DE2835648C2 - Lamellenwärmetauscher, insbesondere Kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmetauscher, insbesondere Kondensator, gemäß den Oberbegriff von Anspruch 1.

Lamellenwärmetauscher mit zwei Rohrschlangensystemen werden beispielsweise als luftgekühlte Kondensatoren in KUhlkreisläufen eingesetzt, wobei die Kühlluft die Lamellen beaufschlagt und das eine Rohrschlangensystem das komprimierte, zu kondensierende Kühlmittel führt, während das andere Rohrschlangensystem ein zur Wärmerückgewinnung dienendes Trägermedium, beispielsweise Wasser mit einem den Gefrierpunkt senkenden, korrosionsschützenden Zusatz, wie Glykol, führt. Als erstes Wärmetauschmedium kommt beispielsweise ein Fluorkohlenwasserstoff in Frage. Anstatt als Kondensator kann ein solcher Lamellenwärmetauscher analog auch als Verdampfer arbeiten.

Das zweite Rohrschlangensystem in mindestens zwei Ebenen näher am Austritt des dritten Mediums aus der Lamellenverrippung anzuordnen, entspricht internem Stand der Technik der Anmelderin. Bei diesem Lamcllenwärmetauscher gemäß dem internen Stand der Technik der Anmelderin läuft in jeder Ebene des zweiten Rohrschlangensystems je eine Rohrschlange, wobei die Rohrschlangen strömungsmaßig parallel geschaltet sind, so daß also ihre Eingänge auf der einen und ihre Ausgänge auf der gegenüberliegenden Seite des Lamellenpakets angeordnet sind.

Die asymmetrische Anordnung des zweiten Rohrschlangensystems in Relation zum ersten .Rohrschlangensystem bietet im beschriebeneq, j^Jiwendungsfall eines luftgekühlten Kältemittel-Kondensators den Vors teil, das zweite Rohrschlangensystem in den Bereich legen zu können, in welchem das komprimierte Kältemittel im ersten Rohrschlangensystem kondensiert Wenn man diesen Bereich als den Bereich der Anordnung des zweiten Rohrschlangensystems wählt, erhält man optimale Wärmerückgewinnungsbedingungen der Kondensationswärme des ersten Mediums, welche wärmeleitend über die Lamellen dann an das zweite Medium abgegeben und über das zweite Rohrschlangensystem abtransportiert wird, z. B, um wiederum als Heizmittel an anderer Stelle dienen zu können.

Weiterhin ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 24 37 019 ein Lamellenwärmetauscher mit zwei durch Luft beaufschlagten, wechselweise von demselben

Μ Kältemittel durchströmten Rohrschlangensystemen bekannt, wobei das etwa gleichmäßig über den Larncüenwärmetauscher verteilte zweite Rohrschlangensystem aus mehreren parallel durchströmten Rohrschlangen besteht Das erste, das Kältemittel im Gegenstrom zur Luft führende Rohrschlangensystem wirkt dabei als Verdampfer, während das zweite, das Kältemittel im Kreuzstrom zum eriten Rohrschlangensystem und zur Luft führende Rohrschlangensystem als Kondensator wirkt und zum Abtauen des Verdampfers dient Eine Wärmerückgewinnung findet hierbei nicht statt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs vom ersten Rohrschlangensystem auf das zweite Rohrschlangensystem darüber hinaus noch weiter zu verbessern, also in dem speziellen Anwendungsfall als Kältemittelkondensator etwa die Wärmerückgewinnung noch zu steigern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich bei einem gattungsgemäßen Lamellenwärmetauscher aus dem Kennzeichen von Anspruch !. Es vird dabei beibehalten, daß das erste Medium im Gegenstrom zum dritten Medium fließt. Das zweite Medium fließt jedoch nicht mehr im Kreuzstrom, sondern im Kreuzgegenstrom zum dritten Medium und im Kreuzgleichstrom zum ersten Medium.

Die Anordnung des zweiten Rohrschlangensystems in zwei statt in einer oder drei und mehr Ebenen gemäß dem internen Stand der Technik der Anmelderin schafft zudem einen optimalen Kompromiß zwischen Wirkungsgrad und Aufwand.

Bei Lamellenwärmetauschern mit relativ kleiner Breite des vom dritten Medium angeströmten Gesamtqnerschnitts des Lamellenpakets kommt man zur Ausbildung des zweiten Rohrschlangensystems mit einer einzigen Rohrschlange aus. Insbesondere für breiter oder in anderer Dimensionierung weiter bemessene Lamellenwärmetauscher empfiehlt sich jedoch die Maßnahme gemäß Anspruch 2, so daß das zweite Rohrschlangensystem in jeder Ebene aus Abschnitten von mehreren Rohrschlangen kombiniert ist, damit der Strömungswiderstand pro Rohrschlange in Grenzen bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. I in abgebrochener Darstellung eine Ansicht auf die Außenfläche der äußersten Lamelle eines die Lamellenverrippung bildenden Lamellenblocks eines erfindungsgemäßen Lamellenwärmetauschcrs, bei dem

in Strömungsrichtung des dritten Mediums hintereinander acht mit den Lamellen verrippte Ebenen von auf Lücke versetzten Führungsrohren für Wärmetauschmedium angeordnet sind;

F i g. 2 eine Ansicht gemäß F i g. 1, bei der jedoch nur sechs in Strömungsrichtung des dritten Mediums hintereinander angeordnete Ebenen von auf Lücke versetzten Rohren angeordnet sind;

F i g. 3 eine Ansicht gemäß F i g. 2, bei der jedoch die Rohre der sechs benachbarten Ebenen nicht gegeneinander versetzt sind, sondern in Strömungsrichtung des dritten Mediums hintereinander jeweils in Linie fluchtend angeordnet sind; und

F i g. 4 auch eine Ansicht gemäß F i g. 2, bei der jedoch in jeder der beiden Ebenen des zweiten Rohrschlangensystems zwei Abschnitte ;rweier gesonderter Rohrschlangen in der Durchströmungsfläche des dritten Mediums nebeneinander angeordnet sind.

Allen vier Varianten eines Lamellenwärmetauschers sind zunächst folgende grundsätzliche Merkmale gemeinsam:

Ein Block aus im wesentlichen parallel nebeneinander liegenden Lamellen 1 aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus Metall, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer oder einer Kupferlegierung, von denen uur eine an der Seite des Blocks liegende Lamelle in den Figuren sichtbar ist, stellt eine gut wärmeleitende und wärmeleitend verbundene, z. B. aufgepreßte, angelötete oder angeschweißte Lamellenverrippung von Rohren 7 bzw. 9 zur Führung von Wärmetauschmedium dar. Das dritte Medium, beispielsweise Luft, durchquert den Lamellenblock längs der Seitenflächen der Lamellen 1 in Richtung des Pfeiles 6.

In der Strömungsrichtung 6 sind die zweckmäßig ebenfalls aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise aus den oben genannten Metallen, vorzugsweise sogar denselben wie denen der Lamellenverrippung, gebildeten Rohre in mehreren äquidistant hintereinander liegenden parallelen Ebenen angeordnet, die sich quer und vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums erstrecken.

Werden diese Ebenen der Rohre entgegen der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums in aufsteigender Zählung bekannt, so durchströmt das erste Medium, bei einem luftgekühlten Kondensator beispielsweise ein Fluorkohlenwasserr.toff, die Rohre der ersten, dritten, fünften und aller weiteren aufsteigend noch vorhandenen Ebenen. Diese von dem ersten Medium durchströmten Rohre sind durch das Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.

Das, z. B. bei Kältemittel-Kondensatoren gasförmig, dem LameUenwärmetauscher zugeführte erste Medium tritt in den Lamellenwärmetauscher durch den gemeinsamen Eintritt 2, beispielsweise eine Verteilerleitung oder VerteilerkamiTier, ein und wird vom Eintritt 2 aus in parallelen Strömen zunächst allen Rohren 7 der ersten Ebene zugeführt. Diese Rohre 7 der ersten Ebene sind jeweils mit je einem Rohr 7 jeder nächstfolgenden Ebene als parallel zueinander verlaufende Rohrschlangen 8a bis 8m verbunden, die in Parallelanordnung in den gemeinsamen, hier z. B. als Sammelleitung oder -kammer gestalteten Austritt 3 des ersten Mediums aus dem Lamellenwärmetauscher münden, aus dem bei einem Kältemittel-Kondensator das erste Medium flüssig abgeführt wird. Man erkennt in den Figuren, daß die Bögen der Rohi schlangen immer abwechssind auf der Ansichtsseite und a'.'f der entgegengesetzten Seite des Verrippungsblocks der Lamellen 1 verlaufen und dabei speziell zwischen den Ebenen 1 und 3 auf der abgewandten Seite und zwischen den Ebenen 3 und 5 auf der Ansichtsseite, wo die entsprechende Rohrschlange 8a bis 8/π in Vollauszeichnung dargestellt ist Man erkennt, daß das erste Medium im ersten Rohrschlangensystem vom Eintritt 2 zum Austritt 3 im Gegenstrom (entgegen Pfeil 6) zum dritten Medium (gemäß Pfeil 6) und im Kreuzgleichstrom zum zweiten Medium durch den Verrippungsblock geführt ist Die entgegen der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums zweite und vierte Ebene der Rohre 9 sind jeweils zur Führung des Kreislaufes für das zweite Medium, beispielsweise einer Mischung von Wasser und Glykol, bestimmt Hier sind jedoch die, z. B. äquidistant nebeneinander liegenden Rohre der Ebenen 2 und 4 untereinander zu einer gemeinsamen Rohrschlange 10 des zweiten Rohrschlangensystems zur Führung des zweiten Mediums miteinander verbunden. Hierbei wird das zweite Medium dem Verrippungsblock seitlich, wenn auch fakultativ mit stirnseitigem Eintritt 4, zugeführt und ebenfalls seitlich, we λ auch fakultativ mit stirnseitigem Austritt 5, wieder abgeführt Dabei liegen Eintritt 4 und Austritt 5 des das zweite Medium führenden Rohrschlangensystems an derselben Seite des Verrippungsblocks infolge der Tatsache, daß an der dem Eiriritt 4 bzw. Austritt 5 abgewandten Seite des Verrippungsblocks zwei in Strömungsrichtung 6 hintereinander angeordnete Rohre 9 der zweiten und der vierten Ebene durch einen Verbindungsbogen 11 miteinander so verbunden sind, daß der mit dem Eintritt

4 verbundene Rohrschlangenabschnitt aus Rohren 9 der zweiten Ebene und der mit dem Austritt 5 verbundene Rohrschlangenabschnitt aus Rohren 9 der vierten Ebene in der zweiten und in der vierten Ebene in entgegengesetzter Querrichtung zur Strömungsrichtung des dritten Mediums verlaufen. Infolge der Anordnung des Eintritts 4 an der zweiten und des Austritts 5 an der vierten Ebene ist also das zweite Rohrschlangensystem im Kreuzgegenstrom zum dritten Medium angeordnet

Die dargestellten Varianten der F i g. 1 bis 4 unterscheiden sich dabei in folgendem:

In den Varianten der F i g. 1 bis 3 ist eine einzige Rohrschlange 10 zur Führung des zweiten Mediums vorgesehen, die auf der dem Eintritt 4 und dem Austritt

5 des zweiten Mediums abgewandten Seite des Lamellenblocks durch einen Verbindungsbogen 11 aus der zweiten in die vierte Ebene entgegen der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums übertritt. Bei der Variante gemäß F i g. 4 sind statt dessen zwei gesonderte Rohrschlangen 10a und 1Oi parallel an den Eintritt 4 bzw. den Austritt 5 des zweiten Mediums angeschlossen und jeweils durch gesonderte Verbindnngi'jögen 11a und Mb miteinander verbunden. Dabei verläuft der Verbindungsbogen 11a in einem mittleren Bereich der Quererstreckung des Verrippusigsblocks. Der Verbindungsbogen lift kann an der dem Eintritt 4 und dem Austritts abgewandten Seite des Verrippungsblocks liegen; statt dessen kann man aber auch die Anordnung gemäß F i g. 4 sinngemäß über eine weitere Querschnittserstreckung des vom dritten Medium in Richtung des Pfeils 6 längs der Lamellen 1 durct.strömten Querschnitts fortsetzen. Analoges gilt übrigens auch für die Anordnungen der Fig. 1 bis 3, wie die abgebrochene Darstellung zeigt. Die Rohrschlangen 10a und 10fr sind dabei zweckmäßig gleich bemessen, um in ihnen jeweils denselben Strömungswiderstand gegenüber dem zweiten Medium zu erzeugen und so

einen möglichst gleichmäßigen Wärmetausch auf das zweite Medium für Wärmerm kgewinnungszwecke über den ganzen vom dritten Medium angeströmten Querschnitt des Verrippungsblocks zu erreichen.

Fernerhin sind in den Fig. 1,2 und 4 die Rohre 7 bzw. 9 benachbarter Ebenen gegeneinander hälftig auf Lücke versetzt angeordnet. Dies führt dazu, daß zwar die Verbindungsbögen der Rohrschlangen 8a bis 8m für das erste Medium zwischen der ersten und der dritten und der dritten und der fünften Ebene entgegen der Strömungsrichtung 6 parallel zu dieser angeordnet sein können, jedoch in den nächsthöheren Ebenen jeweils zickzackförmig abgewinkelt sind, um jeweils das nächstkommende Rohr 7 der nächsten Ebene in derselben Rohrschlange zu integrieren.

Bei der Variante gemäß Fig.3 sind demgegenüber alle entlang der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums hintereinander liegende Rohre 7 bzw. 9 verschiedener Ebenen !än^s der Strörnungsrichtung 6 des dritten Mediums hintereinander liegend geradlinig fluchtend angeordnet. Dafür muß beispielsweise, wie dies zeichnerisch in Fig. 3 angedeutet ist, beim Überschreiten der zweiten und vierten Ebene in Zählrichtung entgegen der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums eine Abbiegung des jeweiligen Verbindungsbogens zwischen unterschiedlichen Ebenen, dort in der Figur oben links zwischen der ersten und der dritten Ebene, in Kauf genommen werden. Wie die Darstellung in F i g. 3 sonst zeigt, kann man jedoch weitgehend durch entgegengesetzte Anordnung der Verbindungsbögen der Rohrschlangen 8 und 10 für das erste und für das zweite Medium gegenseitige Behinderung ausschließen. Der Vorteil dieser Anordnung ist der, daß ab der fünften Ebene entgegen der Strömungsrichtung 6 kein Zickzackverlauf der Rohrschlangen 8a bis Sm mehr wie im Fall der anderen Figuren nötig ist.

Schließlich zeigt Fig. I im Vergleich mit den Fig. 2 bis 4, daß man den Lamellenwärmetauscher mit sehr unterschiedlichen Anzahlen von Rohrebenen ausstatten kann. So sind bei der Anordnung gemäß Fig. 1 acht

ίο Ebenen von Rohren 7 bzw. 9 vorgesehen, während bei den übrigen Fig. 2 bis 4 jeweils nur sechs Ebenen vorgesehen sind. In allen Fällen ist jedoch das von der Rohrschlange 10 bzw. den nebeneinander angeordneten Rohrschlangen 10a und lOfeeingenommene Kreislaufsystern für das zweite Medium, bezogen auf dessen Zentrum, mehr am Austritt als am Eintritt des dritten Mediums in den Lamellenblock angeordnet.

Wenn auch bei allen dargestellten Varianten das zweite Rchrschlangensyiicm iO bzw. !Os und '.Ob jeweils in der zweiten und vierten Rohrebene entgegen der Strömungsrichtung 6 des dritten Mediums angeordnet ist, so kann doch an dieser Anordnung auch eine Modifikation vorgenommen werden, beispielsweise Eintritt des zweiten Mediums erst in die dritte Rohrebene oder Übertritt von der zweiten Rohrebene unter Überspringung von zwei Rohrebenen in die fünfte bei Anordnung von acht und mehr Rohrebenen, solange dabei i\t Asymmetrie der Anordnung des zweiten Rohrschlangensystems in bezug auf die vom ersten und dritten Medium angenommene Durchströmungslänge des Verrippungsblocks erhalten bleibt. Die dargestellten Anordnungen sind jedoch optima·!.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 28 3 Φ 64 8 4-

1. Lamellenwärmetauscher, insbesondere Kondensator, mit einem ersten ein erstes Medium und einem zweiten ein zweites Medium führenden Rohrschlangensystem, die aus in mehreren, in Strömungsrichtung eines dritten Mediums hintereinander liegenden Ebenen parallel zueinander verlaufenden Rohren mit gemeinsamer Lamellenverrippung und außerhalb der Lamellenverrippung die einzelnen Rohre jeder Rohrschlange verbindenden Verbindungsbögen bestehen, wobei das erste und das zweite Medium über die Lamellenverrippung in Wärmeaustausch miteinander und mit dem die Lamellenverrippung durchströmenden dritten Medium treten, die Verbindungsbögen derart angeordnet sind, daß das erste Medium im Gegenstrom zum dritten Medium und das zweite Medium im Kreuzstrom zum ersten und zum dritten Medium verlaufen, und wobei das zweite Rohrschlangensystem in zwei Ebenen näher am Austritt des dritten Mediums aus der Lamellenverrippung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rohrschlangensystem eine seinen Rohrebenen (zweite und vierte Rohrebene entgegen Pfeil 6) gemeinsame Rohrschlange (Iß; 10a, iOb) aufweist, in der das zweite Medium in beiden Rohrebenen (zweite und vierte Rohrebene entgegen Pfeil 6) in entgegengesetzten Richtungen und im Kreuzgleichstrom zum ersten sowie im Kreuzgegenstrom zum dritten Medien strömt

2. Lamellen Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den vom dritten Medium angeströmten Gesamtquerschnitt mindestens zwei Rohrschlangen (10a, iOb) für das zweite Medium verteilt sind.