DE2615977C2

DE2615977C2 -

Info

Publication number: DE2615977C2
Application number: DE2615977A
Authority: DE
Inventors: Kurt Norrahammar Se Davidsson; Sven Ljungby Se Ribrant
Original assignee: PARCA NORRAHAMMAR NORRAHAMMAR SE AB
Current assignee: EUROHEAT AB, RONNEBY, SE
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-12
Publication date: 1988-09-15
Also published as: SE7504216L; FI63833B; FI63833C; FR2308071B1; DK152625B; CA1052765A; FI760906A; FR2308071A1; DE2615977A1; JPS603157B2; JPS51142151A; DK152625C; DK131176A; SE400368B

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Ein Wärmetauscher der eingangs erwähnten Gattung, bestehend aus einer Anzahl von eng zueinander und deckungsgleich übereinander angeordneten Rohrspiralen für das erste Medium sowie aus einer in den spiraligen Zwischenraum zwischen den Rohrwindungen der Spiralen hinein gewundenen spiralig verlaufenden Trennwand, welche den Rohr spiralen auf ihrer gesamten Länge folgt und an den oberen und unteren Stirnwänden des Wärmetauschergehäuses oder gegebenenfalls an den Zwischenwänden im Wärmetauscher anschließt und auf diese Weise eine Anzahl von Spiralkanälen für das zweite außerhalb der Rohre der Rohrspiralen fließende Medium bildet, ist aus der CH-PS 4 56 664 bekannt. Der Vorteil dieses Spiralrohrwärmetauscher-Typs besteht darin, daß er durch die spiralförmige Anordnung der Rohre ein geringes Volumen und damit einen geringen Durchmesser auf weist und von daher bei der Installation wenig Probleme mit sich bringt.A heat exchanger of the type mentioned, consisting of a number of closely related and congruently one above the other arranged pipe spirals for the first medium and from one into the spiral space between the coils of the coils sinuous spiral partition that holds the pipe spirals follows along their entire length and at the top and lower end walls of the heat exchanger housing or, if necessary connected to the partition walls in the heat exchanger and on this Way a number of spiral channels for the second outside the tubes of the Pipe spirals forming flowing medium is from the CH-PS 4 56 664 known. The advantage of this spiral tube heat exchanger type is that it is due to the spiral arrangement of the tubes a small volume and thus a small diameter and therefore has few problems with the installation brings.

Es gibt eine Reihe von Anwendungsgebieten für Wärmetauscher dieses Typs, z. B. als Radiator-Wärmetauscher, Ventilationswärme tauscher, Leitungswassererhitzer für Fernheizungen oder Boiler anlagen, Bodenheizungen usw. Für jedes Anwendungsgebiet gibt es ein besonderes Durchflußverhältnis zwischen den beiden Medien, welches insbesondere von den gewünschten Temperaturdifferenzen und dem erreichten Druckabfall abhängt. Wenn die Konstruktion diesen verschiedenen Erfordernissen angepaßt sein soll, war es für eine in bestimmter Weise festgelegte Rohrdimensionierung jedoch notwendig, die Durchflußrate des Kanals außerhalb der Spiralrohre zu verändern. In den früher verwendeten Ausführungs formen solcher Wärmetauscher war das angewandte Prinzip, die Rohrspiralen in einem Stapel anzuordnen und die Abstände zwi schen den verschiedenen Lagen des Stapels den Erfordernissen des betreffenden Anwendungsfalls anzupassen. Alternativ dazu kann die Steigung der Spirale als Variable benutzt werden, um die Konstruktion ganz bestimmten Anwendungsfällen anzupassen. In beiden Fällen führt diese individuelle konstruktive Anpas sung von Spiralrohren und/oder Spiralkanälen zu einer unnöti gen Volumenvergrößerung des Wärmetauschers, was erhöhte Kosten und besondere Installationsprobleme zur Folge hat.There are a number of applications 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, underfloor heating, etc. There is for every application a special flow ratio between the two media, which in particular of the desired temperature differences and depends on the pressure drop reached. If the construction it was to be adapted to these various requirements for a certain dimensioning of the pipe however, the flow rate of the channel is necessary outside the Change spiral tubes. In the execution used earlier Forming such heat exchangers was the principle applied To arrange pipe spirals in a stack and the distances between the different layers of the stack to adapt the relevant application. Alternatively the slope of the spiral can be used as a variable to to adapt the construction to specific applications. In both cases, this leads to individual constructive adjustments solution of spiral tubes and / or spiral channels to an unnecessary gene increase in volume of the heat exchanger, which increases costs and results in special installation problems.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Wärmetauscher der ein gangs erwähnten Gattung eine Steigerung der Auslegemenge des zweiten Mediums auch ohne eine Veränderung des Abstands und/oder der Steigung der Rohrspiralen, d. h. ohne eine Vergrößerung des Volumens bzw. des Durchmessers des Wärmetauschers zu ermöglichen.The object of the invention is in a heat exchanger In the genus mentioned above, an increase in the display volume of the second medium even without changing the distance and / or the slope of the pipe spirals, d. H. without enlarging the To allow volume or the diameter of the heat exchanger.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved by the characteristic part of the Claim 1. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann anstelle einer bisher üblichen Vergrößerung des Durchflußquerschnitts der Spiral kanäle außerhalb der Rohre der Rohrspiralen durch Vergrößerung der Ab stände zwischen den Rohrspiralen oder der Steigung der Spirale nunmehr mit einer relativ einfachen und kostengünstig durch zuführenden konstruktiven Maßnahme, die in einem Verkürzen des Fließwegs für das zweite Medium durch Schaffung einer Über strömmöglickeit, z. B. in Form von Überströmöffnungen, in den Trennwänden zwischen den jeweils benachbarten Kanälen besteht, eine einfache Anpassung des Wärmetauschers an die bei unter schiedlichen Anwendungsfällen sich jeweils ergebenden speziel len Wärmeaustauscherfordernisse erfolgen. Durch das Vorsehen von Überströmöffnungen in der Trennwand zwischen zwei jeweils benachbarten Kanälen gemäß der Erfindung vereinfacht sich die Herstellung und Lagerhaltung von Wärmetauschern ganz erheblich, da nunmehr für jeden Anwendungsfall lediglich Trennwände mit verschiedenen Lochabständen und/oder Lochquerschnitten, welche bei einer bestimmten Durchflußmenge des zweiten Mediums einen optimalen Wärmeaustausch ergeben, zum Einbau in einen ansonsten standartisierten Wärmetauscher bereitgehalten werden müssen.With the solution according to the invention, instead of one previously usual enlargement of the flow cross section of the spiral channels outside the tubes of the tube spirals by increasing the Ab between the pipe spirals or the slope of the spiral now with a relatively simple and inexpensive way constructive measure that leads to a shortening of the Flow paths for the second medium by creating an over Strömöglickeit, z. B. in the form of overflow openings in the There are partitions between the adjacent channels, a simple adaptation of the heat exchanger to the one below different use cases each resulting special len heat exchange requirements take place. By providing of overflow openings in the partition between two each adjacent channels according to the invention, the Manufacture and storage of heat exchangers very significantly, because now there are only partitions for every application different hole spacings and / or hole cross sections, which at a certain flow rate of the second medium one result in optimal heat exchange, for installation in an otherwise standardized heat exchangers must be kept ready.

Aus der DE-PS 2 73 765 ist es zwar schon grundsätzlich bekannt, bei einem Spiralrohrwärmetauscher in den zwischen den Rohrspi ralen angeordneten Platten Überströmöffnungen für das außer halb der Rohre der Rohrspiralen fließende zweite Medium vorzusehen. Die ser bekannte Wärmetauscher weist jedoch gegenüber dem erfindungs gemäßen Wärmetauscher einen grundsätzlich anderen Aufbau auf und erreicht mit diesen Überströmöffnungen in den senkrecht zur Windungsachse von spiralförmig gewickelten Flachschlangen an geordneten Platten lediglich eine Verteilung des äußeren Mediums über die gesamte Höhe des Wärmetauscherbehälters. Bei dem aus der DE-PS 2 73 765 bekannten Wärmetauscher handelt es sich im Prinzip um den gleichen Wärmetauschertyp wie er in der DE-PS 2 73 142 beschrieben ist. Bei diesen beiden Patentschriften handelt es sich um ein Haupt- und Zusatzpatent, wobei im Zu satzpatent gemäß der DE-PS 2 73 765 der im Hauptpatent gemäß DE-PS 2 73 142 beschriebene Wärmetauschertyp in einer weiteren Ausführungsform weitergebildet ist. Beim Hauptpatent gemäß DE-PS 2 73 142 bilden die Schweißnähte zwischen den in vertikaler Richtung kongruent übereinanderliegenden Rohrspiralen zusammen mit den durch diese zusammengehaltenen Spiralrohrreihen die spiraligen Trennwände, zwischen denen das zweite Strömungsme dium fließt. In der Ausführungsform gemäß DE-PS 2 73 765 werden diese schwierig und kostenaufwendig herzustellenden Schweiß nähte zwischen den kongruent übereinanderliegenden Rohrreihen von horizontalen Rohrspiralen ersetzt durch zwischen diese hori zontalen Rohrreihen eingelegte elastische Platten, wobei aber diese Platten zwecks Ausbildung von gleichartigen, spiralig verlaufenden Strömungskanälen für das zweite Strömungsmedium wie beim Wärmetauscher des Hauptpatents gemäß DE-PS 2 73 142 nunmehr zwischen den Rohren liegende, ebenfalls spiralig wie die Rohrschlangen verlaufende kontiniuerliche Lochreihen auf weisen. Diese zur Aufrechterhaltung von vertikalen spiralig verlaufenden Strömungskanälen zwischen den kongruent überein anderliegenden Spiralrohrschlagen nunmehr notwendigen Loch reihen, welche Strömungskanäle durch die horizontalen Dichtungs platten zunächst nicht mehr vorhanden waren, haben keine Ähnlichkeit mit den in der Erfindung beschriebenen Überströmöffnungen in den vertikalen Trennwänden zwischen zwei benachbarten Spiralkanälen. Diese erfindungsgemäßen Über strömöffnungen dienen vielmehr dazu, variable, insbesondere kürzere Strömungswege für das zweite Strömungsmedium durch den Wärmetauscher zu erreichen, um diesen Wärmetauscher je nach Bedarf auf einfache Weise verschiedenen Durchflußbe dingungen anzupassen.From DE-PS 2 73 765 it is already known in principle in the case of a spiral tube heat exchanger in the between the tube spirals ralen arranged plates overflow openings for the exception to provide half of the tubes of the tube spirals flowing second medium. The water known heat exchanger, however, compared to the Invention heat exchanger according to a fundamentally different structure and reaches with these overflow openings in the perpendicular to the Coil axis of spiral coiled flat coils ordered plates just a distribution of the external medium over the entire height of the heat exchanger tank. With that the DE-PS 2 73 765 known heat exchanger is in Principle of the same type of heat exchanger as in DE-PS 2 73 142. In these two patents is a main and additional patent, whereby in Zu set patent according to DE-PS 2 73 765 according to the main patent DE-PS 2 73 142 described heat exchanger type in another Embodiment is further developed. According to the main patent DE-PS 2 73 142 form the welds between the vertical Directionally coiled pipe coils with the spiral tube rows held together by these spiral partitions, between which the second flow meter dium flows. In the embodiment according to DE-PS 2 73 765 this difficult and expensive to produce sweat stitched between the congruent rows of pipes of horizontal tube spirals replaced by between these hori zontal rows of pipes inserted elastic plates, but these plates to form similar, spiral extending flow channels for the second flow medium as in the heat exchanger of the main patent according to DE-PS 2 73 142 now lying between the pipes, also spiral like the continuous rows of holes running through the coils point. This to maintain vertical spirals running flow channels between the congruent other spiral tube punching now necessary hole row which flow channels through the horizontal seal plates were initially no longer available, have none Similarity to those described in the invention Overflow openings in the vertical partitions between two adjacent spiral channels. This over invention Rather, flow openings serve variable, in particular shorter flow paths for the second flow medium to reach the heat exchanger to this heat exchanger ever different Durchflußbe as required in a simple manner adapt conditions.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung näher er läutert werden; es zeigtIn the following, the invention is to be described with reference to an embodiment game in connection with the drawing he closer to be refined; it shows

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Wärmetauscher; und Fig. 1 is a vertical section through the heat exchanger; and

Fig. 2 in Draufsicht das Innere des Wärmetauschers. Fig. 2 in plan view the interior of the heat exchanger.

Der im Ausführungsbeisiel 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 An schlußrohre 5, 6 hindurchgezogen sind. Durch den Mantel 3 ist ein Rohr 7 hindurchgeführt. Zwischen den Anschlußrohren 5, 6 laufen eine Anzahl von Rohrspiralen 8, welche in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel dreieinhalb Umdrehungen um die Zentralachse des Be hälters bilden. Die inneren Enden der Rohrspiralen sind mit dem Anschlußrohr 5 verbunden, während die äußeren Enden dieser Spira len 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 exemplary 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 two other connecting tubes 5, 6 are pulled through the other end piece 1 . A tube 7 is passed through the jacket 3 . Between the connecting pipes 5, 6 run a number of pipe spirals 8 , which form three and a half revolutions around the central axis of the container in the exemplary embodiment shown. The inner ends of the spiral tubes are connected to the connecting tube 5 , while the outer ends of these spirals are connected to the connecting tube 6 . The pipe spirals 8 and the connecting pipes 5, 6 form the flow path for one medium, while the remaining part of the container and the pipes 4, 7 form the flow path for the other medium.

In diese Rohrspiralen 8 ist eine Trennwand 9 hinein gewunden, welche sich zwischen den beiden Endstücken 1, 2 er streckt und eine Anzahl von spiralförmigen Kanälen 10 zwischen den Rohrwindungen der Spiralen einerseits und den End stücken 1, 2 andererseits bildet. Durch diese Kanäle 10 wird das zweite Medium hindurchgedrückt und wird dabei in engen Kon takt mit den Rohrspiralen gebracht. Wie bereits vorstehend an gedeutet, arbeitet der Wärmetauscher am wirkungsvollsten, wenn die beiden Medien im Gegenstrom zueinander geführt sind. Im vorliegenden Fall fließt deshalb das eine Medium im Uhrzeiger sinn, während das andere Medium im Gegenuhrzeigersinn fließt, wie dies beispielsweise in Fig. 2 durch die Pfeile 11, 12 ange deutet ist.In this pipe spirals 8 , a partition 9 is wound into it, which extends between the two end pieces 1, 2 and forms a number of spiral channels 10 between the pipe turns of the spirals on the one hand and the end pieces 1, 2 on the other. Through these channels 10 , the second medium is pushed through and is brought into close contact with the tube spirals. As already indicated above, the heat exchanger works most effectively when the two media are guided in countercurrent to one another. In the present case, therefore, one medium flows clockwise, while the other medium flows counterclockwise, as is indicated, for example, in FIG. 2 by arrows 11, 12 .

Für große, durch die Kanäle 10 fließende Durchflußmen gen wurde gefunden, daß der Druckabfall im Wärmetauscher unge wöhnlich 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 Über strömeinrichtungen zwischen zwei benachbarten Kanälen 10 inner halb der Spirale einen kürzeren Kreislauf zu bilden. Konstruktiv kann solch ein Überströmen mit Hilfe von Löchern 13 in der Trenn wand für jeden Kanal 10 erreicht werden, wie dies in dem Aus führungsbeispiel dargestellt ist. Durch Veränderung der Dimen sionierung der Löcher und/oder des Abstandes der Löcher kann der Wärmetauscher verschiedenen Erfordernissen hinsichtlich der Re duzierung des Fließwiderstandes für das in den Kanälen 10 fließ ende Medium angepaßt werden, ohne daß der Abstand oder die Stei gung der Spiralen abgewandelt werden muß. Die Veränderung des Ab standes der Löcher ist vom herstellungstechnischen Gesichtspunkt aus eine sehr einfache Maßnahme, so daß die beträchtlichen Nach teile der bisherigen Ausführungsformen nunmehr beseitigt werden konnten. Es ist auch möglich, die Trennwand austauschbar zu machen und für jeden Anwendungsfall eine Trennwand mit verschiedenen Lochabständen und Lochdimensionierungen vorzusehen, welche bei einer bestimmten Durchflußmenge einen optimalen Wärmeaustausch ergeben. Das Bereithalten solcher Trennwände ermöglicht eine er höhe 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.For large, through the channels 10 Durchflußmen conditions has been found that the pressure drop in the heat exchanger is unusually high, so that a shortened flow path was desirable for this medium. Such a shortened flow path is achieved according to the present invention in that it enables the medium to a certain extent to form a shorter circuit within the spiral by means of overflow devices between two adjacent channels 10 . Constructively, such an overflow can be achieved with the help of holes 13 in the partition for each channel 10 , as is shown in the exemplary embodiment. By changing the dimensioning of the holes and / or the spacing of the holes, the heat exchanger can be adapted to various requirements with regard to reducing the flow resistance for the medium flowing in the channels 10 without the distance or the pitch of the spirals having to be modified . The change in the position of the holes is from the manufacturing point of view a very simple measure, so that the considerable parts of the previous embodiments could now be eliminated. It is also possible to make the dividing wall interchangeable and to provide a dividing wall for each application with different hole spacings and hole dimensions, which result in an optimal heat exchange at a certain flow rate. The provision of such partitions allows for greater flexibility in the use of these heat exchangers, since the built-in parts can be standardized and in fact only the partition is the only part that has to be produced in a number of embodiments.

Die hier beschriebene Ausführungsform ist ein Beispiel, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Zum Beispiel können die Rohrspiralen anstatt kreisrund auch in ei ner 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 Durch trennungen in der Trennwand zu ersetzen, welche Trennwand dann die Form einer Anzahl von Teilstücken aufweist, wobei diese Durchbrechungen oder Durchtrennungen als Überströmstellen zwi schen zwei benachbarten Kanälen 10 dienen und wobei die "Kapa zität" der Überströmstelle durch die Größe der Durchbrechung oder Durchtrennung bestimmt ist.The embodiment described here is an example of how the invention can be implemented. For example, instead of being circular, the tube spirals can also be wound in any oval shape. It is also possible to replace the many spaced-apart holes in the partition by one or more perforations or separations in the partition, which partition then has the form of a number of sections, these openings or separations as overflow points between serve two adjacent channels 10 and the "capacity" of the overflow point is determined by the size of the opening or severing.

Claims

1. Heat exchanger for heat exchange between two media, in which the first medium flows inside the tubes of a number of tube spirals arranged closely to one another and congruently one above the other, while the second medium outside the tubes of these tube spirals is guided through a number of spiral channels which are led by one are formed in the spiral space between the pipe turns of the spirals and the container walls of the heat exchanger, characterized in that at least one overflow opening ( 13 ) is provided in the spirally wound partition ( 9 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the overflow opening ( 13 ) consists of the partition ( 9 ) penetrating holes.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the overflow opening ( 13 ) consists of an interruption in the spiral formed by the partition ( 9 ).

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the partition ( 9 ) inserted between the tube spirals ( 8 ) is interchangeable.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the interchangeable partitions ( 9 ) each have a different number of overflow openings ( 13 ), in particular holes, and different hole dimensions.