DE2708377A1 - Rohrfoermiger waermetauscher - Google Patents

Description

Unser Zeichen: I7 555 Düsseldorf ,den 25. Feb. 1977

Balcke-DUrr Aktiengesellschaft,4ojk> Ratingen,Hornberger Str.2 Rohrförmiger Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Wärmetauscher mit einem als Wärmeaustauschfläche zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Medium dienenden Kernrohr sowie mit einem Mantelrohr,welches zur Bildung schraubenförmiger Kanäle auf dem Kernrohr wendelförmig angeordnete Rippen umgibt.

Rohrförmige Wärnaustauscher der voranstehend beschriebenen Art sind bekannt. Sie besitzen Jedoch den Nachteil, daß auf dem Kernrohr nur wenige Rippen mit geringer Steigung angeordnet sind,so daß das durch die schraubenförmigen Kanäle strömende Medium einer hohen Umlenkung und demgemäß einem hohen Druckverlust unterliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,der bei geringem Druckverlust einen hohen Wirkungsgrad für den Wärmeübergang besitzt und bei einfacher Konstruktion und damit einfacher Fertigung und Montage aus preiswertem Material mit geringem Bauvolumen hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kernrohr eine Vielzahl von Rippen in der Art eines mehrgängigen Gewindes mit grosser Steigung angeordnet ist,die in axialer Richtung des Kernrohres angeströmt werden, das zwischen ihnen hindurchströmende Medium in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilen und durch ihre große Steigung verlustarm zum Ausströmende führen.

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Mit diesem Vorschlag der Erfindung wird ein rohrförmiger Wärmetauscher geschaffen,der aufgrund seiner einfachen Konstruktion aus preiswertem Material in einfacher Weise gefertigt und montiert werden kann und darüber hinaus beispielsweise zu Zwecken der Reinigung leicht demontierbar ist. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist sowohl stehend als auch liegend einsetzbar und besitzt den Vorteil, daß er auf einfache Weise gelagert bzw. aufgehängt werden kann,da sich seine Einzelteile bei Temperaturänderungen nach allen Richtungen ausdehnen können. Die auf dem Kernrohr angeordneten Rippen werden durch das zwischen ihnen hindurchströmende Medium aufgeheizt oder abgekühlt,wobei der Wärmeübergang zwischen den Rippen und dem Kernrohr im wesentlichen durch Wärmeleitung erfolgt, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Hieraus resultiert ein geringes Bauvolumen des rohrförmigen Wärmetauschers gemäß der Erfindung im Verhältnis zu seiner Leistung.

Um einen Wärmeübergang zwischen den auf dem Kernrohr angeordneten Rippen und dem diese Rippen umgebenden Mantelrohr zu verhindern, ist zwischen den Rippen und dem Mantelrohr ein Spalt ausgebildet. Der durch Wärmeleitung erfolgende Wärmeübergang wird auf diese Weise im wesentlichen auf einen Wärmeaustausch mit dem Kernrohr beschränkt.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung kann das zweite den Wärmetauscher durchströmende Medium unmittelbar das Kernrohr entweder in einer Richtung durchströmen oder innerhalb des Kernrohres umgelenkt werden; außerdem ist es möglich,dieses zweite Medium innerhalb einer wendelförmig ausgebildeten Rohrschlange an der Innenseite des Kernrohres entlang zu führen,wobei die Rohrschlange einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen kann.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform ist das Kernrohr an seinen Stirnflächen Jeweils mit einem Konus versehen und das

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Mantelrohr über konische Rohrstücke mit einem zylindrischen Anschlußstück mit Befestigungsflansch verbunden,so daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher auf besonders einfache V/eise in eine Rohrleitung eingebaut werden kann,welche beispielsweise von heißen Gasen durchströmt wird,die innerhalb des Kernrohres zirkulierendes Wasser aufheizen. Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher nicht auf diese Anwendung beschränkt. Er kann beispielsweise auch als Verflüssiger bzw.Verdampfer innerhalb einer Heizungsanlage verwendet werden,die in der Art einer Wärmepumpe arbeitet.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig.l verwendeten, mit Rippen versehenen Kernrohres,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil eines unmittelbar beaufschlagten Kernrohres,

Fig. 5 einen der Fig.4 entsprechenden Teilschnitt,bei welchem das Kernrohr durch eine wendelförmig gewickelte Rohrschlange mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird, und

Fig. 6 einen weiteren Teilschnitt gemäß Fig.4,bei welcher auf der Innenseite des Kernrohres eine wendeiförmige Rohrschlange mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist.

Der in den Fig.l und 2 dargestellte Wärmetauscher besitzt ein zylindrisches Kernrohr l,auf welches eine Vielzahl von Rippen 2 in der Art eines mehrgängigen Gewindes mit großer Steigung aufgewickelt ist. Wie die perspektivische Darstellung in Fig.2 erkennen läßt, handelt es sich beim Ausführungsbeispiel um insgesamt fünfunddrelssig Rippen 2,die mit einem Steigungs-

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winkel von etwa 45° gegenüber der Längsachse des Kernrohres 2 verlaufen. In Fig.l sind diese Rippen 2 jeweils im Schnitt zu erkennen.

Die Rippen 2 sind außen von einem Mantelrohr 3 umgeben,wobei zwischen den außenliegenden Stirnflächen der Rippen 2 und der Innenfläche des Mantelrohres J> vorzugsweise ein Spalt vorhanden ist, um eine Wärmeleitung zwischen den Rippen 2 und dem Mantelrohr 3 zu vermeiden.

An den Stirnflächen des Kernrohres 1 ist jeweils ein Konus 4 ausgebildet. Dieser Konus 4 liegt innerhalb eines konischen Rohrstückes 5,welches mit seinem größeren Durchmesser am Mantelrohr 3 und mit seinem kleineren Durchmesser an einem zylindrischen Anschlußstück 6 befestigt ist. Diese Anschlußstücke 6 sind jeweils mit einem Befestigungsflansch 7 versehen, so daß der Wärmetauscher auf einfache Weise in eine Rohrleitung eingebaut werden kann.

In dieser Rohrleitung strömt beispielsweise das wärmeabgebende Medium A, das z.B. heißes Abgas ist. Dessen Wärme wird über die Rippen 2 durch Wärmeleitung an das Mantelrohr 3 abgegeben, welches die Wärme wiederum auf das wärmeaufnehmende Medium B überträgt. Dieses Medium B wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig.l durch einen Zufuhrstutzen 8 im Bereich des hinteren Konus 4 dem Kernrohr 1 zugeführt. Dieses Kernrohr 1 ist durch eine Trennwand la in zwei Kammern unterteilt, so daß das wärmeaufnehmende Medium B die in Fig.l mit Pfeilen angedeutete Strömungsrichtung erhält. Das Medium B verläßt das Kernrohr 1 durch den Abfuhrstutzen 9.

Das zweite AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig.3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß das wärmeaufnehmende Medium B,beispielsweise Wasser, nicht unmittelbar an der Innenwand des Kernrohres 1 entlanggeführt wird,sondern

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durch eine Rohrschlange lo,die durch ein wendeiförmiges Rohr mit kreisförmigem Querschnitt gebildet wird, dessen einzelne Windungen an der Innenfläche des Kernrohres 1 anliegen. Die erste Windung dieser Rohrschlange Io ist mit dem Zufuhrstutzen 8 und die letzte Windung über ein in Längsrichtung des Kernrohres 1 verlaufendes Rohr 11 mit dem Abfuhrstutzen 9 verbunden. Bei dieser Ausführungsform kann der freie Raum des Kernrohres 1 mit Isoliermittel,beispielsweise Schaumstoff,ausgekleidet sein.

Während sich die in Pig.l dargestellte AusfUhrungsform insbesondere für den Wärmeaustausch zwischen gasförmigen Medien A und B eignet,wird die zweite Ausführungsform nach Fig.5 für einen Wärmeaustausch zwischen einem gasförmigen Medium A und einem flüssigen Medium B bevorzugt. In Fig.4 ist in vergrößertem Maßstab anhand eines Teilschnittes durch das mit den Rippen 2 versehene Kernrohr 1 die sich in Fig.l ergebende Situation verdeutlicht. Die Konstruktion nach Fig.3 ergibt sich aus Fig.6; in dieser Zeichnung ist die an der Innenseite des Kernrohres 1 anliegende Rohrschlange Io mit kreisförmigem Rohrquerschnitt zu erkennen.

Die Fig.5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsmöglichkeit,bei der auf das eigentliche Kernrohr 1 verzichtet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Rohrschlange 12 verwendet wird, die duroh ein wendelförmig gebogenes Rohr gebildet wird, dessen Rohrquerschnitt rechteckig ist und dessen Windungen dicht aneinanderliegen. Hierdurch bildet die Rohrschlange 12 mit ihrer Außenfläche einen zylindrischen Rohrmantel,auf welchem die Rippen 2 angeordnet sind.

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Claims (8)

1. Patentansprüche :

   Il. iRohrförmiger Wärmetauscher mit einem als Wärmeaustauschfläche zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Medium dienenden Kernrohr sowie mit einem Mantelrohr,welches zur Bildung schraubenförmiger Kanäle auf dem Kernrohr wendelförmig angeordnete Rippen umgibt, dadurch geke nnzeichnet, daß auf dem Kernrohr (1) eine Vielzahl von Rippen (2) in der Art eines mehrgängigen Gewindes mit großer Steigung angeordnet ist,die in axialer Richtung des Kernrohres (1) angeströmt werden, das zwischen ihnen hindurchströmende Medium (A) in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilen und durch ihre große Steigung verlustarm zum Ausströmende führen.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rippen (2) und dem Mantelrohr (;>) ein Spalt ausgebildet ist.
3. 3>. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das zweite Medium (B) das Kernrohr (1) in einer Richtung durchströmt.
4. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das zweite Medium (B) innerhalb des Kernrohres (1) umgelenkt wird.
5. 5· Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das zweite Medium (B) innerhalb einer wendelförmig ausgebildeten Rohrschlange (lo) an der Innenseite des Kernrohres (1) entlanggeführt ist.
6. 6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 5,dadurch gekennzeichnet,daß die Rohrschlange (lo,12)einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.

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7. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Rohrschlange (12) mit rechteckigem Querschnitt dicht aneinanderliegen.
8. 8. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (1) an seinen Stirnflächen jeweils mit einem Konus (4) versehen ist und daß das Mantelrohr (j5) über konische Rohrstücke (5) mit einem zylindrischen Anschlußstück (6) mit Befestigungsflansch (7) verbunden ist.

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