradrohrbündeln geführt wird.
• Derartige Wärmeaustauscher werden bevorzugt in geschlossenen Gasturbinenanlagen und in der Kernkraftwerkstechnik eingesetzt, wo sie beispielsweise beim sogenannten integrierten Kernreaktor im selben Druckbehälter wie der Reaktorkern liegen.
• So ist aus der deutsch@n Offenlegungsschrift 1 551 037 ein Dampferzeuger bekannt, der aus einer Vielzahl von Einzelelementen aus dicht nebeneinander angeordneten geraden Rohren derart zusammengesetzt ist, daß sich eine im wesentlichen ringzylindrische Gestalt für den Dampferzeuger ergibt Alle Einzelelemente sind mit Sekundär@uschlüssen ausger istet, besitzen aber kein eigenes Gehäuse für das Primärmedium,und die Strömungsrichtung des primären Wärmeträgers verläuft im wesentlichen senkrecht zu der des sekundäre Wärmeträgers. Durch diese Bauart des Dampferzeugers wird sichergestellt, daß er Reaktor für den Brennelementwechsel ausreichend zugänglich ist.
• In der deutschen Offenlegungsschrift 2 120 544 wird ebenfalls ein aus parallel angeordneten Einzelelementen bestehender Wärmeaustauscher beschrieben, bei dem die Einzelelemente oder Rohrkörper einen runden oder polygonalen Querschnitt besitzen und von beidseitig offenen Mantelrohren umgeben sind. Das äußere Medium, z.B. das von einer Turbine kommende Abgas, wird entlang der Austauscilerrohre innerhalb der sie umgebenden beidseitig offenes Mäntel geführt, wobei seine Strömungsrichtung derjenigen des in den Rohren befindlichen Mediums entgegengesetzt ist.
• Jeder Rohrkörper ist mit eigenen Zu- und Abführungsleitungen versehen.
• Ein weiterer Wärmeaustauscher mit kreisförmigem Querschnitt und parallel zu seiner Längsachse angeordneten Rohren ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2 320 083 dargestellt.
• Er weist eine kreisringrörmige Strömungskammer auf, in der das primäre Medium zu einer perforierten Platte geleitet wird, durch die es in den Mantelraum des Wärmeaustauschers strömt. In diese Raum wird es im Gegenstrom zu dem in den Rohren strömenden sekundären Medium geführt.
• Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfinoraus, wobei ihr die Aufgahe zugr@@de liegt, die Wärmeübertragungsleistung eines Wärmeaustarschers der eingam s beschriebenen Bauart, dessen beide Medi@n sich siark in ihren Volumenströmen untorscheiden und bei dem nur geringe Druckverluste zur V @fügung ste@en, wesentlich zu verbessern und gleichzeiti@ - bei vorgegebenem Einbaudurchmesser- eine kurze Baulänge des Wärmea@stauschers sowie seine Unterteilung in Einzelzellen zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmeaustauscher im Bereich seiner Heizfläche durch parallel zu seiner äußeren Form angeordnete Zwischenwände und/oder radial verlaufende Zwischenwände in ej Anzahl von Räumen unterteilt ist, in denen die Geradrohrbündel derart angeordnet sind, daß die in den einzelnen Räumen liegenden Bündel nacheinander von dem inneren Medium durchströmt werden, wobei das äußere Medium im reinen Gegenstrom geführt wird.
• Aus der deutschen Off.eniegungsschrift 2 331 563 ist zwar bereits ein Wärmeaustauscher bekannt, der aus mehreren zylindrischen Mänteln zusammengesetzt ist, die konzentrisch angeordnet und durch radiale Abstände getrennt sind, doc werden hier die beiden wärmeaustauschenden Medien in Kanälen geführt, die von an den zylindrischen Mänteln angebrachten Segmenten mit einer Anzahl von Längsrippen gebildet werden. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich hier jedoch nicht um einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher. Er läßt sich nicht wirtschaftlich herstellen und besitzt eine schlechtere Wärmeübertragungsleistung.
• Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil als Kühler, Rekuperator oder Dampferzeuger im Primkrkreislauf eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors eingesetzt werden, da er bei guten Wärmeübertragungseigenschaften eine geringe Einbaulänge aufweist und einen einfachen konstruktiven Aufbau besitzt. Durch die Unterteilung des Wärmeaustauschers in mehrere Räume wird es möglich, z.B. bei Undichtigkeiten einzelne Bereiche des Wärmeaustauschers stillzulegen. Seine gedrungene Bauart (kurze Baulänge bei großen Querschnitts abmessungen) bringt eine Einsparung bei den Herstellungskosten des Wärmeaus- auschers mit sich, und auch die Kosten des Gesamtbauwerks. z.B. eines Kernkraftwerks, verringern sich durch sein geringes Bauvolumen. Eine weitere Verbilligung ergibt sich dadurch, daß die wichtigsten Einzelteile wie Wärmc-austauscherrohre und Rohrhalterungen in Großserien angefertigt werden können.
• Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Gegenstromprinzip; d.h. an der Austrittsstelle des in den Rohren strömenden Mediums aus dem Wärn:eaustauscher tritt das außerhalb der Rohre strömende Medium in den Wärmeaustauscher ein und umgekehrt. Die Größe der Drücke, Druckdifferenzen, Temperaturen und Temperaturdifferenzen des äußeren und inneren Mediums können dabei beliebig sein. Die Durchströmungsrichtung des inneren Mediums kann von außen nach innen oder umgekehrt sein; entsprechend wird das äußere Medium geführt. Als wärmeaustauschende Medien kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Medien in Betracht. Die Querschnittsform der Rohre ist ebenfalls beliebig; sie kann z.B. rund, quadratisch oder rechteckig sein. Es können glatte, künstlich aufgerauhte oder auch längsgerippte Rohre verwendet werden.
• Auch die Einbau- oder Betriebslage des Wärmeaustauschers -z.B. horizontal, vertikal oder schräg - sowie die Art der Werkstoffe kann beliebig gewählt werden.
• Um den gegenläufigen Effekt der Wärmeübertragung des um die Rohre geführten Mediums direkt durch die Zwischenwände abzuschwächen oder ganz auszuschalten, können die Zwischenwände je nach Größe der Temperaturdifferenzen ganz oder teilweise doppelwandig oder isoliert ausgeführt sein.
• Die geometrischen Verhältnisse zwischen den Durchmesseru, Wanddicken und Längen der Austauscherr@hre können frei gewählt werden. Ebenso kann die Zahl der Räu@@, in die der Wärmeaustauscher unterteilt ist, heliebig festgelegt werden; sie kann gerad- oder ungeradzahlig sein, und die geometris@hen Verhältnisse zwischen den Abmessungen der Zwischenw @de sind ebenfalls frei wählbar.
• Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, eiren Teil der Räume oder alle Räume in zwei oder mehrere Gruppen aufzuteilen und diese Gruppen untereitlander parallelziischalten. Innerhalb der Gruppen wird dann die Hintereinanderschaltung der Räume beibehalten. Dabei kann auch ein Medium reine HintereinanderLschaltug und das andere Gruppen--unterteilung haben, wobei das Gegenstromprinzip allerdings immer gewahrt wird.
• Besonders vorteilhaft ist-e.s, den erfindungsgemäß,en Wärmeaustauscher aus segmentartigen Einzelboxen zusammenzusetzen, da sich hierdurch einmal die Herstellungskosten verringern und zum anderen auch der Transport des Wärmeaustauschers billiger wird, denn der endgültige Zusammenbau der Einzelboxen kann auf der Baustelle stattfinden. Am zweckmäßigsten wird der Wärmeaustauscher aus so vielen Einzelboxen hergestellt, wie er Räume aufweist. Es ist bei dem orfindungsgemäßen Wärmeaustauscher auch möglich, ihn als eine komplette Einheit herzustellen.
• Die Ein- und Austrittsstellen beider Medien können beliebig an der äußerst oder innerst gelegenen Zwischenwand oder den Stirnseiten des Wärmeaustauschers angeordnet sein; die ein- und austretenden Bündelrohre werden dabei in einzelnen Sammlern, z.B. Rundsamrnlern oder Lochplatten, zusammengefaßt, die. direkt am Wärmeaustauscher oder auch außerhalb vorgesehen sein können. Um gegebenenfalls die Reparatur des Wärmeaustauschers zu erleichtern, ist es jedoch zweckmäßig, die Ein- und Austrittsstellen des äußeren und des inneren Mediu@s an einer Stirnseite des Wärmeausteuschers vorzusehen und die Wärmeaustauscherrohre an dieser Stelle in Ein- und Austrittslochplatten zusammenz@@fasser. So kann ftjr eine gute Zugänglichkeit eines Wärweaustause@ rs für den Fall einer Reparatur gesorpt werden, die s'n nur von einer Seite ausführen läßt. Der Du@chmesser der Grundrißfläche der Ein- und Austritte darf nicht größer sein als der Einbaudurchmesser des Wärmeaustauschers, um den schnellen Einbau und Ausbau des kompictt£n Wärmeaus@ tauschers zu ermöglichen.
• Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen Wärmeaustauschers weist der Wärmeaustauscher eiren kreisförmigen Querschnitt auf, und alle Zwischenwände sind als zylindrische Schalen ausgebildet, die mehrere konzentrische Ringräume begrenzen. Diese sind vollberohrt und werden der Reihe nach oder teilweise in Parallelschaltung im reinen Gegenstrom durchströmt. Die Anzahl der Ringräume ist in Abhängigkeit von der Anordnung entweder gerad- oder ungeradzahlig. Die Durchströmungsrichtung kann von innen nach außen oder umgekehrt sein.
• Die Umlenkungen des äußeren Mediums an den Stirnseiten des Wärmeaustauschers werden zweckmäßig mit Hilfe von halbierten Torusschalen bewirkt, die unmittelbar an die zylindrischen Schalen angeschlossen sind. Je nach den Anforderungen hinsichtlich des Druckes, der Temperatur und der Strömungsführung können jedoch auch andere Geometrien angewandt werden.
• Besitzt der Wärmeaustauscher im Bereich seiner Heizfläche einen polygonalen Querschnitt, so können alle Zwischenwände parallel zu seiner äußeren Begrenzung angeordnet sein wobei sie mehrere konzentrische Räume einschließen. Diese haben einen Querschnitt in Form eines Vieleckrings. Der Wärmeaustauscher kann beispielsweise eine sechsseitige Säule darstellen, so daß die konzentrischen Räume Querschnitte in Form von sechseckigen "Ringen" aufweisen. Auch bei diesem Wärmeaustauscher kann die Durchströmungsrichtung beliebig gewählt werden. Bei dieser Ausführungsform können die Umlenkräume aus halbierten Rohren oder Zylinderschalen bestehen, die polygonartig zusammengesetzt und der Grundrißform angepaßt sind.
• Eei einem weiteren husfthrungsbeispiel sind alle Zwischenwände radial angeordnet, und sie unterteilen den Wärmeaustauscher entweder in Räume mit kreisausschnittförmigem Querschnitt (wenn der Wärmeaustauscher selbst einen kreisförmigen Querschnitt besitzt) oder in Räume mit dreieckigem Querschnitt (wenn der Wärmeaustauscher eine polygonale Querschnittsform aufweist). Die vollberohrten Räume werden nacheinander durchströmt, wobei die Durchströmungsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn festgelegt werden kann. Es können auch zwei oder mehrere Räume parallelgeschaltet sein.
• Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Wärmeaustausehers kan dadurch hergestellt werden, daß - bei einem Wärneaustauscher mit kreisförmigem Querschnitt - ein Teil der Zwischenwände als zylindrische Schalen ausgebildet ist und ein weiterer Teil radial angeordnet ist. Die konzentrischen Ringräume sind also nochmals unterteilt, wobei die so entstandenen Räume im Grundriß gesehen gleich oder verschieden groß sein können. Auch hier wird das reine Gegenstromprinzip beibehalten, und die Durchströmungsrichtung kann sowohl von außen nach innen oder umgekehrt wie auch im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt gewählt werden.
• Auch bei einem Wärmeaustauscher mit polygonalem Querschnitt und Unterteilung in konzentrische Räume mit Querschnitten in Form von Vieleckringen läßt sich durch die Anordnung von r.adialen Zwischenwänden eine weitere Aufteilung des Wärmeaustauschers erreichen. Auch hier kann die Durchströmungsrichtung in den eben genannten Grenzen beliebig festgelegt werden.
• Der zent@ale Innenraum kann sowohl bei diesem Ausführungsbeispiel wie auch bei dem vorher beschriebenen von jeder Unterteilung fr@ibleiben.
• Liegt ei. solcher nicht unterteilter freier Innenraum vor, so Mann auch dieser Raum mit für die Wärmeübertragung ausgenutzt werden. Zweckmäßigerweise aber werden in diesem rralen Innenraum die Zu- und Rückführungen für das innere oder äußere Medium verlegt.
• Die Anordnung der Rohre im Grundriß (R@brteilung) in den einzelnen Räumen kann beliebig vorgenommen sein; die Rohre können z.B. fluchtend oder versetzt, also auf Lücke stehend, angebracht sein. Vorteilhaft sind sie innerhalb ;jedes für die Wärmeübertragung benutzten Raumes auf kouzentrischen Teilkreisen bzw. Teilvielecken oder auf Teilstücken von solchen Teilkreisen bzw. Teilvielecken angeordnet. Auch hier können sie fluchtend eweils auf einem Radienstrahl oder von Teilkreis zu Teilkreis versetzt angebracht sein.
• Zweckmäßig sind die Abstände a (d.h. die Querteilung) der Rohre auf den konzentrischen Teilkreisen bzw. Teilvielecken so festgelegt, daß sie sich in Richtung größer werdender Abstände der Teilkreise bzw. Teilvielecke von der Mittelachse des Wärmeaustauschers vergrößern, und zwar in einem solchen Maße, daß die Anzahl der Rohre auf den verschiedenen Teilkreisen oder Teilvielecken konstant bleibt.
• Handelt es sich um einen Wärmeaustauscher mit kreisförmigem Querschnitt, so vergrößern sich die Abstände a (Querteilung) der auf konzentrischen Teilkreisen angeordneten Rohre in Richtung größer werdender Teilkreisradien im Verhältnis der Radien r der einzelnen Teilkreise. Die Teilungsmaße sind damit den Radien direkt proportional.
• Das bedeutet mit anderen Worten, daß die Rohre - im Grundriß gesehen - auf Beliebig vielen Radienstrahlen angeordnet sind, die zueinander um gleiche Winkelbeträge versetzt sind. Der besondere Vorteil von derart tig angeordneten Rohren liegt in der Wirtschaflichkeit der Herstellung solcher Rohrbündel.
• Die Abstände b (Längsteilung) der Rohre, d.h. die Abstünde der Teilkreise, auf denen sich die Rohre befinden, sind durch die Forderung festgelegt, daß das Produkt aus Querteilung und Längsteilung oder aus Umfangsteilung und Radialteilung (a x b) konstant bleiben soll.
• Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Abstände b sich in Richtung größer werdender Teilkreisradien r kontinuierlich verkleinern. Mit Rücksicht auf die Detailgeometrie und Herstellbarkeit der Rohrbündel kann die Verkleinerung auch stufenweise vorgenommen werden; jedoch soll dabei das Produkt a x b wenigstens annähernd konstant bleiben. Eine solche Anordnung der Rohre bewirkt, daß im Raum um die Rohre in allen Ringräumen bzw. Sektoren gleiche Strömungsverhaltllisse vorliegen.
• Mit besonderem Vorteil sind auch die Abstände der Zwischenwände derart aufeinander abgestimmt, daß die Strömungsquerschnitte im Raum um die Rohre und/oder die Strömungsgeschwindigkeiten in den nacheinander angeströmten Räumen gleich sind oder in einem bestimmten- Zahlenverhältnis zueinander stehen. Dabei ist auch die Veränderlichkeit des spezifischen Gewichtes des um die Rohre strömenden Mediums berücksichtigt. Ein weiteres Ziel der besonderen Anordnung der Zwisch@nwände besteht darin, konstante Wärmeübergangswerte im Raum um die Rohre zu erhalten. Dasselbe gilt auch für die Reynoldszahlen sowie für die Nusseltzahlen.
• In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 den Grundriß eines Wärmeaustausch@@@ mit @@eisförmigem Querschnitt und radialen Zwisch@ änden, Fig. 2 den Grundriß eines Wärmeaustauschers mit @oly@onalem Querschnitt und radialen Zwischenwä@@@@n, Fig. 3 eine Vertikalschnitt-Abwicklung der Fig. 1 oder 2 mit hi@toreinandergeschalteten Räumen, Fig. 4 eine Vertikalschnitt-Abwicklung der Fig. 1 oder 2 mit Gruppenunterteilung der Räume, Fig. 5 den Grundriß eines Wärmeaustauschers mit kreisförmigem Querschnitt und konzentrischen Ringräumen, Fig. 6 den Grundriß eines Wärmeaustauschers mit polygonalem Querschnitt und konzentrischen Räumen, deren Querschnitt einen Vieleckring darstellt, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 5 oder 6, Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch einen weiteren Wärmeaustauscher mit konzentrischen Ringräumen, Fig. 9 einen Ausschnitt aus einem weiteren Wärmeaustauscher mit konzentrischen Ringräumen, im Querschnitt dargestellt Fig. 10 den Grundriß eines Wärmeaustauschers mit radial unterteilten konzentrischen Ringräumen, Fig. 11 den Grundriß eines Wärmeaustauschers mit radial unterteilten konzentrischen Vieleckringräumen, Fig. 12 eine Vertikalschnitt-Abwicklung dor Fig. 10 oder 11 mit Gruppenuntertei lung der Räume.
• Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Wärmeaustauschers von zylindrischer Bauart, der durch radiale Zwischenwände 1 in acht gleich große Räume 2 unterteilt ist, der Querschnitte die Form von Kreisausschnitten haben. Die einzelnen Räume sind mit den römischen Ziffern I bis VIII bezeichnet. Der gesamte Wärmeaustauscher ist aus acht Einzelboxen 3 zusammengesetzt, deren Form mit der der Räume 2 übereinstimmt.
• Von diesem Wärme@ustausche@ unterscheidet sich der in der Fig. 2 dargestallte lediglich dadurch, daß er nicht die Form eines Zylinders, sondern einer achteckigen Säule besitzt. Auch dieser Wärmeaustauscher ist durch radiale Zwischenwände 1 in acht gleich große Räume 4 unterteilt und aus acht Einzelboxen 5 zusammengesetzt. Räume und Einzelboxen haben jedoch einen dreieckigen Querschnitt.
• Die Fig. 3 läßt erkennen, wie die aus Geradrohren 6 bestehenden Bündel, in denen das innere Medium geführt wird, in den Räumen 2 bzw. 4 verlegt sind (der Übersichtlichkeit balber ist in allen Zeichnungen nur ein Rohr dargestellt).
• Alle Räume I bis VIII sind hintereinandergeschaltet; d.h.
• die Rohrt? 6 werden nacheinander durch die Räume 1 I bis VIII geführt, die von der äußeren flediur, das um die Rohre 6 strömt, ebenfalls nacheinander, aber in umgekehrter Richtung, durchströmt werden. Der Durchgang des äußeren Mediums durch den Wärmeaustauscher ist durch die Führung 7 angedeutet.
• Die Fig. 4 gibt ein Beispiel für die Zusammenfassung mehrerer Raume 2 bzw. 4 in Gruppen, die zueinander parallelgeschaltet sind. Die Räume I bis IV gehören einer ersten Gruppe an, und sie sind innerhalb dieser Gruppe hintereinandergeschaltet, wobei das reine Gegenstromprinzip beibehalten ist. Auch die Räume V bis VIII werden nacheinander vom inneren (6) und äußeren (7) Medium durchströmt. Sie bilden eine zweite Gruppe, die zu der ersten parallelgeschaltet ist. Jede Gruppe weist eigene Ein- und Austrittsstellen für das innere und äußere Medium auf.
• In der Fig. 5 ist. ein Wärmeaustauscher von zylindrischer Bauart dargestellt, bei dem die unterteilenden Zwischenwände die Form von zylindrischen Schalen 8 haben, die konzentrisch angeordnet sind. Die einzelnen Räume sind auch hier wieder mit römischen Ziffern bezeichnet. Der zentrale Raum 10 des Wärmeaustauschers kann frei bleiben, aber auch für die Wärmeübertragung ausgenutzt werden oder die Zu- und Rückführungen für das innere oc-er äußere i e,d.um aufnehmen.
• Eine ähnliche Unterteilung zeigt der in der Fig. 6 dargestellte Wärmeaustauscher, der jedoch einer sechseckigen Querschnitt aufweist. Seine Zwischenwände 11 sind daher se ausgebildet, daß sie - im Querschnitt gesehen - je ein Sechseck umschliessen. Die entstehenden Räume 12 haben dann einen Querschnitt, d.en man als "Sechseckring" bezeichnen könnte. Auch bei dieser Ausführung kann der im Querschnitt sechseckige Innenraum frei bleiben oder beliebig verwendet werden. Die Raume 12 sind wieder mit 1, II usw. bezeichnet.
• Die Fig. 7 stellt einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher gemäß Fig. 5 oder G dar, aus dem zu erkennen ist, wie die beiden Medien durch die Räume 8 bzw. 12 geführt werden. Das innere Medium strömt in den Rohren 6 nach einander durch die Räume III, II, I, während das äußere Medium durch die angedeutete Führung 7 im Gegenstrom durch die Räume I, II, III geleitet wird. Der Innenraum 10 bzw. 13 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls vollberohrt.
• In der Fig. 8 ist ebenfalls ein Wärmeaustauscher mit konzentrischen Ringräumen im Längsschnitt dargestellt, wobei nur auf der linken Seite der Figur die Führungen für die beiden Medien eingezeichnet sind. Es handelt sich hierbei um einen Vorler für den Primärkreislauf eines gasgekühlten Hochtemperaturreakters, dessen Komponenten in sogenannten Pods innerhalb des Spannbetondruckbehälters untergebracht sind. Es ist zu erkennen, daß der Wärmeaustauscher in einem mit einem Liner 16 ausgekleideten Pod 15 in dem Spannbetondruckbehälter 14 montiert ist. Durch fünf zylindrische Schalen 8 wird er in vier konzentrische Ringräume 9 unterteilt, die mit I bis IV bezeichnet sind. Der zentrale Innenraum 10 wird nicht zur Wärmeübertragung benutzt und bleibt daher frei von Rohren des Wärmeaustauschers.
• An den Stirnseiten des Wärmeaustauschers sind halbierte Torusschalen 17 vorgesehen, die der Umlenkung des äußeren Mediums dienen und direkt an die zyl@@drischen Schalen 8 angeschlossen sind, wobei jeweils eine Schale übersprungen wird. Das um die Rohre strömende äußere Medium ist Helium, das - vom Rekuperator kommend - durch die Führungen 7 in den Ringraum IV geleitet wird. Nachdem es die Ringräume III, II und I durchströmt hat, wird das Helium zum Verdichter weitergeleitet. Das in den R@hren 6 strömende inbere Medium, z.B. Wasser, wird im Gegenstrom nacheinander durch die Ringräume I, Ii, III und XV geführt. Bevor sie in die Ringräume eintreten, werden die Rohre 6 in einem Eintrittssammler zusammengefaßt, der sich an der Stirnseite des Wärmeaustauschers befindet (nicht dargestellt). An derselben Stirnseite befindet sich auch der - ebenfalls nicht gezeigte - Austrittssammler. Die Rohre 6 sind durch Halterungen 18 in ihrer Lage verankert, wobei eine der Halterungen, z.B. die Halterung 10, als Festpunkt dient.
• Die Fig. 9 gibt einen Ausschnitt eines weiteren Wärmeaustauschers mit konzentrischen Ringräumen 9 und freiem Innenraum 10 wieder, und zwar im Querschnitt dargestellt. Durch fünf zylindrische Schalen 8 ist der Wärmeaustauscher wieder in vier konzentrische Ringräume mit den Bezeichnungen I bis IV unterteilt, die voll mit Rohren 6 für das innere Medium ausgefüllt sind. Die Rohre 6 sind dabei auf konzentrischen Teilkreisen mit den Radien r1, r2 .... rn angeordnet. Die Lage der zylindrischen Schalen 8, *h. ihr Abstand von der Längsachse des Wärmeaustauschers, ist so festgelegt, daß die Strömungsquerschnitte im Raum um die Rohre 6 und/oder die Strömungsgeschwindigkeiten in den Ringräumen I, II, III und IV gleich sind oder in einem bestimmten Zahlenverhältnis zueinander stehen, Die Abstimmung der zylindrischen Schalen 8 aufeinander kann auch im Hinblick auf konstante Wärmeübergangswerte vorgenommen werden. Um die Anzahl der Rohre auf den verschiedenen Teilkreisen konstant zu halten, werden die Abstände al, a2 .... (Querteilung) der Rohre in Richtung größer werdender Teilkreisradien @@@@@ größ@r: und zwar vergrößern sie sich im Verhältnis d@@ Radi@@@@ der einzelnen Teilkreise g@@äß der Beziehung @@:r2:r3 " a1:a2:a3 und so fart. Damit in allen Ringrä@@en I bis IV gleiche Strömungsverhältnisse im Raw@ um die R@hre ver.
• liegen, n@hmen die Abstä@ce b1, b2 ... (Läg@ @ilung) der Teilkreise ri, auf denen die Rohre G angeordret sind, in Richtung größer werdender Teilkreisradien ri hontinuierlich in dem Maße zu, daß das Produkt aus Quer- und L@@@steilung konstant bleibt; d.h. die Bedingung a1 # b1 = a2 # b2 = a3 # b3 = ai # bi = konstant muß erfüllt sein.
• In der Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeaustauschers mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, der durch zylindrische Schalcn 8 in konzentrische Ringräume 9 unterteilt ist. Durch acht radial verlaufende Zwischenwände 20 sind die Ringräume 9 noch weiter unterteilt, so daß im ganzen 16 Räume 21 vorhanden sind, die die Bezeichnung I bis XVI tragen. Der zentral gelegene Innenraum 10 ist nicht weiter unterteilt. Der gesamte Wärmeaustauscher ist aus Einzelboxen 22 und 23 zusammengesetzt, deren Form den Räumen 21 angepaßt ist.
• Einen ähnlich unterteilten Wärmeaustauscher zeigt die Fig.
• 11. Dieser Wärmeaustauscher besitzt jedoch einen achteckigen Querschnitt, und die Unterteilung wird einmal durch -radiale Zwischenwände 26 und zum anderen durch konzentrisch angeordnete, im Querschnitt achteckige Schalen 24 bewirkt, wobei der Innenraum 29 ungeteilt bleibt. Auf diese Weise setzt sich der Wärmeaustauscher aus 16 Einzelboxen 27 und 28 mit trapezförmigem Querschnitt zusammen, die genau den Räumen 25 entsprechen. Auch hier sind die Räume 25 wieder mit römischen Ziffern bezeichnet.
• Die Fig. 12 läßt die Führung der beiden Bedien durch die Räume I bis XVI gemäß Fig. 10 oder 11 erkenner; das innere Medium wird wieder durch die Rehre 6 geleitet, und in Gegenrichtung hierzu strömt des äußere @edium ,wie durch die Leitung 7 auge@eutet. Die Räume I bis XVI sind in zwei Gruppen geteilt, von denen die eine die Räume I bis VIII und die andere die Räume IX bis XVI umfaßt. Diese beiden Gr@@pen sind zueinander parallelgeschaltet, während in@erhalb der Gruppen @intereinanderschaltung vorliegt. So verden die Räume I bis VIII nacheinander von den beiden Medien durchströmt, und das gleiche gilt für die Räume IX bis XVI.

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher länglicher Bauart, der im Bereich seiner Heizfläche einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt besitzt und bei dem das innere Medium in diesem Bereich in parallel zur Längsachse angeordneten Geradrohrbündeln geführt wird, dadurch ekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher im Bereich seiner Heizfläche durch parallel zu seiner äußeren Form angeordnete Zwischenwände (8, 11, 24) und/oder radial verlaufende Zwischenwände (1, 20, 26) in eine Anzahl von.Räumen (2, 4, 9, 12, 21, 25) unterteilt ist, in denen die Geradrohrbündel (6) derart angeordnet sind, daß die in den einzelnen Räumen liegenden Bündel nacheinander von dem inneren Medium durchströmt werden, wobei das äußere Medium im reinen Gegenstrom geführt wird.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Anzahl der Räume (2, 4, 9, 12, 21,,. 25) zu mindestens zwei Gruppen zu,sammengefaßt ist, die zueinander parallelgeschaltet sind, während innerhalb der Gruppen die lIintereinanderschaltung beibehalten ist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher aus beliebig vielen segmentartigen Einzelbexen (3, 5, 22, 23, 27 28) hergestellt sit.

4. Wär@eaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher als kompakte Einheit hergestellt ist.

5. Wärmeaustauscher nactr Anspruch 1 oder 2 und eines der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austrittsstellen des äußeren und des inneren Mediums an einer Stirnseite des Wärmeaustauschers vorgesehen sind.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der vorangehenden Pn sprüche mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zwischenwände als zylindrische Schalen (8) ausgebildet sind, die mehrere konzentrische Ringräume (9) begrenzen.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umlenkung des äußeren Mediums an den Stirnseiten des Wärmeaustauschers halbierte Torusschalen (17) vorgesehen sind, die sich direkt an die zylindrischen Schalen (8) anschließen.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5 mit polygonalem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (11) parallel zur äußeren Begrenzung des Wärmeaustauschers verlaufen und ihn in mehrere konzentrische Räume (12) unterteilen, deren Querschnitt einen Vieleckring darstellt.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umlenkung des äußeren Mediums an den stirnseiten des Wärmeaustauschers polygonartig zusammengesetzte halbierte Zylinderschalen v@rgesehen sind, die der Grundrißform des Wärmeaustanschers ange@@ßt sind.

10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5 mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (1) radial angeordnet sind und den Wärmeaustauscher in Bäune (2) unterteiler, dere@ Querschnitt einen Kreisausschnitt darstellt.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5 mit polygonalem Querschnitt, dadurch g@kennzeichnet, daß die Zwischenwände (1) radial angeordnet sind und den Wärmeaustauscher in Räume (4) unterteilen, die einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5 mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Zwischenwände als zylindrische Schalen (8) ausgebildet ist, die mehrere konzentrische Ringräume (9) begrenzen, un'd daß die konzentrischen Ringräume (9) durch eine Anzahl von radial verlaufenden Z.ischenwänden (20) unterteilt sind.

13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5 mit polygonalem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Zwischenwände (24) den Wärmeaustauscher in konzentrische Räume (25) unterteilt, deren Querschnittsform einen Vieleckring darstellt, und daß die konzentrischen Räume (25) ihrerseits durch radiale Zwischenwände (26) unterteilt sind.

14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher einen nicht unterteilten zentralen Innenraum (10, 13, 29) aufweist.

15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, 8 oc:'r 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Innenraum (10, 13, 29) des Wärmeaustauschers für die Zu-und Rückführung des inneren oder äußeren Mediums benutzt wird.

16. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, 8 oder 14, dadurch ekenn.'r-eichnet, daß der zentrale' Innenraum (10, 13, 29) des Wärmeaustauschers zur Wärmeübertragung ausgenutzt wird.

17. Wärmeaustausclier nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (6) der einzelnen Rohrbündel innerhalb jedes für die Wärmeübertragung benutzten Raumes auf konzentrischen Teilkreisen bzw.

Teilvielecken oder auf- Teil stücken von Teilkreisen bzw. Teilvielecken angeordnet sind.

18. Wärmeaustauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände a (Querteilung) der auf konzentrischen Teilkreisen bzw. Teilvielecken angeordneten Rohre (6) sich in Richtung größer werdender Abstände von der Mittelachse des Wärmeaustauschers derart vergrößern, daß die Anzahl der Rohre (6) auf den verschiedenen Teilkreisen oder Teilvielecken konstant bleibt.

19. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 6 und 17, 10 und 17 oder 12 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände a (Querteilung) der auf konzentrischen Teilkreisen angeordneten Rohre (6) sich in Richtung größer werdender Teilkreisradien im Verhältnis der Radien r der einzelnen Teilkreise vergrößern.

20. Wärmeaustauscher nach Anspruch 19, dadurch @@k@anzeicbnet, daß die Abstönde b (Längsteilung) der Teilkreise, auf denen die Rchre (6) angeordnet sind, sich in Richtung größer werdender Teilkreisradien r kontinuierlich oder in Abstufungen derart verkleinern, daß das Produkt aus Quer- und Längsteilung (a x b) jeweils konstant oder annähernd konstant bleibt.

21. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 und einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Zwischenwände (1, 8, 11, 20, 24, 26) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Strömungsduerschnitte im Raum um die Rohre (6) und/oder die Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die Wärmeübergangszahlen in den nachei@an -der angeströmten Räumen (2, 4, 9, 12, 21, 25) gleich sind.