DE2603586B2 - Rohrwaermetauscher mit einem mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten kern - Google Patents

Rohrwaermetauscher mit einem mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten kern

Info

Publication number
DE2603586B2
DE2603586B2 DE19762603586 DE2603586A DE2603586B2 DE 2603586 B2 DE2603586 B2 DE 2603586B2 DE 19762603586 DE19762603586 DE 19762603586 DE 2603586 A DE2603586 A DE 2603586A DE 2603586 B2 DE2603586 B2 DE 2603586B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tube
tubes
heat exchanger
rib
wound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762603586
Other languages
English (en)
Other versions
DE2603586C3 (de
DE2603586A1 (de
Inventor
Anmelder Gleich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE2603586A1 publication Critical patent/DE2603586A1/de
Publication of DE2603586B2 publication Critical patent/DE2603586B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2603586C3 publication Critical patent/DE2603586C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
    • B21C37/205—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls with annular guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/22—Making finned or ribbed tubes by fixing strip or like material to tubes
    • B21C37/26—Making finned or ribbed tubes by fixing strip or like material to tubes helically-ribbed tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/06—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of metal tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H51/00—Forwarding filamentary material
    • B65H51/28—Arrangements for initiating a forwarding operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/42—Modularity, pre-fabrication of modules, assembling and erection, horizontal layout, i.e. plot plan, and vertical arrangement of parts of the cryogenic unit, e.g. of the cold box
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/40—Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/401—Shell enclosed conduit assembly including tube support or shell-side flow director
    • Y10S165/405—Extending in a longitudinal direction
    • Y10S165/406—Helically or spirally shaped

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrwärmetauscher mit einem Mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten Kern, auf den im wesentlichen gleichiangen schraubenförmig durch ein rippenbildendes Element umwundene Rohre zum Durchgang je eines fließbaren Mediums in und zwischen diesen in dem durch das Mantelrohr und den Kern begrenzten Hohlraum in mindestens zwei Schichten aufgewickelt
Der erfindungsgemäße Rohrwärrnetauscher kann in der Tiefkühltechnik, insbesondere bei Erdgasverflüssigungs- und Verlegungsanlagen mit gutem Erfolg Verwendung Finden. Er kann ebenfalls in einem beliebigen Zweig der Technik, in welchem wirkungsvolle, in gedrängter räumlicher Bauweise erstellte Rohrwärmetauscher erforderlich sind, verwendet werden.
Am zweckmäßigsten wird er bei Tieftemperaturkühlsystemen, insbesondere bei Heliumkühlanlagen und -verflüssigern verwendet
Rohrwärmetauscher von Heiiumkühianiagen müssen einer Reihe von Anforderungen gerecht werden, die sich aus folgenden Besonderheiten ihrer Betriebsbedingungen ergeben:
Bei Rohrwärmetauschern von Heliumkühlanlagen wird die Kälte in einem weiten Temperaturbereich (von 3,5 K bis 330 K) zurückgewonnen. Deswegen sind ein starkes Temperaturgefälle und beträchtliche Wärmebe-Iastungen für diese kennzeichnend, was jeweils große Wärmetauscherflächen erfordert Gleichzeitig ist der verfügbare Energieverbrauch für den Transport des
ίο Heliums durch den Apparat sehr niedrig, weil die zulässigen Druckverluste in den Linien des warmen Heliumleichtstromes in den Röhren (üblicherweise beträgt sein Druck 8 bis 25 atm) und besonders in der Linie des kalten Heüumgegenstromes im Rohrzwi- ~henraum (sein Druck beträgt 0,5 bis ! ,5 atm), begrenzt sind. Bei Kühlanlagen mit einer Kältegewinnung bei einem Temperaturniveau von 4,5 K dürften z. B. die zulässigen Druckverluste in der Heliumgegenstromlinie, welche Rohrwärmetauscher, sämtliche Rohrleitungen,
Sammelstücke und Stutzen umfaßt, nicht über 3000 mn WS fiegen.
Hinsichtlich von Rippen umwundenen Rohrwärmetauschern bedingen diese zwei Bedingungen in der Regel die Entwicklung mehrschichtiger Apparate, bei
denen die Rohre in mehreren Lagen auf einem Kern aufgewickelt sind.
Um gute Energieverbrauchswerte bei eirer Kühleinrichtung zu gewinnen, r,,üssen die Rohrwärmetauscher kleine Temperaturdifferenzen aufweisen. Besonders notwendig ist das bei /Rohrwärmetauschern, die auf einem Temperaturniveau von unter 2OK betrieben werden. Hier darf der Temperaturunterschied zwischen den Wärmetauschströmen ein Grad nicht überschreiten. Es ist sehr wirtschaftlich, wenn die Temperaturdifferenz
innerhalb von 0,1 bis 0,5° liegt
Die Entwicklung von wirkungsvollen, d.h. den angegebenen Anforderungen in genügendem Maß entsprechenden Rohrwärmetauschern ist eine komplizierte Entwicklung Aufgabe. Besonders schwer ist es,
to infolge des sog. Sekundäreffekt?s klei;.e Temperaturdifferenzen zu gewährleisten.
Dazu gehören in erster Linie eine Iongitudinale Wärmeleitung in den Bauelementen der Rohrwärmetauscher und eine Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Gassirörne nach den einzelnen Kanälen des Wärmetauschers.
Ausgehend von diesen Betriebsbedingungen müssen die Rohrwärmetauscher von Heliumkühlanlagen folgenden Anforderungen gerecht werden. Sie müssen:
eine in gedrängter Bauweise erstellte Wärmetauscherfläche aufweisen, damit große Wärineiauscherilächen im Wärmetauscher mit annehmbaren Außenabmessungen Platz finden können,
gute Wärmeeigenschaften bei relativ kleinen Druck-Verlusten aufweisen,
U„;Mri_xn„- J-- c_i ι·λ ir_i— t ; j:_ _i:_
»•«■■r·» wa w«.il Wl UVItUllUBIVlIblilV OUI ΎΤ Viatrll, UId UI&
Bildung von kleinen Temperaturunterschieden zwischen den Wärmetauscherströmen gewährleisten,
fertigungsgerecht und wirtschaftlich herstellbar sein, eo einen hohen Faktor der Betriebssicherheit haben.
Es ist ein Rohrwärmetauscher bekannt, der von Firmen in den USA, Großbritannien und Frankreich bei Heliumkraftanlagen und -verflüssigern benutzt wird.
Dieser den auf dem Gebiet der Tiefkühltechnik tätigen Fachleuten bekannte Apparat, der als Wärmetauscher in Collins-Bauweise genannt wird, enthält einen zylindrischen Kern, auf welchem mit spiralförmig umwundenen Rippen aus dünnem Band umwundene
Rohre angeordnet sind. Es sind hierbei nachgiebige Dichtungsschnure vorgesehen, die in den Windungslükken der Rohre an deren Außen- und Innenseite Platz finden. Dieser bekannte Rohrwärmetauscher weist ein äußeres Mantelrohr und Abstandsrohre auf, die zwischen den Rohrschichten angeordnet sind, !n jeder Schicht sind die rippenumwundenen Rohre derart angeordnet, daß der axiale Mittenabstand der Querschnitte der Rohre zwischen den nebeneinander angeordneten Windungen der einen Schicht sowie der Abstand zwischen diesen Mitten und denen der Querschnitte der Rohre in den Windungen der zweiten radial daran angrenzendeii Schicht den Sunnnenbetrag von einem Durchmesser der Rohre ur-d zwei 's ~ ^n der Rippen gleicht Dadurch koiames die Wh ■-' ngen in is jeder Schicht nur mit den Stirnflächen dei Kippen in Berührung, während die Oberflächen der Rohre in den Windungen sich nicht berühren, v. .« dfe Rohre in den Schichten durch die Abstand', nanflrohre voneinander getrennt sind.
Die Rippen sind bei diesem Rohrwärmetauscher am Rohr durch Löten befestigt
Derartige bekannte Rohrwärmetauscher zä':Jen zu sehr wirksamen Apparaten, weil sie bei verhältnismäßig kleinen Druckverlusten im Zwischenraum des Apparates gute Wärmeeigenschaften aufweisen.
Ein Nachteil dieser bekannten Rohrwärmetauscher besteht in der baulichen Gestaltung. Bei diesen bekannten Rohrwärmetauschern sind zwischen den Rohrschichten Abstandsmantelrohre angeordnet, die den Abstand zwischen den Schichten der Rohre fixieren und eine Verformung der Rippen sowie ein Eindringen derselben in benachbarte Schichten verhindern. Gleichzeitig bieten die Abstandsmantelrohre die Möglichkeit, die Wärme an der Wärmetauschfläche vorbei überströmen zu lassen, indem die Wärme durch diese Abstandsmantelrohre strömt Dies kann einen Anstieg der Temperaturdif.'erenz zwischen den Wärmetauschströmen mit sich bringen. Außerdem ist bei einer solchen bauschen Gestaltung ein Aufwickeln der Rohre mit nachgiebigen Schnüren vorgesehen. Die Schnüre bewirken ein vollständiges Umströmen der rippenumwundenen Oberfläche und füllen eventuelle Undichtigkeiten zwischen den Rohrschichten und den Mantelrohren aus.
Es ist auch ein Rohrwärmetauscher bekannt, der ein Mantelrohr u.id einen zylindrischen Kevn mit auf diesen in mehreren Schichten aufgewickelten, mit Runddraht rippenumwundenen Rohren enthält In jeder Schicht sind die Rohre auf den Kern mit einem gewissen Spiel zwischsn den Nachbarwiniijngen derart autgewickelt, daß der axiale Mittenabstand der Querschnitte der Rohre zwischan nebeneinander angeordneten Windungen der einen Schicht die Größe überschreitet, die dem Summenbetrag von zwei Rohrdurchmessern des Roh-
im uiiu
j j__ nt
ι lallen uvi rvij/j/tu
rviittenabstand der Querschnitte der Rohre in den Windungen der zweiten radial dazu angrenzenden Schichten dem Summenbetrag von zwei Durchmessern des Rohres und zwei Höhen der Rohre gleicht Dadurch stehen die Oberflächen der Rohre in der Schicht in keinem Kontakt miteinander und berühren sich lediglich mit den Stirnflächen der Rippen zwischen benachbarten Schichten (siehe Buch von E. I. Antonov, et al. »Ustroivstvo dlya akhlazhdeniya prismnikov islucheniya«, S. 102, Verlag »Mashinostroenia«, Leningrad, 1969,UdSSR).
Die bauliche Gestaltung dieses bekannten Rohrwärmetauschers, der drahtberippte Rohre aufweist, ist einfach imd in der Herstellung unkompliziert Em Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht jedoch in der gleichbleibenden Steigung der Rippen in den Schichten. Diese Rohrwärmetauscher können nur mit einer kleinen Anzahl von Rohrschichten (1 bis 3) Verwendung finden. Bei einer weiteren Erhöhung der Zahl der Schichten nimmt der Durchmesser einer jeden Schicht der Rohre im Vergleich zum Durchmesser des Kernes wesentlich zu.
Bei konstanter Steigung unterscheiden sich die Rohre in den einzelnen Scnichten beträchtlich in ihrer Länge. Dieses bewirkt eine ungleichmäßige Verteilung von fließfähigem Medium, z. B. Helium, in den Rohren, was die Möglichkeit ausschaltet im Wärmeaustauscher eine kleine Temperaturdifferenz zu erreichen, wobei der Apparat bei mehrschichtiger Gestaltung des Rohrwärmetauschers nicht funktionsfähig ist
Es ist auch ein Rohrwärmetauscher aus rippenumwundenen Rohren bekannt (DE-PS 19 95 571), bei dem als Berippung ein Draht mit runt?' ι Querschnitt verwendet wird, wobei die Abstände zwischen den Rohren über ihre gesamte Länge die gleichen sind, so daß sich der Nachteil ergibt daß in den Rohren keine Verwirbelung des Fluidums erzie! ar ist und somit kein intensiver Wärmeaustausch erreichbar ist
Es ist auch ein aus Rohrbündeln bestehender Rohrwärmetauscher mit Abstandsstücken bekannt die in Form eines als Rippe um einen kurzen Teil des Rohres gewickelten Drahtes gestaltet sind, wobei die Abstandsstücke in gewissen Rohrabschnitten angeordnet sind und sich nicht über die gesamte Länge der Rohre erstrecken, wobei sie lediglich dazu dienen, die Rohre des Bündels in ihrer gegenseitigen Lage zu sichern.
Es sind auch Rohrwärmeaustauscher bekannt die aus Rohren mit Rippen in Form eines Bandes bestehen (DE-PS 19 37 652, DE-PS 4 50 232 und US-PS
13 67881), wobei die Anordnung der Rohre in zueinander gleichmäßigem Abstand vorgesehen ist Df/artige bekannte Rohrwärmetauscher ermöglichen jedoch keine Intensivierung des Wärmeaustausches.
Es ist auch ein Rohrwärmetauscher bekannt (FR-PS
14 09 932), welcher an der Rohrwandung Prägungen aufweist, die jedoch iedigiich zu dem Zwecke dienen an der Außenwandung des Rohrwännetauschers gelegene spiralförmige Kanäle am Außenring zu bilden. Mit derartigen an den Außenwänden angeordneten Kanälen wird jedoch keine Beeinflussung und Verbesserung des Wärmeaustausches durch das in den Kanälen fließende Medium erzielt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Rohrwärmetauscher zu schaffen, der hohe thermische und hydrodynamische Eigenschaften aufweist und eine bessere Übertragung des Wärmet2ustiics crzicibar isi, wobei es auch ermögnchi werder soll, mit einfachen, in der Technik bekannten Mitteln den Konvektionswärmetausch in langen gewickelten und gerippten Rohren mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser zu intensivieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das rippenbildende Element auf jedes Röhr mit einer Steigerung an der radialen Außenseite des Rohres von mindestens zwei Dicken des Elementes aufgewunden ist und dis Rohre in jeder Schient derart auf den Kern aufgewickelt sind, daß der axiale Mkisnabsiand der Querschnitte der Rohre zwischen den nebeneinander angeordneten Windungen der einen Schicht sowie der Abstand
zwischen diesen Mitten und denen der Querschnitte der Rohre in den Windungen der zweiten, radial daran angrenzenden Schicht sich von einer dem Summenbet/ag von einem Durchmesser des Rohres und zwei Höhen der Rippe gleichen Größe bis zu einer dem Summenbefrag von einem Durchmesser des Rohres und einer Höhe der Rippe gleichen Größe alimählich ändern» wobei diese AbsUndsänderungen sich auf der gesamtem Länge Ober den Querschnitt des Wärmeaustauschers periodisch wiederholen, wodurch die Stirnflächen der Rippen einer jeden Windung des Rohres abwechselnd rmt den Stirnflächen der Rippen und den Oberflächen der Rohre der Nachbarwindungen in Berührung kommen.
Eine derartige Lösung bietet die Möglichkeit, die Steigerung der Rohre bei mehrschichtigen Rohrwärmeaustauschern schichtweise zu ändern, ohne daß zusätzliche bauliche Abstandselemente verwendet werden müssen, so daß auf unkomplizierte Weise eine Verbesserung des Wärmeaustausches erzielbar ist.
Es ist zweckmäßig, wenn jedes Rohr an seiner Außenfläche eine über seine gesamte Länge reichende schraubenförmige rinnenartige Prägung aufweist
Eine derartige Gestaltung ermöglicht es, die Wärmeabgabe in den Rohren zu intensivieren, was die GesarntwärmeGbertra^ungszahl des Rohrwärmetauschers erhöht.
Es ist vorteilhaft, wenn das am Rohr Rippen bildende Element einen runden, ovalen oder stromlinienf3rmigen Querschnitt aufweist
Mit einer derartigen Gestaltung des rippenbildenden Elementes kann die Rippe gleichzeitig als Abstandselement zwischen den Rohrschichten und -windungen dienen.
Beim spielfreien Aufwickeln der mit einem rippenbildenden Element von solcher Form berippten Rohre bilden sich zwischen den Rohrschichten stromlinienförmige und kleine Abmessungen aufweisende Kanäle aus, wodurch sich die Möglichkeit ergibt sehr kompakte Rohrwärmetauscher zu erhalten.
Im Vergleich mit bekannten derartigen Rohrwärmetauschern bietet die erfindungsgemäße Gestaltung die Möglichkeit bei hohen thermischen Eigenschaften und verhältnismäßig kleinen Druckverlusten eine sehr gedrängte Bauweise und Sicherheit zu erreichen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispie! des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt
F i g. 1 den Rohrwärmetauscher in scfaematischer Darstellung, teilweise im Längsschnitt
Fig.2 ein mit einem als Rundrad gestalteten rippenbildenden Element rippenumwundenes Rohr des RohrwärmeiauscherSu teilweise im Längsschnitt
Fig.3 den Rohrwärmetauscher (in zweischichtiger Gestaltung), in schematischer Darstellung, teilweise in Draufsicht,
Fig.4 ein mit ringförmigen Prägungen versehenes Rohr des Rohrwännetauschers mit einem aus Draht gestalteten rippenbildenden Element teilweise im Längsschnitt
Fig.5 das mit Draht rippenumwundene Rohr des Rohrwärmetauschers mit in ihrer Lage mit der der Rippen übereinstimmenden wendeiförmigen Prägungen,
F i g. 6 eine Gestaltung gemäß F i g. 5, bei der die Lage der Prägung nicht mit der der Rippen übereinstimmt
Der Rohrwännetauscher kann bei Heliumkühlanlagen und -verflüssigern von kleiner, mittlerer und großer Leistung mit gutem Erfolg verwendet werden. Der Rohrwärmetauscher enthält ein zylinderförmiges Mantelrohr ί (Fig. 1, 3). Im Mantelrohr ist ein mit diesem fluchtender zylindrischer Kern angeordnet auf welchem im wesentlichen gleichlange, mit einem rippenbildenden Element rippenumwundene Rohre (Fig. 1—6) mindestens in zwei Schichten aufgewickelt sind.
Das rippenbildende Element dient zum Durchtritt eines fließbaren Mediums, gegebenenfalls eines Stromes von warmem gasförmigen Helium, Die Rohre 4 sind mit
to einer nachgiebigen Schnur (Fig. 1), die zum Abdichten eines eventuellen Spielraumes zwischen dem zylindrischen Kern 2 und der ersten Schicht der Rohre 3 dient, auf den Kern 2 aufgewickelt Mit Hilfe dieser Schnur 5 bildet sich ein Kanal aus, der der Form nach den zwischen den Schichten der Rohre 3 gebildeten Kanälen nahekommt In den Kanälen zwischen dem Kern 2 und der ersten Schicht der Rohre 3 schafft dies solche Bedingungen der Wärmeübertragung, die denen in den Kanälen zwischen den Rohrschichten nahe sind Verschiedenartige Vorsprt-.ge oder Aussparungen am Kern mit rundem, ovalem, dreieckigem Querschnitt u.a.m. können die Funktion als Schnur 5 erfüJJea Auf die Auß' dichten der Rohre 3 ist ebenfalls die nachgiebige Schnur S aufgewickelt die gemeinsam mit einer Folie 6 (F i g. 3) eine gewisse Abweichung von der zylindrischen Form der letzten Schicht der Rohre 3 und eventuelle Undichtigkeiten zwischen der letzten Schicht der Rohre 3 und dem Mantelrohr 1 ausgleicht
In dem iurch das Mantelrohr 1 und den Kern begrenzten Hohlraum fließt zwischen den Rohren 3 ein fließbares Medium, gegebenenfalls ein kalter gasförmiger Heliumgegenstrom. Auf die Rohre 3 ist das rippenbildende Element 4 (Fig. > bis 6) aufgewickeil, das bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung einen Draht darstellt Der Draht ist mit einer Steigung an der radialen Außenseite des Rohres von mindestens zwei Dicken H des als Element 4 verwendeten Drahtes aufgewunden. Bei dem Rohrwärmetauscher sind die Rohre 3 in jeder Schicht derart auf den Kern aufgewickelt daß der axiale Mittenabstand M der Querschnitte der Rohre 3 zwischen den nebeneinander angeordneten Windungen der einen Schicht sowie der Abstand zwischen diesen Mitten und denen der Querschnitte der Rohre 3 in den Windungen der zweiten radial daran angrenzenden Schicht sich von einer den Summenbetrag von einem Durchmesser Ddes Rohres 3 und zwei Höhen H der Rippen 4 gleichen Größe bis zu einer dem Summenbetrag von einem Durchmesser D des Rohres 3 und einer Höhe H der Rippe 4 gleichen CröBe allmählich ändern, wobei diese Abstandsänderungen sich auf der gesamten Länge und dem Querschnitt des Rohrwärmetauschers periocLjch wiederholen, wodurch die Stirnflächen der Rippen 4 einer jeden Windung des Rohres 3 abwechselnd mit den Stirnflächen der Elemente 4 und den Oberflächen der Rohre 3 der Nachbarwindungen in Berührung kommen. Eine derartige Aufwickelung der Rohre 3 bietet die Möglichkeit die Steigung der Rohre schichtweise zu ändern, ohne daß zusätzliche bauliche Abstandselemente zwischen den Rohrschichten angeordnet werden müssen.
Aufgrund des wellenförmigen Verlaufs der Rohre 3, die diese beim um die Achse des Kernes verlaufenden dichten Aufwickeln erlangen, ergeben sich dabei
ö willkürlich veränderliche Mittenabstande M der Querschnitte der Rohre. Diese Lage der Rohre 3 am Rohrwärmetauscher gibt ihm eine Ähnlichkeit mit Wärmetauschern, die eine Aufsatz- und Aufschüttwär-
meaustauschfläche aufweisen.
Ebenso wie für diese Oberflächen ändert sich die Form und die Abmessungen der im Zwischenraum zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers gebildeten Kanäle kontinuierlich in einer bestimmten Reihenfolge, die von den Größen der Durchmesser des Rohres 3, des Drahtes und der Steigung der Wicklung abhängig ist Dabei haben die durchschnittlichen geometrischen Abmessungen der Kanäle konstante Werte. Diese !Eigenschaft der bauliche« Gestaltung ergibt gute Bedingungen für ein gutes Durchiinischen (S/enwirbelh) des Heliuinstromes im Zwischenraum zwischen den Rohren des Roh-Wärmetauschers, wobei hohe Werte des Wärmeabgabekoeffizienten gewährleistet werden. Außerdem ist sie zum Erreichen einer kleinen Temperaturdifferenz im Rohrwärmetauscher von großer Bedeutung. Durch diese bauliche Gestaltung wird eine gleichmäßige Verteilung des Heliumstromes über den Querschnitt des Rohrwärmetauschers gewährleistet. Letzten Endes schaltet die Ausführung des Wärmetauschers ohne zusätzliche Abstandselemente die Möglichkeit aus. die Wärme durch diese überströmen zu lassen und ermöglicht es, die Rohre 3 kontinuierlich auf den zylindrischen Kern 2 aufzuwikkeln.
Bei einer der Ausführungsvarianten des Rohrwärmetauschers kann jedes Rohr 3 über dessen gesamte Länge reichende schraubenlinienförmige, rinnenartige Prägungen 7 (F i g. 4—6) aufweisen.
Diese Prägungen 7 können ring- bzw. wendelförmig ausger-hrt werden. Im letztgenannten Falle kanu die Lage der wendeiförmigen Prägungen mit der Lage des auf das Rohr aufgewundenen Drahtes übereinstimmen, braucht es aber nicht zu tun. Die Prägungen 7 weisen eine stetig umrissene Form auf, wobei ihre Höhe im Verhältnis zum Durchmesser des Rohres 3 klein ist Dadurch verhindert das Vorhandensein der Prägungen
7 am Rohre 3 die Berippung desselben nicht und stört auch nicht die Geometrie der Berippung.
Bei Heliumkühlanlagen und -verflüssigern hoher Leistung wird der thermodynamische Kältekreislauf üblicherweise nsch einem Niederdruckschema (6 bis
8 atm) aufgebaut In diesem Fall ist die Wärmeabgabe in den Rohren nicht genügend intensiv. Die dem Inneren des Rohres zugekehrte Konvexität bietet die Möglichkeit, die Wärmeabgabe zu intensivieren. Der Intensivierungseffekt des Wärmeaustauschers beruht auf periodischem Abreißen der Wandschicht des fließbaren Mediums von der glatten Wandung und einer künstlichen Verwirbelung desselben. Diese Erscheinung
Bei derartiger Ausführung der Rippen können die rippenumwundenen Rohre ohne Gefahr einer Quetschung derselben spielfrei unter Spannung aufgewickelt werden. In diesem Fall kann die Rippe gleichzeitig als Abstandselement zwischen den Schichten und Wandungen der Rohre dienen.
Die Anv/endung eines Drahtes als rippenbildendes Element 4 bietet die Möglichkeit, beim Rohrwärmetuuscher Röhrte 3 mit kleinem Durchmesser zu verwenden, wodurch eine gedrungene Bauart des Rohrwärmetauschers gewährleistet wird.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung bietet sich also die Möglichkeit einen wirkungsvollen, sehr kompakten, einfach herstellbaren und langlebigen gewundenen Rohrwärmetauscher zu schaffen.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß gestalteten Rohrwärmetauschers ist wie folgt
Fließendes Medium, z. B. ein Strom warmen, gasförmigen Heliums, tritt von einem (nicht dargestellten) Verdichter in eine (nicht dargestellte) Sammelrohrleitung des Rohrwärmetauschers ein, wo er sich in dem in mehreren Schichten auf den Kern 2 aufgewickelten Rohr 3 gleichmäßig verteilt
In den Rohren 3 abgekühlt strömt das Helium teilweise in eine (nicht dargestellte) Expansionsmaschine ein, wo es sich beim Ausdehnen zusätzlich abkühlt Der andere Teil des Heliumstromes wird abgedrosselt und in Form eines kalten Heliumgegenstromes, der sich mit dem Heliumstrom nach der Expansionsmaschine vereinigt, dem Zwischenraum zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers zugeführt wobei er seine Kälte an den Heliumstrom abgibt der in den Rohren 3 strömt
erhöht den Wärmeabgabekoeffizienten in der· Rohren um ein 2- bis 35faches, wobei der Energieverbrauch für den Transport des fließbaren Mediums in den Rohren nur wenig zunimmt
Das am rippenumwundenen Rohr angeordnete rippenbildende Element 4 weist einen stromlinienförmigen Querschnitt auf, wie das in F i g. 4 dargestellt ist
Als rippenbildendes Element 4 kann Rund-, Ovaloder Profildraht mit stromlinienförmiger Stirnfläche oder können Rohre mit ähnlichem Querschnitt verwendet werden.
Bei derartigen Ausführungen des rippenbildenden Elementes kann dieses unter Spannung auf das Rohr 3 aufgewunden werden. Dadurch wird ein zuverlässiger und inniger Kontakt zwischen dem Element 4 und dem Rohr 3 gewährleistet In diesem Falle ist zum Verbinden des Rohres 3 mit dem Element 4 weder ein Löten noch ein Schweißen erforderlich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
•30108/237

Claims (3)

26 03 58£ Patentansprüche:
1. Rohrwärmetauscher mit einem Mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten Kern, auf den im wesentlichen gleichiange schraubenförmig durch ein rippenbildendes Element umwundene Rohre zum Durchgang je eines fließbaren Mediums in und zwischen diesen in dem durch das Mantelrohr und den Kern begrenzten Hohlraum in mindestens zwei Schichten aufgewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das rippenbildende Element (4) auf jedes Rohr (3) mit einer Steigung an der radialen Außenseite des Rohres von mindestens zwei Dicken des Elementes (4) aufgewunden ist und die Rohre (3) in jeder Schicht derart auf den Kern (2) aufgewickelt sind, daß der axiale Mittenabstand (M) der Querschnitte der Rohre (3) zwischen den nebeneinander angeordneten Windungen der einen Schicht sowie der Abstand zwischen diesen Mitten und denen der Querschnitte der Rohre (3) in den Windungen da zweiten, radial daran angrenzenden Schicht sich von einer dem Summenbetrag von einem Durchmesser (D) des Rohres (3) und zwei Höhen (H)dsr Rippe (4) gleichen Größe bis zu einer dem Summenbetrag von einem Durchmesser (D)des Rohres (3) und einer Höhe (H)der Rippe (4) gleichen Größe allmählich ändern, wobei diese Abstandsänderungen sich auf der gesamten Länge über den Querschnitt des Wärmeaustauschers periodisch wiederholen, wodurch die Stirnflächen der Rippen (4) einer jede" Windung des Rohres (3) abwechselnd mit den Stirnflächen der Rippen (4) und den Oberflächen der Rohre (3) der Nachbarwindungen in Berührung kommen.
2. Rohrwärmetauscher nach A.ispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (3) an seiner Außenfläche eine über seine gesamte Länge reichende schraubenförmige rinnenartige Prägung (7) aufweist
3. Rohrwärmetauscher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das am Rohr (3) Rippen bildende Element (4]i einen runden, ovalen oder stromlinienförmigen Querschnitt aufweist
DE2603586A 1975-07-30 1976-01-30 Rohrwärmetauscher mit einem Mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten Kern Expired DE2603586C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU2153901A SU533420A1 (ru) 1975-07-30 1975-07-30 Устройство дл намотки с нат жением,преимущественно труб

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2603586A1 DE2603586A1 (de) 1977-02-10
DE2603586B2 true DE2603586B2 (de) 1980-02-21
DE2603586C3 DE2603586C3 (de) 1980-10-02

Family

ID=20625846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2603586A Expired DE2603586C3 (de) 1975-07-30 1976-01-30 Rohrwärmetauscher mit einem Mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten Kern

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4116270A (de)
DE (1) DE2603586C3 (de)
FR (1) FR2319867A1 (de)
SU (1) SU533420A1 (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321963A (en) * 1979-07-05 1982-03-30 Solar Unlimited, Inc. Single layer volute heat exchanger
US4719969A (en) * 1985-05-30 1988-01-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Vibration and shock resistant heat exchanger
US4685514A (en) * 1985-12-23 1987-08-11 Aluminum Company Of America Planar heat exchange insert and method
US4702312A (en) * 1986-06-19 1987-10-27 Aluminum Company Of America Thin rod packing for heat exchangers
US4705106A (en) * 1986-06-27 1987-11-10 Aluminum Company Of America Wire brush heat exchange insert and method
US4678548A (en) * 1986-07-21 1987-07-07 Aluminum Company Of America Corrosion-resistant support apparatus and method of use for inert electrodes
US7546867B2 (en) * 2004-11-19 2009-06-16 Luvata Grenada Llc Spirally wound, layered tube heat exchanger
US20060108107A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-25 Advanced Heat Transfer, Llc Wound layered tube heat exchanger
EP1790932A1 (de) * 2005-11-24 2007-05-30 Linde Aktiengesellschaft Gewickelter Wärmetauscher
US7413004B2 (en) * 2006-02-27 2008-08-19 Okonski Sr John E High-efficiency enhanced boiler
US9523538B2 (en) * 2006-02-27 2016-12-20 John E. Okonski, Jr. High-efficiency enhanced boiler
US20090242184A1 (en) * 2007-01-31 2009-10-01 Shi Mechanical & Equipment Inc. Spiral Tube Fin Heat Exchanger
US20110132590A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 Harsco Corporation Helically wound finned tubes for heat exchangers and improved method for securing fins at the ends of the tubes
US9109844B2 (en) * 2012-03-01 2015-08-18 Rheem Manufacturing Company Nested helical fin tube coil and associated manufacturing methods
WO2015007375A1 (de) * 2013-07-16 2015-01-22 Linde Aktiengesellschaft Wärmeübertrager mit elastischem element
DE102017105254A1 (de) * 2017-03-13 2018-09-13 Schmöle GmbH Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohres und eines Wärmetauschers
CN108286844B (zh) * 2018-01-22 2020-04-17 合肥华凌股份有限公司 环形蒸发器及其制备方法、制冷设备
CN113566637A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 克雷登热能设备(浙江)有限公司 一种新型翅片盘管
CN114106899B (zh) * 2022-01-25 2022-08-09 东营市成功石油科技有限责任公司 一种天然气用干燥装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1777356A (en) * 1927-05-17 1930-10-07 Empire Gas And Fuel Company Heat-interchange apparatus
US1785159A (en) * 1927-09-14 1930-12-16 Herbert G Ullman Heat-interchange device
DE738860C (de) * 1938-05-12 1943-09-03 Norddeutsche Kabelwerke Ag Vorrichtung an einer Maschine zum Herstellen von Wendeln aus Draht oder Band
US2644675A (en) * 1949-11-03 1953-07-07 American Locomotive Co Heat exchanger
US2714919A (en) * 1951-03-20 1955-08-09 John M Johnston Apparatus and method for forming seamless flexible tubing
US3138201A (en) * 1960-03-30 1964-06-23 Huet Andre Heat exchanger with grooved tubes
US3202210A (en) * 1961-11-14 1965-08-24 Joy Mfg Co Heat exchanger
US3217799A (en) * 1962-03-26 1965-11-16 Calumet & Hecla Steam condenser of the water tube type
US3455379A (en) * 1965-12-13 1969-07-15 Calumet & Hecla Finned tube produced from continuous strip
US3332478A (en) * 1966-08-15 1967-07-25 Richmond Engineering Company I Water heating apparatus
US3826304A (en) * 1967-10-11 1974-07-30 Universal Oil Prod Co Advantageous configuration of tubing for internal boiling
US3524734A (en) * 1967-10-31 1970-08-18 Soko Kamiryo Device for promoting perfect combustion of liquefied petroleum gas for use in cars
US3643735A (en) * 1970-03-10 1972-02-22 Modine Mfg Co Fin and tube heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
FR2319867B1 (de) 1979-01-19
SU533420A1 (ru) 1976-10-30
DE2603586C3 (de) 1980-10-02
US4116270A (en) 1978-09-26
DE2603586A1 (de) 1977-02-10
FR2319867A1 (fr) 1977-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2603586B2 (de) Rohrwaermetauscher mit einem mantel und einem in diesem fluchtend angeordneten kern
DE10038624C2 (de) Wärmeübertragungsrohr mit gedrallten Innenrippen
WO2007065790A2 (de) Dampferzeugerrohr, zugehöriges herstellungsverfahren sowie durchlaufdampferzeuger
WO2006120068A1 (de) Wärmetauscher
DE1650196B2 (de) Hochdruckdrosselvorrichtung
DE4010151A1 (de) Ringspaltwaermetauscher
DE2541792C2 (de) Elektrisches Tieftemperatur-Kabel oder Rohranordnung zur Übertragung tiefgekühlter Flüssigkeiten oder Gase
DE2120332A1 (de) Spulen in Metallstruktur zur Wärmeisolierung der Zuleitungsrohre für Gas von hoher Temperatur
EP0627607B1 (de) Dampfbeheizter Wärmeübertrager
EP0449124B1 (de) Ringspaltwärmetauscher
DE3116033A1 (de) Blechrippenwaermeaustauscher
DE2714617C2 (de) Wärmeaustauscher mit auf einem Trägerrohr angeordneter Drahtwendel
DE2547423A1 (de) Abstandshalter fuer koaxiale rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten rohren bestehenden temperaturgefaelle
DE2114340A1 (de) Flossenrohrwaermeaustauscher
DE2615977C2 (de)
DE102009026546B4 (de) Sonnenkollektor
DE3227619A1 (de) Waermetauscher
DE2903250C2 (de) Kessel zum Erhitzen und Speichern von Wasser
CH237258A (de) Rippenrohr-Wärmeaustauscher mit speichenradförmig ausgebildeten blechrippen.
DE2529261A1 (de) Abstandshalter fuer koaxiale rohrsysteme
DE3320012A1 (de) Waermetauscher, insbesondere fuer lueftungs- und klimaanlagen
DE102010050087A1 (de) Durchströmbare Einsätze für Wärmetauscher
AT256956B (de) Supraleitende Energieübertragungsleitung
EP0787276B1 (de) Wärmeübertrager
DE19546489A1 (de) Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee