DE2615977A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
PATENTANWALTPATENT ADVOCATE
DIPL.-ING. A. BÄRNREUTHERDIPL.-ING. A. BÄRNREUTHER
D-8000 MÜNCHEN 71 telefon iO89) 794705D-8000 MUNICH 71 phone IO89) 794705
12.April 1976 Parea 1/76 PApril 12, 1976 Parea 1/76 P
Parca-Norrahammar AB, Norrahammar, SchwedenParca-Norrahammar AB, Norrahammar, Sweden
WärmetauscherHeat exchanger
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien, in welchem das eine Medium durch eine Anzahl von eng zueinander angeordneten Rohrspiralen geleitet wird, während das andere Medium durch eine Anzahl von zwischen den bzw. um die Rohrspiralen herum gebildeten Kanälen geführt wird, wobei die Rohrspiralen zwischen sie umgebenden Wänden und im wesentlichen parallel zu einer Trennwand angeordnet sind, welche die Kanäle zwischen den Rohrspiralen bildet.The present invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between two media, in which one medium is passed through a number of closely spaced tubular spirals, while the other medium is passed through a number of channels formed between or around the tubular spirals wherein the spiral tubes are arranged between surrounding walls and substantially parallel to a partition which forms the channels between the spiral tubes.
Es ist bekannt, daß ein Wärmetauscher des vorstehend genannten Typs den größten Wirkungsgrad erzielt, wenn er so ausgestaltet ist, daß sich die beiden Medien in reinem Gegenstrom zueinander bewegen. Es ist außerdem bekannt, daß bei einem Wärmetauscher mit geringem Durchmesser, bei welchem die Röhren aus räumlichen Gründen spiralig gewunden sind, ein reiner Gegenstrom durch die Ausbildung einer eng anliegenden Trennwand, welche den Spiralen folgt, erreicht wird und daß auf diese Weise das Medium außerhalb des Spiralrohrs gezwungen wird, diesem Rohr entlang seiner ganzen Länge nach zu folgen.It is known that a heat exchanger of the above mentioned type achieves the greatest efficiency if it is designed so that the two media are in pure countercurrent move towards each other. It is also known that in a small diameter heat exchanger in which the tubes are made of for spatial reasons are spirally wound, a pure countercurrent due to the formation of a close-fitting partition, which the Spirals follows, is achieved and that in this way the medium outside the spiral tube is forced along this tube to follow along its entire length.
ο ü ts c:> A 4 / i Ut jο ü ts c:> A 4 / i Ut j
Es gibt eine Reihe von Anwendungsgebieten für Wärmetauscher dieses Typs, z. B. als Radiator-Wärmetauscher, Ventilations-Wärmetauscher, Leitungswassererhitzer für Fernheizungen oder Boileranlagen, Bodenheizungen usw. Auf jedem Anwendungsgebiet gibt es ein besonderes Durchflußverhältnis zwischen den beiden Medien, welches insbesondere von den gewünschten Tempe— raturdifferenzen und dem erreichten Druckabfall abhängt. Wenn die Konstruktion diesen verschiedenen Erfordernissen angepaßt sein soll, muß es für eine in bestimmter Weise festgelegte Rohrdimensionierung jedoch möglich sein, die Durchflußrate des Kanals außerhalb der Röhren zu verändern. In den früher verwendeten Ausführungsformen solcher Wärmetauscher war das angewandte Prinzip, die Rohrspiralen in einem Stapel anzuordnen und die Entfernung zwischen den verschiedenen Lagen des Stapels den Erfordernissen des betreffenden Anwendungsfalles anzupassen. Alternativ dazu kann die Steigung der Spirale als Variable benutzt werden, um die Konstruktion ganz bestimmten Anwendungsfällen anzupassen. In beiden Fällen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung, welche für eine Verteuerung dieser Wärmetauscher ursächlich sind. Außerdem bedeutet dies, daß die überwiegende Mehrzahl der Wärmetauscher in ihrer Ausgestaltung unnötigerweise volumenaufwendig sind, was erhöhte Kosten und besondere Installationsprobleme zur Folge hat.There are a number of uses for heat exchangers of this type, e.g. B. as a radiator heat exchanger, ventilation heat exchanger, Tap water heater for district heating or boiler systems, floor heating, etc. In every field of application there is a special flow ratio between the two media, which depends in particular on the desired tempe- temperature differences and the pressure drop achieved. When the construction adapts to these various requirements should be, it must be possible for a pipe dimensioning determined in a certain way, the flow rate of the channel to change outside of the tubes. In the previously used embodiments of such heat exchangers, the principle applied was to arrange the spiral tubes in a stack and the distance between the different layers of the stack to the requirements to adapt to the application in question. Alternatively, the slope of the spiral can be used as a variable to to adapt the construction to very specific applications. In both cases, however, difficulties arise in the Manufacture, which are the cause of an increase in the price of these heat exchangers. It also means that the vast majority Most of the heat exchangers are unnecessarily voluminous in their design, which increases costs and special installation problems has the consequence.
Die vorliegende Erfindung bringt eine Lösung dieses Problems dadurch, daß innerhalb ein und derselben Wärmetauscherausbildung anstelle einer Vergrößerung des Durchflußquerschnitts in den Kanälen außerhalb der Röhren, wenn der Durchfluß dort größer ist als normal, zwar eine unveränderbare Unterteilung zwischen den Spiralen und der Steigung der Spiralen beibehalten wird, daß aber der Fließweg durch den Wärmetauscher dadurch verkürzt wird, daß der Fluß des Mediums stellenweise bis zu einem gewissen Grade "kurzgeschlossen" wird, d.h. einen kürzeren Kreislauf durch das Vorsehen von Überströmmöglichkeiten zwischen denThe present invention brings a solution to this problem in that within one and the same heat exchanger design instead of increasing the flow area in the channels outside the tubes, if the flow there is greater than normal, an unchangeable subdivision is maintained between the spirals and the pitch of the spirals, but that the flow path through the heat exchanger is thereby shortened becomes that the flow of the medium is "short-circuited" in places to a certain extent, i.e. a shorter cycle by providing overflow possibilities between the
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jeweils benachbarten Windungen, der Spiralen aufweist. Da dieses Verkürzen des Kreislaufs örtlich sehr begrenzt ist, "bewirkt es keine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers. ■Durch dieses charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden die Nachteile, welche in Verbindung mit der Beschreibung der bekannten Wärmetauscher herausgestellt wurden, eliminiert. Die vorstehend erwähnte Verbesserung hinsichtlich dieses Merkmals ergibt sich, wenn der Wärmetauscher nach dieser Erfindung in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des anliegenden Hauptanspruchs verwirklicht wird.adjacent turns, which has spirals. Since this Shortening the circuit is locally very limited, "it does not cause any deterioration in the efficiency of the heat exchanger. ■ By this characteristic feature of the invention Heat exchanger, the disadvantages, which are highlighted in connection with the description of the known heat exchangers were eliminated. The aforementioned improvement in terms of this feature results when the heat exchanger according to this invention in connection with the characterizing part of the attached main claim is realized.
Im folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher beschrieben; darin zeigen:The following is an embodiment of the invention Heat exchanger described in more detail in connection with the accompanying drawing; show in it:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Wärmetauscher; und1 shows a vertical section through the heat exchanger; and
Fig. 2 in Draufsicht das Innere des Wärmetauschers.Fig. 2 is a plan view of the interior of the heat exchanger.
Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Wärmetauscher umfaßt einen Behälter, bestehend aus zwei Endstücken 1,2 und einem zylindrischen Mantel 3. In das eine Endstück 2 mündet ein zentrales Rohr 4, während durch das andere Endstück 1 zwei Anschlußrohre 5,6 hindurchgezogen sind. Durch den Mantel 3 ist ein Rohr 7 hindurchgeführt. Zwischen den Anschluß rohren 5,6 laufen eine Anzahl von Rohrspiralen 8, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreieinhalb Umdrehungen um die Zentralachse des Behälters bilden. Die inneren Enden der Rohrspiralen sind mit dem Anschlußrohr 5 verbunden, während die äußeren Enden dieser Spiralen mit dem Anschlußrohr 6 verbunden sind. Die Rohrspiralen 8 und die Anschlußrohre 5,6 bilden den Fließweg für das eine Medium, während der verbleibende Teil des Behälters und die Rohre 4,7 den Fließweg für das andere Medium bilden.The heat exchanger shown in the embodiment comprises a container consisting of two end pieces 1,2 and a cylindrical jacket 3. In one end piece 2 opens a central tube 4, while through the other end piece 1 two connecting tubes 5.6 are pulled through. Through the jacket 3 is a Tube 7 passed through. Run between the connection pipes 5.6 a number of pipe spirals 8, which in the embodiment shown three and a half revolutions around the central axis of the container form. The inner ends of the pipe spirals are connected to the connecting pipe 5, while the outer ends of these spirals are connected to the connecting pipe 6. The pipe spirals 8 and the connecting pipes 5,6 form the flow path for the one medium, while the remaining part of the container and the tubes 4.7 form the flow path for the other medium.
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In diese Rohrspiralen 8 ist eine Trennwand 9 hineingewunden, welche sich zwischen den beiden Endstücken 1,2 erstreckt und eine Anzahl von spiralförmigen Kanälen 10 zwischen den Rohrspiralen einerseits und den Rohrspiralen und den Endstücken 1,2 andererseits bildet. Durch diese Kanäle 10 wird das zweite Medium hindurchgedrückt und wird dabei in engen Kontakt mit den Rohrspiralen gebracht. Wie bereits vorstehend angedeutet, arbeitet der Wärmetauscher am wirkungsvollsten, wenn die beiden Medien im Gegenstrom zueinander geführt sind. Im vorliegenden Fall fließt deshalb das eine Medium im Uhrzeigersinn, während das andere Medium im Gegenuhrzeigersinn fließt, wie dies beispielsweise in Fig. 2 durch die Pfeile 11,12 angedeutet ist.A partition 9, which extends between the two end pieces 1, 2, is wound into this spiral pipe 8 and a number of spiral channels 10 between the spiral tubes on the one hand and the spiral tubes and the end pieces 1.2 on the other hand forms. The second medium is pressed through these channels 10 and is in close contact in the process brought with the pipe spirals. As indicated above, the heat exchanger works most effectively when the two media are guided in countercurrent to one another. In the present case, one medium therefore flows clockwise, while the other medium flows counterclockwise, as indicated, for example, in FIG. 2 by the arrows 11, 12 is.
Für große, durch die Kanäle 10 fließende Durchflußmengen wurde gefunden, daß der Druckabfall im Wärmetauscher ungewöhnlich hoch wird, so daß ein verkürzter Fließweg für dieses Medium wünschenswert war. Solch ein verkürzter Fließweg wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß es dem Medium bis zu einem gewissen Grade ermöglicht ist, durch Überströmeinrichtungen zwischen zwei benachbarten Kanälen 10 innerhalb der Spirale einen kürzeren Kreislauf zu bilden. Konstruktiv kann solch ein Überströmen mit Hilfe von Löchern 13 in der Trennwand für jeden Kanal 10 erreicht werden, wie dies in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Durch Veränderung der Dimensionierung der Löcher und/oder des Abstandes der Löcher kann der Wärmetauscher verschiedenen Erfordernissen hinsichtlich der Reduzierung des Fließwiderstandes für das in den Kanälen 10 fließende Medium angepaßt werden, ohne daß der Abstand oder die Steigung der Spiralen abgewandelt werden muß. Die Veränderung des Abstandes der Löcher ist vom herstellungstechnischen Gesichtspunkt aus eine sehr einfache Maßnahme, so daß die beträchtlichen Nachteile der bisherigen Ausführungsformen nunmehr beseitigt werden konnten. Es ist auch möglich, die Trennwand austauschbar zu machenFor large flows through channels 10, the pressure drop across the heat exchanger has been found to be unusual becomes high, so that a shortened flow path has been desirable for this medium. Such a shortened flow path becomes achieved according to the present invention in that it is possible to a certain extent to the medium by overflow devices to form a shorter circuit between two adjacent channels 10 within the spiral. Constructive Such an overflow can be achieved with the aid of holes 13 in the partition wall for each channel 10, as in the exemplary embodiment is shown. By changing the dimensions of the holes and / or the distance between the holes, the Heat exchangers meet various requirements in terms of reducing the flow resistance for the flow in the channels 10 Medium can be adapted without having to change the distance or the pitch of the spirals. The change in distance the holes is a very simple measure from the production point of view, so that the considerable disadvantages the previous embodiments are now eliminated could. It is also possible to make the partition interchangeable
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und für jeden Anwendungsfall eine Trennwand mit verschiedenen Loehabständen und Lo chdimens ioni e rungen vorzusehen, welche bei einer "bestimmten Durchflußmenge einen optimalen Wärmeaustausch ergeben. Das Bereithalten solcher Trennwände ermöglicht eine erhöhte Flexibilität in der Anwendung dieser Wärmetauscher, da die eingebauten Teile standardisiert werden können und tatsächlich nur die Trennwand das einzige Teil ist, das in einer Anzahl von Ausführungsformen hergestellt werden muß.and a partition with different for each application Distance between holes and hole dimensions must be provided, which are "A certain flow rate result in an optimal heat exchange. Keeping such partitions ready enables an increased Flexibility in the use of these heat exchangers, as the built-in parts can and actually be standardized only the partition is the only part that must be made in a number of embodiments.
Die hier beschriebene Ausführungsform ist ein Beispiel, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Abänderungen dieser Ausführungsform können im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden, z. B. können die Rohrspiralen anstatt kreisrund auch in einer beliebig ovalen Form gewunden sein. Ebenso ist es möglich, die vielen, in Abstand zueinander angeordneten Löcher in der Trennwand durch eine oder mehrere Durchbrechungen oder Durchtrennungen in der Trennwand zu ersetzen, welche Trennwand dann die Form einer Anzahl von Teilstücken aufweist, wobei diese Durchbrechungen oder Durchtrennungen als Überströmstellen zwischen zwei benachbarten Kanälen 10 dienen und wobei die "Kapazität" der Überströmstelle durch die Größe der Durchbrechung oder Durchtrennung bestimmt ist. Solche Abänderungen der Ausführungsform sollen als in der Grundkonzeption der Erfindung enthalten gelten, welche durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist.The embodiment described here is an example how the invention can be put into practice. Modifications to this embodiment can be carried out within the scope of the invention, z. B. instead of being circular, the pipe spirals can also be wound in any oval shape. It is also possible the many spaced-apart holes in the partition wall through one or more perforations or cuts to replace in the partition, which partition then has the shape of a number of sections, this Breakthroughs or cuts as overflow points between two adjacent channels 10 are used and the "capacity" of the overflow point is determined by the size of the opening or severing is intended. Such changes of embodiment are intended to be included in the basic concept of the invention included, which is defined by the following claims.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EUROHEAT AB, RONNEBY, SE |
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Free format text: DERZEIT KEIN VERTRETER BESTELLT |
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| 8364 | No opposition during term of opposition |