DE2537645A1 - Parallelrohr-gegenstrom-waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Parallelrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher Die Übertragung der Wärme von einem Stoffstrom auf einen anderen in der Weise, daß die Temperatur das zu erwärmenden Stoffstromes nur geringfügig niederer ist als die Temperatur des wärmeabgebenden, ist ein seit jeher erwünschter Prozessverlauf. Der nutsbare Wert der auf einen anderen Stoffstrom übertragenen Wärme ist dabei bekanntlich umso geringer, je niederer die Temperatur dieses Stoffstromes ist.
• Es ist ferner bekannt, daß Wärme in einem Wärmeaustauscher nur bei der praktischen Verwirklichung des reinen Gegenstromprinzips mit dem geringstmöglichen Temperaturgefälle übertragen werden kann. Der einzige, bisher bekannte Wärmeaustauscher, der die vorgenannten Bedingungen in geradezu idealer Weise m verwirklichen gestattet, ist der seit über 100 Jahren bekannte Doppelrohr-Wärmeaustauscher. Bei diesem ist ein Rohr mit kleinerem Durchmesser konzentrisch in einen solchen lit größerem Durchmesser angeordnet. Von den beiden am Wärmeaustausch beteiligten Stoffströmen fliesst hierbei der eine in des Rohr kleineren Durchmessers, während der andere, in dazu umgekehrter Richtung in des Ringraum zwischen dem kleineren und dem größeren Rohr strömt. Dieser sogenannte Doppelrohr-Wärmeaustauscher weist jedoch neben diesem großen, zuvor erläuterten Vorteilen, den Nachteil auf, daß zu seiner Herstellung gegenüber anderen Wärmeaustauscher-Bauarten ein großer Material- und Arbeitsaufwand erforderlich ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der bezüglich seines physikalisch-thermischen Verhaltens die gleichen Eigenschaften wie der zuvor beschriebene, bekannte Doppelrohr-Wärmeaustauscher besitzt, der sich aber durch einen geringeren Aufwand an Rohrmaterial und vor allem durch erheblich niedrigere Herstellungskosten auszeichnet.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß mehrere, nahe nebeneinander,parallel zueinander verlaufende Rohre vorzugsweise gleichen Durchmessers, die abwechselnd im Gegenstrom von einem wärmeaufnehmenden und einem wärmeabgebenden Stoffstrom durchströmt werden, gemeinsam von einem gut wärmeleitenden, gießfähigen Material, vorzugsweise Aluminium, umgossen sind und das die Rohre umschlingende Gießmaterial, nach seinem Erstarren, wärmeleitende Brücken nischen den Rohren bildet.
• Des Umgiessen der ansich beliebig langen Rohre kann dabei in kurzen Abschnitten erfolgen, wobei die einzelnen durch Umgiessung erhaltenen Abschnitte sich dann unmittelbar aneinander anschliessen oder, bei unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Rohren und Gießmaterial, schmale, quer m den Rohrachsen verlaufende Unterbrechungen (Luftspalte) aufweisen: Ferner ist es von Vorteil, venn durch in die Porshäiften eingearbeitete Vertiefungen die aus dem Gießmaterial bestehenden Abschnitte anlaufende Stege oder Rippen erbalten.
• Darüberhinaus ist es auch noch möglich, daß das abschnittweise Umgiessen der Rohre auf einer Druckgußmaschine erfolgt und die zu umgiessenden Rohre quer zur Schliessbewegung der die Formhälften tragenden Maschine geführt und bewegt sind und entsprechend der Breite des zu umgiessenden Abschnittes einen schrittweisen Vorschub erhalten.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigen: Pig. 1 einen Schnitt durch einen Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers, Fig. 3 und 4 im Schnitt verschiedenartige Ausführungsformen der Umgiessung, Fig. 5 den Abschnitt eines Wärmeaustauschers mit äußerer Verrippung in der Seitenansicht und Pig. 6 eine schräge Parallelprojektion der Herstellung von Wärmeaustauschern gemäß der Erfindung mittels einer Druckgußmaschine wiedergegeben.
• Wie aus der Pig. 1 ersichtlich, so besteht der Wärmeaustauscher au. den Rohren 1 bis 7, die durch Umgiessen mit einem Giessmaterial 8 wärmeleitend miteinander verbunden sind. Umlaufende Stege 12 dienen dabei der Erhöhung der mechanischen Festigkeit und erleichtern den Pluss des Giessmaterials 8.
• Bei dem Betrieb des Wärmeaustauschers fließt der eine Stoffstrom durch die Rohre 1, 3, 5 und 7, während in entgegengesetzter Richtung die Rohre 2, 4 und 6 von dem anderen Stoffstrom durchströit werden.
• In der Fig. 2 ist der Wärmeaustauscher in der Seitenansicht dargestellt. Die nacheinander durch Umgiessung erzeugten Abschnitte 9 und 10 besitzen, wenn sie sich nioht unmittelbar aneinander anschliessen, einen kleinen Abstand 11 voneinander.
• us der Abbildung sind auch die umlaufenden Stege 12 erkennbar. Durch Abbiegen der Rohre 1, 3, 5 und 7 des einen Stoffstrozes, lassen sich diese mit einen Sammelrohr 14 verbinden, ebenso ist es Jetzt möglich, die Rohre 2, 4 und 6 an das Sammelrohr 15 anzuschliessen.
• Die Fig. 3 und + zeigen verschiedenartige Forxgebungen der Umgiessung der Rohre, die, wie in der Pig. 3 dargestellt, zwischen den Rohren konkave Einschnürungen und, wie in der Fig. 4 dargestellt, zwischen den Rohren konvexe Auswölbungen aufweisen kann.
• Wie auch gemäß der Pig. 1, sorgt der umlaufende Steg 12 fUr die mechanische Stabilität und gute Verteilung des Giesmaterials 8. Je nach Aufgabe des Wärmeaustauschers und Je auch der Art der werwendeten Stoffströme und der Größe des Wärmeübergangs in den Rohren, wird man die Giesmaterial sparende Ausführung nach der Fig. 3 wählen, wenn ein eingeschnürter Wärmeflussquerschnitt genügt. Im umgekehrten Pall wird man die in der Pig. 4 dargestellte Querschnittsform lit besonders großem Wärmeflußquerschnitt der Umgiessung vorziehen.
• Der Wärmeaustauscher nach den Fig. 1 bis 4 ist außer zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Stoffströmen auch noch befähigt, Wärme an einen dritten Stoffstrom zu übertragen, wenn dieser außen an der Umgiessung vorbeigeführt wird. Zu diesem Zweck kann wie in der Pig. 5 dargestellt ist, die Oberfläche der Umgiessssg auch noch durch angegossene Rippen 13 vergrößert werden.
• In der llig. 6 ist schliesslich in schräger Parallelprojektion der Prozess zur Herstellung von Wärmeaustauschern nach der Erfindung wiedergegebenen. Hierbei zeigt der Pfeil 16 die Schliess- und Öffnungsbewegung einer Druckgußmaschine, während in Pfeilrichtung 17, senkrecht zur Öffnungs- und Schliessbewegung der Maschine, der schrittweise Vorschuß des Röhrenbündels d bis 7 erfolgt. Hierbei werden die Rohre 1 bis 7 nacheinander schrittweise mit den Giessmaterial 8 in Pora der abschnitte 9 umg@ssen.
• stelle der in den Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Ausfuhrungsform mit 7 Rohren kann natürlich auch eine kleinere oder größere Anzahl von Rohren zum Aufbau von Wärmeaustauschern nach der Erfindung verwendet werden.
• Die nach Fig. 6 im Strangverfahren umgegessenen Rohre werden anschliessend durch Abbiegen einzelner Rohre mit Sammelrohren, wie in der Fig. 2 dargestellt, in Wärmeaustauschern weiterverarbeitet. Bei Fortfall von Umgiessungen in frei wählbaren Abständen lassen sich die strangförmigen Wärmeaustauscher haarnadelförmig oder in fortgesetzt hin- und hergehenden Längen zu paketartigen Einheiten zusammenfassen, so daß Wärmeaustauscher mit geringem Baumverbrauch entstehen.
• Auch ein spiralförmiges Aufwickeln der Rohrpakete ist nach des Umgiessen mit einer geeigneten Biegexaschine leicht möglich.

Claims (4)

A n s p r ü c h e

1. Parallelrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nahe nebeneinander, parallel zueinander verlaufende Rohre (1 bis7) vorzugsweise gleichen Durchmessers, die abwechselnd im Gegenstrom von einem wärmeaufnehmenden und einem wärmeabgebenden Fluid durchströmt werden, gemeinsam von-einem gut wärmeleitenden, gießfähigen Material (8) (vorzugsweise Aluminium) umgossen sind und das die Rohre (1 bis 7) uaschlingende Gießmaterial (8) nach seinem Erstarren wärmeleitende Brücken zwischen den Rohren (1 bis 7) bildet.

2. Parallelrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgiessen der an sich beliebig langen Rohre (1 bis 7) in Abschnitten (9,10) erfolgt und die einzelnen durch Umgiessung erhaltenen abschnitte (9, 10) sich unmittelbar aneinander anschliessen oder, bei unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen den Rohren (1 bis 7) und dem Gießmaterial (8), schmale quer zu den Rohrachsen verlaufende Unterbrechungen (11) (Xuftspalte) aufweisen.

3. Parallelrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher, nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch in die Pormhälften eingearbeitete Vertiefung die aus dem Gießmaterial (8) bestehenden Abschnitte (9,10) umlaufende Stege (12) oder Rippen (13) erhalten.

4. Parallelrohr-Gegenstrom-Wärmeaustauscher nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abschnittweise Umgiessen der Rohre (1 bis 7) auf einer Druckgußmaschine erfolgt und die zu umgiessenden Rohre (1 bia 7) quer zur Schliessbewegung der die Formhälften tragenden Maschine geführt und bewegt sind und entsprechend der Breite des zu umgiessenden AbSchnittes einen schrittweisen Vorschub erhalten.

L e e r s e i t e