DE2624126A1

DE2624126A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2624126A1
Application number: DE19762624126
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Haberski; William R Litke
Original assignee: Curtiss Wright Corp
Current assignee: Curtiss Wright Corp
Priority date: 1975-05-29
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1976-12-16
Also published as: JPS51147052A; US3991823A; JPS5924792B2; GB1533444A

Description

MANlTZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 18. MA!

3/Sv-G 3653

GURTISS-WRIGHO? CORPOKAiIQH One Passaic Street, Woo&-Hiäge_$ New Jersey? USA

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher mit vielen Durchgängen und besonders Wärmetauscher mit einer Vielzahl gerippter Rohre zur Erzielung mittelbaren Wärmeüberganges zwischen zwei oder mehr Fluiden·

Bei der Herstellung eines mittelbaren Wärmeübergangs zwischen Fluiden ist es wünschenswert, eine Wärmetaiisonvorrichtung zur Erzielung eines solchen Wärmeübergangs zu schaffen, welche, bezogen auf die Erfordernisse der Wärmebelastung, so klein wie möglich in ihren Ausmaßen ist. In Übereinstimmung mit diesem Ziel ist es allgemein üblich, Wärmetauscher zu schaffen, die eine Vielzahl von Rohren besitzen, wobei oedes Rohr eine Vielzahl gerader Rohrabschnitte umfaßt, die mit U-förmig gebogenen Abschnitten verbunden sind, um es zu ermöglichen, daß das Fluid der Reihe nach die Rohre durchfließt· Bei der Gegenstrom-Bauart von Wärmetauschern mit gebogenen

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DR. G. MANlTZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -IN G. W. GRÄMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN. KONTO-NUMME R 7 2

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Rohren ist das außerhalb der Rohre fließende Fluid im wesentlichen gleichzeitig mit allen geraden Abschnitten eines Rohres in Berührung«, Ein solcher Wärmetauscher ist in der US-PS J ?81 959 beschriebene. Jedes der Rohr© c--i.s-r- Rohrleitungen von rechteckigem Querschnitt ist darin -;;.:■; gins AsIiSe₉ die parallel zur längeren Seite des Quer™ sonnittes liegt g gebog@n_s usi eine gähnte, bandförmig® ^:3tr-^ktur- zu bilden, bsi dsr der Eöi:.:sug in einer einzigen ISbsn3 liegt«. Biese Gestaltung bildet₅ wenn sie in einsam Wärmetauscher benutzt mreU, sc-.-Jsit sin einziger sohlangenförmigei? Sclir-sng ir©rli@gt_s ©in© zweidimensional© Struktur, bei der das äsSsre Fluid in Bsziehung zu® innersn Fluid einen einzelnen üär-sieübergaagsschr-itt an d.er-7ielza!il der geraden Ir^itsrabsolinitt© TC'rbei sacht α Diese Art von Wärmetauschern ist relativ ^n>jirksam_§ da ein maxi-= •r.alsr SemperatiaruntsrssÄisä zwiselisn dsia inneren und deis äußeren J-luid nicht bsi allsn geradlinigen lisitungsabseiinitten aufrechterhalten mrd. Dieser Temperaturunterschied ist ,jscLoch für einen optimalen Wärmeübergang notwendig«. Offensichtlich wird das innerhalb des Rohrzuges fließende Fluid bei jedem aufeinanderfolgenden geradlinigen Leitungsabsehnitt eine Temperatur besitzen, die immer dichter an der des äußeren fluids liegt, so daBbsi der, bezogen auf den inneren Fluidfluß, letzten geraden Bonrabschnitt der Temperaturunterschied relativ klein sein wird, wodurch der Wärmeübergang bei diesem Rohrabsclmitt relativ gering, i^ergliehen mit dem ersten Rohrabschnitt, sein wird. 3ie Erfindung sucht dieses Problem zu umgehen, indem sie einen dreidimensionalen Wärmetauscher-Aufbau vorsieht, bei dein das äußere Fluid nacheinander an «jedem der Vielzahl gerader leitungsaüge vorbeifließt (die als Durchgänge wirken), wodurch bei ö@dem geradlinigen Leitungsabschnittoder D'arsligang eine optimale Temperaturdifferenz aufrechterhalten wird, mn bsi federn geraden Leitungsabschnitt den größtmöglichen Wärmeübergang zu erhalten.

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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeaustauscher mit vielen Durchgängen zu schaffen, der mindestens einen gerippten Durchgang von polygoner Querschnittsgestalt besitzt, der in seinen Ausmaßen in bezug auf die Wärmeübergangslast relativ klein ist und den Wärmeübergang wirksam gestaltet.

Daneben soll erfindungsgemäß ein Wärmetauscher mit vielen Durchgängen geschaffen werden, bei welchem die Zahl der Rohrverbindungen und der äußeren Rohrverzweigungen gegenüber bisher bekannten Wärmetauschern mit vielen Durchgängen wesentlich geringer ist.

Weiterhin sollen Wärmetauschmodule geschaffen werden, mit denen Wärmetauscher für niederen oder hohen Fluiddruck aufgebaut werden können, und bei denen die Möglichkeit des Auftretens von Undichtheiten gering gehalten wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Wärmetauscher mit vielen Durchgängen geschaffen mit einem Mantel oder einem Gehäuse, in welchem eine Reihe von Rohren angebracht ist, die aus mindestens einer Leitung von polygonem Querschnitt besteht, vorzugsweise von rechteckigem Querschnitt mit zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen von großem Ausmaß und zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen von kleinem Ausmaß. Der Mantel hat eine erste Einlaßöffnung und eine erste Auslaßöffnung, um ein erstes Fluid aufzunehmen bzw. um dieses Fluid nach Passieren der Reihe von Rohren aus dem Wärmetauscher zum Abfließen, zum Lagern oder zum Gebrauch austreten zu lassen. Die Reihe von Rohren ist so angeschlossen, daß ein zweites Fluid von seinem Herkunftsort her aufgenommen wird und daß das zweite Fluid nach dem Durchfluß mit mittelbarem Wärmetausch mit dem ernten Fluid, welches durch den Mantel fließt, aus der Reihe von Rohren wieder austritt.

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Der Rohrzug dieser Reihe von Rohren ist mit einer Vielzahl voneinander getrennter, sich parallel erstreckender Oberflächenelemente versehen, die mit jeder der Oberflächen des Rohrzuges von großer Ausdehnung verbunden sind. Der Rohrzug ist so ausgebildet, daß er die Form einer abgeflachten Schraubenlinie hat, die aus im wesentlichen geraden Abschnitten besteht, welche so angeordnet sind, daß abwechselnde gerade Abschnitte im wesentlichen parallel verlaufen und TJ-förmige oder rückläufig gebogene Abschnitte benachbarte gerade Abschnitte mit ihren Enden so verbinden, daß das zweite Fluid der Reihe nach durch die geraden Abschnitte fließen kann.

Der Leitungszug der Reihe von Rohren ist in dem Mantel zwischen der ersten Einlaßöffnung und der ersten Auslaßöffnung so angebracht, daß sich die Oberflächen mit kleiner Abmessung jedes Rohrzuges in Ebenen erstrecken, die im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Gehäuses liegen, so daß das erste Fluid an der äußeren Oberfläche des Rohrzuges vorbeifließt und ein mittelbarer Wärmeaustausch mit dem Fluß des zweiten Fluids durch das Innere des Rohrzuges besteht.

In einem engeren Sinn der Erfindung umfaßt die Reihe von Rohren eine Vielzahl innerhalb des Mantels Seite an Seite angebrachter Rohrzüge, ein Sammelrohr für den Einlaß und ein Sammelrohr für den Auslaß. Die Sammelrohre für Einlaß und Auslaß können außerhalb des Mantels angebracht sein, wobei die Endabschni te jedes Rohrzuges sich durch die Wand des Gehäuses erstrecken und mit den Einlassen verbunden sind.

In einer anderen Ausführung der Erfindung, bei der das erste Fluid mit hohem Druck betrieben wird, sind der Mantel, die Reihe von Rohren und die Sammelrohre als einheitliches Gebilde in einem Behälter untergebracht, wobei sich ein Einlaß- und ein Auslaß-Rohrzug durch die Wand des Gefäßes erstrecken, und jeweils mit dem Einlaß-Sammelrohr zum Eintritt des zweiten

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Fluids bzw. mit dem Auslaß-Sammelrohr zum Austritt des zweiten Fluids verbunden sind. Passende Durchtrittseinrichtungen sind in der Wand des Gefäßes vorgesehen, um das erste Fluid in den Mantel herein- und aus dem Mantel heraus- und von und zum Inneren des Gefäßes zu leiten. In diesem Wärmetauscher
kann man den Druckunterschied an den Mantelwänden vernachlässigen, da das erste Fluid diese Wände von beiden Seiten umgibt«

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung Isönnsii swei
Reihen von Leitungen für ein zweites und ein drittes Fluid
innerhalb des Mantels so angebracht sein, daß das erste Fluid in mittelbarem Wärmetausch mit den zweiten und dritten Fluiden hindurchtritt. ErfindungsgemäB können bei dieser Ausführung die Rohrreihen innerhalb des Mantels so angebracht werden, daß das erste Fluid die Röhrreihen nacheinander oder
gleichzeitig berührt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäSen Wärmetauschers einer ersten Ausführung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig„ 1 dargestellten Wärmetauschers mit teilweise weggelassenen !©ilen,

Fig. 3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäSen Wärmetauschers in einer zweiten Ausführung, nach Linie 3-3
der Fig. 4·,

Fig. 4· ein Längsschnitt nach Linie 4—4· der Fig. 3,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Wärmetauschers in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5,

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Fie. 7 einen Schnitt Ie- wesentlichen nach Linie 7-7 der Fig.

Figc 8 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Wärmet ausch-Rohrzuges nach dem Stand der Technik, wobei der Rohrzug zur Verdeutlichung auseinandergesogen oder gestrsckt wurde» "and

I'ica 9 einer, erfindiingsgesäßsii Rehr-Engr der zur besseren Barstellung der- abgeflachten SsLr-g.iV&snform auseinanderge=· sogen wurde.

Ir. 3,5:1 5Ί-3-.? ί und 2 beseioliast di® EsstigssaSil IG allgemein einer, WarnisaiistaiisGiisr- nit y-i®l©n Btsreligänges geiaaß einer ersten Ausführung der- Esfinainisu Der- Wänastaiisshsr iO umfaßt im wesent-1l.*j.1is!1 rci:ids3ts2.3 eine^ GcLes¹ aslE-ä^a H©a,2-rsili.@a 12, die in einem Ssiiä^ss oder feines Kantsl 14 ang@©r-fe.3"l" siado Bs beide Reihen. ve;i Bohren 12₅ dis in Ug₀ 1 zv, ssb.es. sind_s miteinander iden=- tisoh ainij **ird nur £i3 eins im eiasslnen

Jede dsr Hohrreiasn ^ 2 umfaßt eine Fielzahl von Leitiingssiigen von poljgoner Quersohnittsfox-m₉ vorzugsweise Mit (wie gezeigt) rechteckiger Qiiersclmittsfor-Sg wsä. besitzt deswegen einander gegenüberliegende Oberflächen 18 von großer Abmessung und gegenüberliegende Oberflächen 20 von kleiner Abmessung. Jeder der leitnngszüge 16 besitzt ausgedehnte Oberflächenelesaente oder Rippen 22, welche entweder als Teil der Oberfläche durch Schaben ausgebildet werden, wie es in aen US-PS'en 3 202 212 und 3 7^6 086 beschrieben ist, oder welche als getrennte Elemente mit den Oberflächen 18 durch Hart- oder Weichlöten^ durch Schweißen oder ein anderes Verfahren verbunden sind* Die Rohrzüge 16 können mit einem oder Mit mehreren Durchgängen hergestellt sein, welches letzteres in der US-BS 3 692 105 beschrieben ist.

Der Mantel 14- umfaßt vier aneinanderstoßende Wände 24, 26, 28 und 30, welche aus Platten oder aus Blech hergestellt sein kön-

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nen, und die entlang ihrer aneinanderstoßenden Kantenabschnitte miteinander verbunden sind, um einen umschlossenen Raum oder eine Kammer 32 zu bilden, welche an einander gegenüberliegenden Enden offen ist. Das in Fig. 2 links gelegene offene Ende der Kammer 32 kann eine Fluideinlaßöffnung 34 sein, während das in Fig. 2 rechts gelegene Ende ein Fluidauslaß 36 sein kann. Die der Einlaß- und Auslaßöffnung 34 und 36 benachbarten Endabschnitte jeder Wand sind mit Flanschen 38 und 40 versehen. Die Flansche dienen dazu, den Mantel 14 mit einem (nicht gezeigten) Versorgungskanal zur Zuleitung eines ersten Fluides, wie Luft oder Abgas von einer (nicht gezeigten) Quelle zur Einläßöffnung 34- zu bringen, während die Flansche 40 dazu dienen, einen (nicht gezeigten) Auslaßkanal an der Auslaßöffnung 36 mit dem Mantel zu verbinden, um das erste Fluid nach Wärmetausch mit einem zweiten Fluid, das durch die Rohrleitungen 16 fließt, an die Atmosphäre, in einen Lagerraum oder an einen Verwendungsort (alle nicht gezeigt) zu leiten.

Wie in Fig. 9 schematisch dargestellt, ist jeder der Leitungszüge 16 in einer abgeflachten Schraubenform ausgeführt, welche aus einer Vielzahl von im wesentlichen geraden Abschnitten besteht, welche mit ihren Enden durch einstückige Umkehrbögen oder U-förmig gebogene Abschnitte 42 verbunden sind. Die Ganghöhe der Schraubenlinie ist gering, so daß die Längsachsenabschnitte der Rohrleitungen 16 gegen die Längsachse des Mantels 14 leicht geneigt sind. Die geraden Abschnitte sind so angeordnet, daß abwechselnde gerade Abschnitte im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, und mit ihren Endflächen nächstbenachbarte gerade Abschnitte durch U-Bögen 42 so verbunden sind, daß das ,zweite Fluid nacheinander durch die geraden Abschnitte fließen kann. Diese abgeflachte Schraubenform der Leitungszüge 16 ist zu unterscheiden von der wellenförmigen, bandartigen Ausbildung der Wärmetausch-Rohrzüge nach dem Stand der Technik, wie er in Fig. 8 dargestellt und in der US-PS 3 781 959 beschrieben ist. Jeder der Leitungszüge 16 kann an den Rückkehrbogen 42 innerhalb

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des Mantels 14· durch eine Vielzahl voneinander getrennter Tragarme 4-3 getragen werden, welche an den Mantelwänden 24- und 28 befestigt sind. Die Tragarme 4-3 verleihen der Anordnung Festigkeit und stellen die Lage der geraden Abschnitte zueinander sicher.

Jeder der Leitungszüge 16 ist im Mantel 14- so angebracht, daß sich die kleinen Oberflächen 20 in im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Mantels 14- verlaufenden Ebenen erstrecken, während die großen Oberflächen 18 sich in im wesentlichen parallel zur Längsachse des Mantels verlaufenden Ebenen erstrecken. Wie am besten in Fig. 1 zu sehen, werden die Züge 16 dicht nebeneinander angebracht, so daß die Rippen 22 der nächstbenachbarten Leitungszüge in Berührung oder doch in sehr dichter Nähe zueinander sind. Die Leitungszüge 16 sind in Beziehung auf die Größe der Kammer 32 vorzugsweise so in der Größe ausgelegt, daß die Leitungszüge die volle Distanz zwischen den inneren Oberflächen der Wände 24- und 28 und ebenso die zwischen den Wänden 26 und 30 des Mantels 14- einnehmen.

Um jeden der Leitungszüge 16 mit einem Ursprung des zweiten Fluids, der Dampf, ein Kältemittel oder ein anderes gasförmiges oder flüssiges Fluid sein kann, zu verbinden, und um das zweite Fluid nach dem Durchgang mit unmittelbarem Wärmetausch mit dem ersten Fluid, das durch die Kammer 32 tritt, zu einer Verwendungs- oder Vorratsstelle zu leiten, sind ein Einlaß-Sammelrohr 44 und ein Auslaß-Sammelrohr 4-6 vorgesehen. Wie gezeigt, können die Sammelrohre 44· und 4-6 außerhalb des Mantels 14· angebracht sein, und sie können besonders an der Außenseite der Wand 24· des Mantels 14- befestigt sein. Um eine Verbindung zwischen dem Einlaßsammler 44- und den Rohrzügen 16 herzustellen, erstreckt sich jeder ihrer benachbarten Endabschnitte durch die Wand 24- und ein Rohrblech 4-8 hindurch, welches einen Teil des Einlaßsammlers 44- bildet. Die Endabschnitte der Leitungszüge 16 sind in dem Rohrblech 48 auf irgendeine fluidabdichtende Weise befestigt, wie z.B. durch Weich- oder Hartlöten, durch Schweißen od.dgl.. In gleicher Weise erstrecken sich die entgegengesetzt liegenden Endabschnitte der Leitungszüge 16 durch die

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24- und ein Rohrblech 50 des Auslaßsammlers 46 hindurch,und diese Endabschnitte sind in dem Rohrblech in einer fluidabdichtenden Weise befestigt. Um den Einlaß sammler 4-6 mit der (nicht gezeigten) Quelle des zweiten Fluids zu verbinden, wird ein Versorgungsrohr oder -rohrzug 52 mit einem Ende am Einlaßsammler 4-4- angebracht. Gleicherweise wird ein Abzugsrohr oder -rohrzug 54-mit einem Ende am Auslaßsammler 4-6 angebracht, um den letzteren mit dem (nicht gezeigten) Gebrauchsort oder Vorratsort für das zweite Fluid zu verbinden.

Der Mantel 14- kann verstärkt sein, um dem Fluiddruck innerhalb der Kammer 32 standzuhalten, und um dem Aufbau erhöhte Festigkeit zu verleihen. Das kann durch irgendeine Maßnahme, wie z.B. in Abständen angebrachte Träger 56 geschehen, welche U-Schienen (wie gezeigt) sein können.

Beim Betrieb des Wärmetauschers 10 wird ein erstes Fluid über die Einlaßöffnung 34· in die Kammer 32 eingelassen, während ein zweites Fluid durch den Einlaßsammler 4-4- zu den Rohrzügen 16 geleitet wird, und durch diese zum Auslaßsammler 4-6. Das erste, durch die Kammer 32 fließende Fluid und das zweite, durch die Rohrzüge 16 fließende Fluid tauschen ihre Wärme durch die Wände der Rohrzüge 16 aus, wobei entweder aufgeheiztes oder gekühltes erstes Fluid durch die Auslaßöffnung 36 austritt und entweder gekühltes oder aufgeheiztes zweites Fluid durch die Auslaßleitung 54- austritt. Das erste Fluid fließt, nachdem es in Wärmeaustauschbeziehung mit dem zweiten Fluid war, in eine Wärmeaustauschbeziehung mit einem dritten Fluid, welches durch eine zweite Rohrreihe 12 hindurchfließt, die mit den Rohrzügen 16 identische Rohrzüge umfaßt.

Offensichtlich kann,ohne die Erfindung zu verletzen, die Durchflußrichtung durch den Einlaßsammler 4-4- und den Auslaßsammler 4-6 umgekehrt werden, so daß die Durchflußrichtungen der ersten und zweiten Fluide gleich statt entgegengesetzt liegen. Gleicherweise können Einlaß- und Auslaßsammler der anderen Rohranordnung

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so angeordnet sein, daß sie entweder gleichfließende oder gegenfließende Flußrichtungen zwischen erstem und drittem Fluid herstellen. Zusätzlich können die Einlaß- und Auslaßsammler erfindungsgemäß der Wand 28 des Mantels 14 benachbart angebracht sein, oder einer der Wand 24 benachbart und einer- der Wand 28 benachbart.

In den Fig. 3 und 4 wird ein einer zweiten Ausführung der Erfindung entsprechender Wärmetauscher 60 gezeigt, der sich von dem Wärmetauscher 10 prinzipiell dadurch unterscheidet, daß die gesamte Wärmetauschanordnung in einem geschlossenen Druckgefäß 62 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 60 wird da benutzt, wo der Druck des ersten Fluids einen Druckunterschied über die Mantelwände erzeugt, der die Belastungsfähigkeit des Mantels überschreitet. Die dem Wärmetauscher 10 entsprechenden Teile werden mit der gleichen Bezugszahl mit Anhang A bezeichnet.

Der Wärmetauscher 60 umfaßt eine einzige Anordnung von Rohren 12A, welche in einem Mantel 14A untergebracht sind. Die Seihe von Rohren 12A besitzt Rohrzüge 16A, welche mit den Rohrzügen 16 der Rohrreihe 12 identisch sind. Die Rohrzüge 16A sind an ihren jeweils entgegengesetzten, einander benachbarten Endabschnitten so verbunden, daß ein zweites Fluid von seinem Herkunftsort (nicht gezeigt) durch einen Versorgungskanal 62A und einen Einlaßsammler 44A eintreten kann und daß das zweite Fluid nach dem Wärmetausch mit dem ersten Fluid zu einem Verwendungsoder Lagerort über einen Aus laß sammler 4-6A und einen Austrittskanal 54A entweichen kann. Der Versorgungskanal 52A und der Austrittskanal 54A erstrecken sich durch die Wand des Gefäßes 62 und sind auf fluiddichte Weise an der Gefäßwand in einer geeigneten Weise befestigt, was durch Schweißen, durch Weichoder Hartlöten geschehen kann. Die aus der Rohrreihe und dem Mantel bestehende Anordnung ist im Gefäß 62 mit zwei Trägern 64 so angebracht, daß die Einlaßöffnung 34A und die Auslaßöffnung 36A von den jeweils benachbarten Endwänden 66 und 68 des

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Gefäßes 62 getrennt sind. Die Anordnung aus der Rohrreihe und dem Mantel kann an den Trägern 64 durch eine Vielzahl von Bolzen 70 festgemacht sein, welche sich durch Löcher in den mit einem Flansch versehenen unteren Wandenden 26A und 3OA des Mantels 14A erstrecken.

Das Gefäß 62 ist mit einem Einlaßrohr oder Einlaßkanal 72 versehen, das in einer Endwand 66 befestigt und mit einem (nicht gezeigten) Herkunftsort des ersten Fluids verbunden ist, um das erste Fluid in das Innere 74- des Gefäßes 62 zu leiten. Das entgegengesetzte Ende des" Gefäßes 62 ist mit einem Auslaßrohr oder -kanal 76 versehen, welches in der Endwand 68 befestigt ist und sich nach innen zur Auslaßöffnung 36A erstreckt, wo es durch Schweißen, Hart- oder Weichlöten befestigt ist. Die Auslaßöffnung 36Abefindet sich in einer Abschlußplatte 78, die an den Flanschen 4OA der Mantelwände 24A, 26A, 28A und 3OA festgemacht ist.

Beim Betrieb des.Wärmetauschers 60 fließt ein zweites Fluid durch jeden ^er Rohrzüge i6A,.durch den Versorgungskanal 52A₇* und den Auslaßkanal 54A und kommt in mittelbaren Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid, welches durch den Mantel 14A durch den Einlaßkanal ¹^ in das Innere 74 des Gefäßes 62, durch die Kammer 32A und den Auslaßkanal 76 fließt. Das erste Fluid, das in das Innere des Gefäßes 62 eintritt, füllt dieses Innere so, daß im wesentlichen der gleiche Fluiddruck an der Außenwand des Mantels 14A vorhanden ist, wie er in der Kammer 32A herrscht, so daß der Druckunterschied über jede der Wände 24A, 26A, 28A und 38A des Mantels 14A vernachlässigbar ist. Da das Gefäß 62 eine zylindrische Form hat, kann es dem relativ hohen Druckunterschied über seine Wände standhalten.

In den Fig. 5» 6 und 7 ist ein Wärmetauscher 80, einer dritten Ausführung der Erfindung entsprechend, dargestellt, welcher darin dem Wärmetauscher 60 aus den Fig. 3 und 4 ähnelt,

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daß die aus Rohrreihen und Mantel bestehende Anordnung in einem geschlossenen Gefäß angebracht ist. Der Wärmetauscher 80 unterscheidet sich dadurch wesentlich vom in den Fig. 1 und 2 gezeigten Wärmetauscher 10, daß die zwei Rohrreihen in bezug auf den Fluidfluß durch den Mantel parallel angeordnet sind, statt hintereinander in bezug auf die Flußrichtung des ersten Fluids, wie im Wärmetauscher 10. Auch sind die Leitungszüge des Wärmetauschers 80 um voneinan ;r getrennteparallele Stäbe gewickelt, statt von voneinander getrennten Trägern 4-3 gehalten, wie im Wärmetauscher 10. Teile d*s Wärmetauschers 80, die ähnlichen oder gleichen Teilen des Wärmetauschers 10 und 60 entsprechen, werden >.. urch dieselbe Bezugszahl mit dem Anhang B bezeichnet.

Der Wärmetauscher 80 besitzt einen Mantel 14B, dessen Wände bis zur Endwand 66B des Gefäßes 62B weitergeführt und mit ihm verbunden sind, so daß die Kammer 32B des Mantels 14-B vom Inneren 74-B des Gefäßes 62B getrennt ist. Dieses erlaubt, wenn gewünscht, daß das Innere 74-B entweder evakuiert oder durch ein anderes als das durch die Kammer 32B fließende erste Fluid unter Druck gesetzt werden kann.

Eine andere Eigenschaft des Wärmetauschers 80 besteht darin, daß Stäbe 82 vorgesehen sind, welche sich den U-förmig gebogenen Abschnitten 4-2B der Rohrzüge 16B benachbart erstrecken und an den Wänden 24-B und 28B des Mantels 14-B gehalten werden. Die Stabpaare 82 für jeden Rohrzug 16B verleihen der Anordnung Steifigkeit. Der Betrieb des Wärmetauschers 80 geschieht ähnlich wieder des Wärmetauschers 60, außer, daß, wie beim Wärmetauscher 10 beschrieben, das erste, durch die Kammer 32B fließende Fluid gleichzeitig in mittelbaren Wärmeaustausch mit einem zweiten und einem dritten Fluid kommt, welche durch die zwei Rohrreihen 12B fließen.

Offensichtlich kann bei jedem der Wärmetauscher 60 und 80 erfindungsgemäß ä*t Einlaß-und der Auslaßsammler relativ zum Einlaß- und Auslaßkanal gewechselt werden, um statt eines Gegen-

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flusses der Fluide, wie gezeigt, einen gleichfließenden Fluß der Fluide zu schaffen.

Wie zu sehen, schafft die Erfindung einen Wärmetauscher mit vielen Durchgängen, der gerippte Wärmetausch-Leitungszüge von polygoner Querschnittsform besitzt, und der, bezogen auf seine Gesamtgröße, eine hohe Wärmetauschkapazität besitzt.

In einer Anwendungsweise, bei der die Fluide gegeneinander fließen, sorgt der Wärmetauscher für besten Wärmeübergang. Der Wärmetauscher ist besonders geeignet, Wärmeaustausch zwischen einem gasförmigen Fluid und einer Flüssigkeit zu bewirken.

Der Wärmetauscher mit vielen Durchgängen umfaßt einen Mantel mit zur Aufnahme eines ersten Fluids offenen Enden und mit mindestens einer Rohrreihe, die in dem Mantel angeordnet und so verbunden ist, daß ein zweites Fluid in mittelbaren Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid treten kann. Die Rohrreihe kann einen oder mehrere Rohrzüge umfassen, von denen jeder eine polygone Querschnittsform besitzt und bei denen sich Reihen von Rippen von der großflächigen Oberfläche der Rohrzüge weg erstrecken. Jeder der Rohrzüge ist als abgeflachte Schraube ausgebildet und besteht aus im wesentlichen geraden Abschnitten, die so angeordnet sind, daß abwechselnde gerade Abschnitte sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und durch Umkehrbogenabschnitte jeweils mit den Endflächen verbunden sind, so daß das zweite Fluid nacheinander die geraden Abschnitte durchfließen kann. Die Reihe von Rohren ist in dem Mantel so angeordnet, daß die Oberflächen mit kleiner Abmessung sich in Ebenen erstrecken, die im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Mantels stehen, so daß das erste Fluid nacheinander durch die geraden Abschnitte fließt und dabei in mittelbaren Wärmeaustausch mit dem zweiten Fluid kommt, das durch die Rohrzüge hindurchfließt·

- Patentansprüche 609851/0778

Claims

Patentansprüche

1.)Wärmeaustauscher mit vielen Durchgängen, dadurch g e kennzeichnet, daß

a) ein Mantel mit einem ersten mit einer Quelle des ersten Fluids verbundenen Fluideinlaß und mit einer Auslaßöffnung vorgesehen ist, die so angeschlossen ist, daß das erste Fluid aus dem Wärmetauscher geleitet wird,

b) mindestens eine Reihe von Rohren so angeschlossen ist, daß sie ein zweites Fluid von einer Quelle empfängt und daß das zweite Fluid, nachdem es in eine mittelbare Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluid getreten ist, von der Rohrreihe abgeleitet wird,

c) die Rohrreihe mindestens einen Leitungszug von polygoner Querschnittsform umfaßt und vier aneinanderstoßende Oberflächen besitzt,

d) der Leitungszug in Form einer abgeflachten Schraube ausgebildet ist, die aus im wesentlichen geraden Abschnitten besteht, welche so angeordnet sind, daß abwechselnde gerade Abschnitte sich in im wesentlichen paralleler Anordnung zueinander erstrecken und U-förmig gebogene Abschnitte die nächstbenachbarten geraden Abschnitte so verbinden, daß ein zweites Fluid nacheinander hindurchfließen kann, und daß

e) die Rohrreihe so innerhalb des Mantels zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung angebracht ist, daß das erste Fluid nacheinander an den geraden Abschnitten des Rohrzugs vorbeifließt und dadurch ein Wärmetausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid bewirkt wird.

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2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßsammler und ein Auslaßsammler vorgesehen sind, und daß die Rohrreihe eine Vielzahl von Rohrzügen umfaßt, die einander benachbart innerhalb des Mantels angeordnet und mit ihren entgegengesetzten, einander benachbarten Endabschnitten mit jeweils dem Einlaßsammler bzw. dem Auslaßsammler verbunden sind·

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßsammler und der Auslaßsammler außerhalb des Mantels angeordnet sind, und daß die einander benachbarten jeweils entgegengesetzten Endabschnitte sich durch die Wand des Mantels hindurch erstrecken.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel, die Einlaß- und Auslaßsammler und die Rohrzüge innerhalb eines geschlossenen Gefäßes angeordnet sind, und daß eine erste Einlaßeinrichtung und eine erste Auslaßeinrichtung in der Wand des Gefäßes vorgesehen sind, um in Verbindung mit jeweils der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung den Fluß des ersten Fluids an den Rohrzügen vorbei zu ermöglichen, und daß zweite Einlaß-Leiteinrichtungen und zweite Auslaß-Leiteinrichtungen sich durch die Wand des Gefäßes hindurch erstrecken, um jeweils mit dem Einlaß- bzw. dem Auslaßsammler in Verbindung zu treten, und dadurch den Durchfluß des zweiten Fluids durch die Rohrzüge zu ermöglichen.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrleitungszug mit einer Vielzahl ausgedehnter Oberflächenelemente versehen ist, welche von zwei entgegengesetzten Oberflächen des Leitungszuges vorstehen.

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6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgedehnten Oberflächenelemente in voneinander getrennten Reihen ausgebildete Rippen sind, wobei sich jede Reihe quer zu der zugeordneten Oberfläche mit großen Ausmaßen erstreckt.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitungszug rechteckigen Querschnitt besitzt und zwei gegenüberliegende Oberflächen mit großem Ausmaß und zwei gegenüberliegende Oberflächen mit kleinem Ausmaß besitzt, daß. =- die ausgedehnten Oberflächenelemente sich von den zwei gegenüberliegenden Oberflächen von großem Ausmaß wegerstrecken, und daß jeder Rohrzug so in dem Mantel angeordnet ist, daß die Oberflächen mit großem Ausmaß in Ebenen liegen, die im wesentlichen parallel zur Flußrichtung des ersten Fluides durch den Mantel verlaufen·

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe eine zweite Rohrreihe umfaßt, welche in dem Mantel angebracht ist, und daß die Iieitungszüge der zweiten Rohrreihe so angeschlos sen sind, daß sie ein drittes Fluid aufnehmen und die ses in mittelbaren Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid bringen.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe und die zweite Rohrreihe so relativ zueinander angeordnet sind, daß sie nacheinander von dem ersten Fluid berührt werden.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe und die zweite Rohrreihe parallel angeordnet sind, damit sie von dem ersten Fluid gleichlaufend berührt werden.

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11· Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet , daß

a) ein Mantel mit einer ersten Einlaßöffnung und einer ersten Auslaßöffnung, um ein erstes Fluid aufzunehmen bzw. das erste Fluid vom Wärmetauscher wegzuleiten, vorhanden ist,

b) mindestens eine Rohrreihe in dem Mantel angeordnet ist,

c) die Rohrreihe aus einer Vielzahl von Leitungszügen besteht, welche Seite an Seite zueinander angeordnet sind,

d) jeder der Leitungszüge eine rechteckige Querschnittsform und aneinanderstoßende Oberflächen besitzt, die aus zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen großen Ausmaßes und zwei einander gegenüberlxegenden Oberflächen kleinen Ausmaßes bestehen,

e) eine Vielzahl von voneinander getrennten, parallelen Rippen sich von jeder Oberfläche mit großen Ausmaßen jedes der Leitungszüge weg erstreckt,

f) jeder der Leitungszüge in einer abgeflachten Schraubenform ausgebildet ist, welche aus im wesentlichen geraden Abschnitten besteht, die so angeordnet sind, daß abwechselnd aufeinanderfolgende gerade Abschnitte sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und U-förmig gebogene Abschnitte nächstbenachbarte gerade Abschnitte so verbinden, daß ein zweites Fluid nacheinander hindurchfließen kann,

g) Einlaß- und Auslaßsammler vorhanden sind,

h) jeder der Leitungszüge mit seinen entgegengesetzten Endabschnitten so verbunden ist, daß mit den Einlaß- und Auslaßsammlern zusammen für den Durchfluß eines zweiten Fluids durch jeden der Leitungszüge gesorgt ist und das Fluid in unmittelbaren Wärmeaustausch mit dem ersten, außerhalb der Leitungszüge fließenden Fluid gebracht wird, und daß

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i) jeder der Leitungszüge so innerhalb des Mantels zwischen den ersten Einlaß- und Auslaßöffnungen angeordnet ist, wobei die Oberflächen mit kleinem Ausmaß der Leitungszüge in im allgemeinen senkrecht zur Flußr&chtung des ersten Fluids liegenden Ebenen liegen, so daß das erste Fluid nacheinander an den geraden Abschnitten des Leitungszugs vorbeifließt.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß- und der Auslaßsammler dem Äußeren des Mantels benachbart angebracht sind.

13· Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel, die Einlaß- und Auslaßsammler, und die Reihe von Rohren als einheitliches Bauteil innerhalb eines geschlossenen Gefäßes angebracht sind, und daß eine erste Einlaßvorrichtung und eine erste Auslaßvorrichtung in der Gefäßwand vorgesehen sind, um den Einlaßsammler mit einem Herkunftsort des zweiten Fluids bzw. den Auslaßsammler mit einem Gebrauchs- oder Lagerort für das zweite Fluid zu verbinden.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Einlaß- und Auslaß-Leiteinrichtungen vorgesehen sind, die sich durch die Wand des Gefäßes erstrecken, und jeweils die erste Einlaß- und die erste Auslaß-Öffnung mit einer Quelle des ersten Fluids bzw. mit einem Ablaß- oder Lager- oder Gebrauchsort des ersten Fluids verbinden.

15· Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Mantel eine polygone Gestalt mit offenen Enden besitzt, wobei mindestens ein Ende an der inneren Oberfläche der Gefäßwand befestigt ist, um die erste Einlaß-Leiteinrichtung oder die erste Auslaß-Leiteinrichtung zu bilden.

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16. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in voneinander getrennten Reihen ausgebildet sind, wobei sich jede Reihe quer zu der mit ihr verbundenen Oberfläche mit großem Ausmaß erstreckt.

17· Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe eine zweite Rohrreihe einschließt, welche eine Vielzahl von Rohrzügen umfaßt, die so verbunden ist, daß sie ein drittes Fluid von einem Herkunftsort empfängt und' dasselbe in mittelbaren Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid bringt.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe und die zweite Rohrreihe so miteinander innerhalb des Mantels angeordnet sind,

. daß das erste, durch den Mantel fließende Fluid diese nacheinander berührt.

19· Wärmetauscher nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihe und die zweite Rohrreihe so miteinander innerhalb des Mantels angeordnet sind,

daß das erste, durch den Mantel fließende Fluid sie gleichlaufend berührt.

20. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel vier aneinanderstoßende Wände besitzt, die ein an beiden Enden offenes, vierseitiges Polygon bilden.

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