DE3044164A1

DE3044164A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3044164A1
Application number: DE19803044164
Authority: DE
Inventors: Gordon Murray Willowdale Ontario Cameron
Original assignee: Chemetics International Co Inc; Chemetics International Ltd
Current assignee: Chemetics International Co Inc; Chemetics International Ltd
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1981-09-03
Also published as: SE454912B; GB2064092B; FR2470354B1; BE886303A; SE8008085L; GB2064092A; US4357991A; CA1122202A; NL8006205A; FR2470354A1

Description

Chemetics International Ltd. Vancouver, B.C. / Kanada

Wärmeaustauscher

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PATENTANWALT

DR. RICHARD KNEISSL 2 V NOV. 1980

Widenmayerstr. 46

D-8000 MÜNCHEN Tel. 089/295125

CA-10

30Λ4164

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher mit einer verbesserten Rohranordnung.

In Wärmeaustauschern werden gegenwärtig verschiedene Standardrohranordnungen verwendet. Eine besonders häufige Anordnung, die gegenwärtig verwendet wird, ist die sog. Dreiecksanordnung, wobei die Rohre in geraden paralleln Reihen angeordnet sind, und im Schnitt gesehen, gleichseitige Dreiecke bilden. Eine zweite allgemein übliche Anordnung ist die quadratische Anordnung, wobei die Rohre, im Schnitt gesehen, im Quadraten angeordnet sind. Zusätzlich werden in einigen Wärmeaustauschern verschiedene Rohrzahlen verwendet, wobei die Rohre, im Schnitt gesehen, in konzentrischen Ringen angeordnet sind und wobei die Anzahl der Rohre je Ring variiert, um eine konstante Strömungsfläche zwischen jeweils zwei benachbarten Rohren in einem jeden Ring zu bilden.

Die Standarddreieckanordnung ist für einfache Wärmeaustauscher mit segmentförmigen Leitblechen weitgehend zufriedenstellend, sie ist jedoch für Wärmeaustauscher unzufriedenstellend, bei denen die Leitbleche in einer sog. Scheiben/Blenden-Anordnung vorhanden sind. Bei der Dreiecksanordnung bieten verschiedene Strömungswege einen geringeren Widerstand als andere, was einen, ungleichmäßigen Wärmeübergang zur Folge hat. Wenn außerdem das Fluid radial nach innen strömt, dann nehmen die Geschwindigkeiten zu, woraus ein beträchtlicher und unerwünschter Druckabfall resultiert. Die Vorhersagbarkeit der Wärmeübergangsgeschwindigkeit ist unter solchen Umständen schwierig.

Die quadratische Rohranordnung besitzt die gleichen Nachteile wie die dreieckige Rohranordnung, soweit es die Scheiben/ Blenden-Leitblechanordnüng betrifft. Außerdem ist sie weniger wirksam, weshalb größere Wärmeaustauscher für die gleiche Anzahl von Rohren.erforderlich sind. Die Rohranordnung

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mit variabler Rohrzahl (konzentrische Ringe, wobei die Rohrzahl je-Ring zur Erzielung einer konstanten Strömungsfläche variiert) ist ebenfalls nicht effizient. Außerdem sind die Strömungswege zwischen den Rohren schwierig vorherzusagen. Einige davon sind Wege mit niedrigem Widerstand und einige solche mit hohem Widerstand.

Gemäß der Erfindung wird nun für einen Wärmeaustauscher eine verbesserte Rohranordnung vorgeschlagen, welche konstantere Massenströmungsgeschwindigkeiten im Bereich in der Nähe der Rohre ergibt, wobei der Wärmeübergangskoeffizient und der Druckabfall wesentlich günstiger sind als bei der bisherigen Anordnung. Ganz allgemein besteht bei einem Wärmeaustauscher mit mehreren Rohren von kreisförmigem Querschnitt, wobei die Rohre alle den gleichen äußeren Durchmesser aufweisen, die Verbesserung darin, daß die Rohre gemäß den folgenden Beziehungen angeordnet sind: die Rohre sind mit ihren Mittelpunkten auf einer Gruppe von konzentrischen Kreisbögen angeordnet', und zwar mehrere Rohre auf jedem Bogen; die Anzahl der Rohre in einem jeden Bogen unterscheidet sich von der Anzahl in jedem anderen Bogen um nicht mehr als eins; die Rohre in einem jeden Bogen sind auf diesem Bogen in gleichförmigem Abstand angeordnet; jedes Rohr in jedem Bogen, mit Ausnahme von Endrohren, die in einigen der Bögen vorhanden sein können, ist in der Mitte zwischen zwei benachbarten Rohren eines jeden benachbarten Bogens angeordnet, so daß die Mittelpunkte von jeweils drei Rohren ein gleichschenkliges Dreieck bilden, wobei jedes Rohr in einem jeden Bogen von jedem der benachbarten -Rohre in einem jeden benachbarten Bogen einen Ligamentabstand h aufweist, wobei der Abstand h für alle Rohre gleich ist; und der Abstand zwischen zwei benachbarten Rohren in einem jeden Bogen ist zumindest genauso groß wie das Zweifache des Ligamentabstands h.

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Wenn die Rohre in der angegebenen Weise angeordnet werden, dann zeigt sich, daß der Wärmeaustauscher sich in einer nahezu idealen Weise verhält, wodurch die Berechnung der Strömungen und der Wärmeübergangsgeschwindigkeiten wesentlich vereinfacht ist.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen bekannten Wärmeaustauschers mit einer Scheiben/Blenden-Leitblechanordnung;

Fig. 2 eine Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Rohranordnung in einem Wärmeaustauscher;

Fig. 3 eine Ansicht eines größeren Teils einer erfindungsgemäßen Rohranordnung in einem Wärmeaustauscher;

Fig. 4 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung von fünf Rohren mit mathematischen Zeichen hinsichtlich der Rohranordnung;

Fig. 5 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung von sechs Rohren zur Berechnung gewisser Grenzwerte? und

Fig. 6 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers in Form eines Ringabschnitts.

Fig. 1 zeigt schematisch einen typischen zylindrischen Wärmeaustauscher 2. Der Wärmeaustauscher 2 besitzt eine* zylindrische Hülse 4 mit einer Eintrittsleitung 6 und einer Austrittsleitung· 8 für zu erhitzendes oder kühlendes Fluid. Innerhalb der Hülse 4 sind mehrere blendenförmige Leitbleche 10 angeordnet, die sich bis zur Wandung der Hülse erstrecken, und dort befestigt sind und die. zentrale öffnungen 12 aufweisen. Zwischen einem jeden Paar von blendenförmigen Leitblechen 10 befindet sich ein scheibenförmiges Leitblech

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mit kleinerem Durchmesser als derjenige der Hülse 10, so daß rundherum ein ringförmiger Zwischenraum 16 verbleibt. Beide Leitblecharten 10 und 14 werden durch Rohre 18 des Wärmeaustauschers durchsetzt. Die Rohre 18 erstrecken sich parallel zur Hülse 4 und im rechten Winkel zu den Leitblechen 10 und 14. Erhitzungs- oder Kühlfluid (Flüssigkeit oder Gas) wird von einer nichtgezeigten Quelle von außerhalb einer Rohrplatte 20 in die Rohre 18 des Wärmeaustauschers geführt und verläßt die Rohre 18 außerhalb der anderen Rohrplatte 22. Fluid (Flüssigkeit oder Gas) strömt von der Leitung 6 durch den Wärmeaustauscher auf den mit Pfeilen 24 angedeuteten Weg und wird durch das Fluid in den Rohren 18 erwärmt oder abgekühlt. In einigen Fällen werden die zentrale Öffnung 12 und der ringförmige Zwischenraum 16 so groß gemacht, daß die Leitbleche 10 und 14 nur einen Teil der Rohre 18 schneiden.

Fig. 2 zeigt eine Gruppe von gemäß der Erfindung angeordneten Rohren 18. Die Rohre 18 werden anhand der Ringe gekennzeichnet, auf denen sie liegen, indem deren Radien, nämlich R,, R₂* R₃, R₄ und R₁., angegeben werden.

Die Anordnungsparameter für die Anordnung der Rohre 18 sind wie folgt. Zunächst ist der diagonale Abstand zwischen einem jeden Rohr in jedem Ring und seiner benachbarten Rohre im benachbarten Ring ein konstanter Abstand h (er wird in der Folge als "Ligamentabstand" bezeichnet). Zweitens ist der kürzeste Abstand zwischen zwei benachbarten Rohren im gleichen Ring (diese Abstände, werden mit d.., d» etc. bezeichnet) in jedem Ring eine Konstante. Er ändert sich jedoch von Ring zu Ring und ist immer größer · oder gleich 2h. Drittens ist die Anzahl der Rohre in einem jeden Ring immer die gleiche. Jedoch variiert der Radialabstand zwischen den Ringen derart, daß der Ligamentabstand h zwischen einem Rohr in einem Ring und seinen benachbarten Rohren in jedem benachbarten Ring, wie erwähnt, immer der gleiche ist. Ein schematisches Bezeichnungsverfahren zur Berechnung der verschiedenen Radien wird weiter unten angegeben.

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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß, solange als die Ligamentabstände h in der Umgebung eines Rohres 18 nicht größer sind als die Hafte der Abstände d₁, d etc., die Ligamentabstände und nicht die Abstände d₁, d_ etc. die maximale Fluidgeschwindigkeit in der Nähe des Rohrs bestimmen. Dies ist der herkömmlichen Anordnung in konzentrischen Ringen entgegengesetzt, wobei die Rohrzahl bei konstantem Abstand zwischen den Rohren eines Rings verändert wird. Aus Fig. 2 ist außerdem ersichtlich, daß die gesamte geringste Strömungsfläche, durch welche das Fluid strömen muß, wenn es radial nach innen durch die Ringe R₁, R₂, R₃ etc. strömt gleich ist dem Abstand 2h,multipliziert mit der Anzahl der Rohre je Ring (das Produkt wird als Flächenfaktorkonstante oder AFC bezeichnet),multipliziert mit dem Abstand zwischen Leitblechen. Da, wie angedeutet, die AFC niemals größer ist als die Summe der Abstände zwischen den Rohren jedes einzelnen Rings, wird die maximale Geschwindigkeit durch die Ringe durch die AFC bestimmt, die zwischen einem jeden Paar von benachbarten Ringen in der Gruppe konstant ist.

Eine größere Darstellung der Rohranordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt Teile von zwei Gruppen kreisförmiger Ringe, die mit 26 und 28 bezeichnet sind. In der Gruppe 26 ist der Ligamentabstand h₁ zwischen einem jeden Rohr 18 und seinen benachbarten Rohren 18 in jedem benachbarten Ring immer der gleiche konstante Abstand. Außerdem ist die Anzahl der Rohre .18 in einem jeden Ring R1 bis R7 der gleiche. In der Rohrgruppe 28 ist der Ligamentabstand h₂ zwischen einem jeden Rohr 18 und seinen benachbarten Rohren in jedem benachbarten Ring ebenfalls eine Konstante, jedoch ist der Ligamentabstand h₂ größer als der Ligamentabstand h... Die Anzahl der Rohre in einem jeden Ring R8 bis R11 ist konstant, aber diese Anzahl ist kleiner als die Anzahl der Rohre in einem jeden Ring R1 bis R7. Jedoch ist der bestimmende Strömungsabstand oder die AFC zwischen den Rohren von jeweils zwei benachbarten Ringen der Gruppe 26 der glei-

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ehe wie der bestimmende Strömungsabstand oder die AFC zwischen den Rohren von jeweils zwei benachbarten Ringe der Gruppe 28. Mit anderen Worten heißt das, der Abstand h.. multipliziert mit der Anzahl der Rohre in einem jeden Ring der Gruppe 26 ist gleich dem Abstand h~ multipliziert mit der Anzahl der Rohre in jedem Ring der Gruppe 28. Deshalb unterliegt Fluid, das durch die Rohrgruppen 26 und 28 strömt, immer der gleichen bestimmenden AFC, weshalb die Strömungsgeschwindigkeiten durch beide Gruppen von · Ringen 26 und 28 nahezu konstant sind. Die AFC zwischen den benachbarten Ringen der Gruppen 26 und 28 wird natürlich normalerweise größer' sein als die AFC einer jeden der beiden Gruppen.

Bei den in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen gibt es keine "Endrohre", deren Verhalten durch die Nähe der Hülse'beeinflußt wird. Alle Rohre in einem jeden Ring sind nahezu den gleichen Bedingungen ausgesetzt. Die Massenströmungsgeschwindigkeiten sind durch das Rohrbündel nahezu konstant, da die Flächen zwischen benachbarten Gruppen von Ringen konstant sind (außer an der Grenze zwischen den Gruppen). Zusätzlich wird eine sehr wirksame Packung der Rohre erzielt.

Ein weiterer Vorteil der gezeigten Anordnung besteht darin, daß eine maximale Ausnützung des im Kessel vorhandenen Raums erreicht werden kann, da das Rohrbündel leicht in einen kreisförmigen Kessel eingesetzt werden kann. Weil der Strömungswiderstand in jedem Durchgang praktisch gleichförmig ist, wird eine gleichförmige Strömungsverteilung erreicht, was geringste Temperaturunterschiede von Rohr zu Rohr zur Folge hat. Hierdurch werden auch Spannungsänderungen im Rohrbündel verringert.

Ein mathematisches Verfahren zur Anordnung der Rohre wird nun anhand von Fig. 4 erläutert.

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In den folgenden Erläuterungen und in Fig. 4 werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:

h ist der diagonale Abstand zwischen einem jeden Rohr und den benachbarten Rohren in jedem benachbarten Ring oder ist, mit anderen Worten, der Ligamentabstand;

η ist die Anzahl der Ringe;

R₁, R₀, R, .... R sind die Ringradien;

(X ist der Winkel zwischen Radien, die durch die Zentren von benachbarten Rohren in einem Ring laufen;

a ist eine Sekante des Kreises mit dem Radius R , die sich zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten Rohren auf dem Kreis mit dem Radius.R_ erstreckt;

D ist der äußere Durchmesser eines jeden Rohrs unter der Annahme/ daß er für alle Rohre gleich ist;

N ist die Anzahl der Rohre je Ring, unter der Annahme, daß sie für alle Ringe in einer jeden Gruppe von Ringen gleich ist;

P ist der Mittelpunktsabstand, d. h. der Abstand zwischen den Zentren von benachbarten Rohren in benachbarten Ringen, welcher konstant ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ergibt sich folgendes: (1) h - P - D_Q/ ·

(2) -~ » —I Grad

tr

a ■ -

(3) -%- » P cos 9 » R, sin

/ η τι

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Der Radius R ,., steht mit dem Radius R^ durch folgende n+i η

Gleichung in Beziehung

(4) R + b = R sin

n+i η η

In der Praxis kann die Konstruktion damit begonnen werden, daß man die erforderliche Strömungsfläche, d. h. die AFC auswählt, die 2hN ist. Sofern ein Ligamentabstand h gewählt ist, bestimmt dieser die Anzahl der Rohre für den ersten Ring mit dem Radius R₁, welcher der Hülse 4 des Wärmeaustauschers benachbart liegt.

Wenn einmal N. gewählt ist, dann ergibt dies einen .Wert

für ~- und für eine Sekante a₁ .Daraus ergibt sich mit dan Wert von h auch

der Wert für Θ..." Da b- = P sin Q₁ ergibt dies einen Viert für b₁, so daß R2 errechnet werden kann.

Eis gibt gewisse Grenzwerte, die auf die wählbaren Vierte anzuwenden sind. Erstens ist, wie bereits diskutiert, die geringste Strömungsfläche zwischen benachbarten Ringen durch die LigamenLabstände h und nicht durch die Abstände d.j, d₂ etc. begrenzt. Daraus ergibt sich

(5) a_n - D₀ * 2h

Wie erläutert werden wird, ergibt die Gleichung (5) die Beschränkung

(6) R_n. *

Die Gleichung (6) ergibt den geringsten Ringradius, der verwendet werden kann, um der Gleichung (5) zu genügen.

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/fit

-yi-

Die Ableitung der Gleichung (6) ist unter Bezugnahme auf Fig. 5 wie folgt:

angenommen a ^ D + 2h

dann ergibt sich —^— = R sin

woraus resultiert 2 R_n sin -^- ^ D_Q + 2h

Wenn der geringste Ringradius kleiner ist als R _min* dann wird der Sekantenabstand zwischen zwei benachbarten Rohren im gleichen Ring kleiner sein als das Zweifache des Ligamentabstands, so daß die geringste Strömungsfläche nicht mehr durch den Ligamentabstand bestimmt wird, was unbrauchbar ist. Es ist jedoch klar, daß, wenn eine Anzahl von Rohrringen in einen Wärmeaustauscher eingepackt werden soll und wenn die Abstandsbetrachtungen dies erfordern, ein oder mehrere der inneren Ringe dichter gepackt werden können, so daß der Sekantenabstand zwischen zwei benachbarten Rohren im Ring in der Tat kleiner ist als 2h. Dies hat natürlich den Nachteil, daß die Strömung durch diese Ring sich nicht so ideal verhält wie die Strömung durch die Ringe in der beschriebenen Anordnung. Solche Ringe, in denen der Sekanten abstand kleiner ist als 2h würden nicht als Mitglieder einer .Gruppe von Ringen angesehen, die gemäß der Erfindung·angeordnet sind. In ähnlicher Weise kann ein äußerer Ring oder, können äußere Ringe in der Nähe der Hülse vorgesehen werden, wobei die Rohrabstände anders sind als beschrieben, um einen höheren oder niedrigeren Wärmeübergang in der Nähe der Hülsenwandung zu erzielen. '

Der zweite Grenzwert für gemäß der Erfindung angeordnete Rohre ist wie folgt. Es ist normalerweise nötig sicherzu-

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"^K"

stellen, daß der Radialabstand zwischen jeweils zwei Ringen, die durch einen Ring getrennt sind, größer ist als der Mittelpunktsabstand, d. h. daß R - R__₂ - ^p ist.

Dies ergibt die Beschränkung (7) θ = 30 ° minus ^— Grad

tr für den Ring mit dem größten Radius, d. h. den Ring R-.

Die Ableitung der Gleichung (7) ist wie folgt. Da gemäß Fig. 5 gefordert wurde, daß

C₁ + b₂ ^ P

und da C₁ = P cos φ, worin ά = 90° - (θ. +

folgt C₁-P cos [ 90° - (θ·_χ + -^-) ] « P sin (Θ, + -—-)

- a ₂ 1/2 und b₂ - [ P² - (-§-)^Z ]

a_

worin¹ -jp- " ^{p sin} l^ap cos (Θ + -—·)

Hieraus

folgt P sin (Q₁ + ■—-) +P[I- cos² (θ_χ + -^-) ]^1/2 2: P

< go· erhalten wir

. 2 sin

oder sin (θ_χ + -^-) ^ 1/2

oder B₁ + -^- b 30°

-* = 180 '

Da ο "~~~"

^Ntr

erhalten wir 9, ^: 30« - |§i (7)

tr

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Die Gleichung (7) repräsentiert einen normalen Grenzwert dahingehend, wie dicht die Ringe angeordnet werden können, ohne daß die Rohrplatten 20 und 22 und die Leitbleche 10 und 14 übermäßig geschwächt werden. In einigen speziellen Fällen kann es möglich sein, einenetws geringeren Abstand zu erzielen.

Die geringste Strömungsfläche im Raum zwischen benachbarten Leitblechen 10, 14 ist

Strömungsfläche . = AFC χ D, ,

worin AFC = Flächenfaktorkonstante = 2 (P - D_Q) N_fcr

und D. = der Abstand zwischen Leitblechen. bc

Wenn zwei Gruppen von Ringen verwendet werden, von denen jede einen gleichen Ligamentabstand aufweist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist,dann wird die AFC einer jeden Gruppe, wie bereits erörtert, normalerweise so groß gehalten wie diejenige der anderen Gruppe; Wenn der Ring η der letzte Ring in einer Gruppe und der Ring n-1 der erste Ring in der zweiten Gruppe ist, dann wird dies erreicht, wenn folgende Gleichung eingehalten wird

^Ntr " ^Ntr
^trnl

tr

n-l η P_n ,

n-1

worin P der Mittelpunktsabstand· für den Ring η und P_n-1 der Mittelpunktsabstand für den Ring n-1 ist. Dies stellt sicher, daß die Massenströmungsgeschwindigkeit durch das Rohrbündel nahezu konstant ist.

Wenn es in speziellen Fällen erwünscht ist, eine andere AFC in einer jeden Gruppe von Rohrringen zu haben, beispielsweise eine raschere Strömung durch die äußere Gruppe als durch die innere Gruppe, dann kann die AFC in der äuße-'

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ren Gruppe größer als in der inneren Gruppe gemacht werden.

Aus den Fig. 4 und 5 ergibt sich, daß die Rohre 18 so gelegt werden, daß jedes Rohr kreismäßig gesehen in der Mitte zwischen den beiden benachbarten Rohren in jedem benachbarten Bogen liegt, so daß die Mittelpunkte von solchen drei Rohren ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Wie in Fig. 3 gezeigt, hat dies zur Folge, daß die Rohre einer jeden Gruppe der Ringe 26 und 28 spiralenförmig angeordnet sind. Dies erleichtert das Reinigen, welches dadurch herbeigeführt werden kann, daß man ein entsprechend geformtes Werkzeug durch die Rohre zwischen den Spiralen hindurchführt. Wenn zwei Gruppen von Ringen verwendet werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, dann ist es, weil jede Rohrgruppe eine andere Spiralenkonfiguration hat, nötig, die äußere Gruppe von Ringen durch ein von außen eingeführtes Werkzeug und die innere Gruppe von Ringen durch ein von innen aus eingeführtes Werkzeug zu reinigen.

In der typischen Anordnung von Fig. 3 enthält jeder Ring R1 bis R7 68 Rohre (insgesamt 476), wobei die Radien wie folgt sind:

R1 = 91,19 cm R5 = 78,33 cm

R2 = 88,25 cm R6 =74,68 cm

R3 = 85,12 cm R7 = 70,87 cm R4 = 81,81 cm

Der äußere Rohrdurchmesser ist 3/81 cm und der Mittelpunktsabstand ist 5,08 cm. Zusätzlich enthält jeder Ring R8 bis R11 43 Rohre. Die Radien sind:

R8 = 65,79 cm R10 = 58,55 cm R9 = 62,33 cm R11 = 54,43 cm

Der äußere Rohrdurchmesser bleibt 3,81 cm, und der Mittelpunktsabstand 5,82 cm. Die für Fig. 3 angegebenen Werte sind nur beispielhaft und werden sich in Abhängigkeit von

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der Anwendung ändern.

In Fig. 3 wird angenommen, daß jede Gruppe von Ringen 26 und 28 sich um einen vollen Kreis von 360° erstreckt, d. h., daß jeder Ring R1 bis R11 ein geschlossener Kreis ist. Gegebenenfalls können die Gruppen von Ringen 26 oder 28 nicht als geschlossene Ringe, sondern auch als Kreisabschnitte angeordnet werden. Diese Anordnung ist in Fig. gezeigt, wo da:Wärmeaustauscher 2 im Schnitt als ein Ringabschnitt gezeigt ist und die Rohre 18 entlang konzentrischer Bögen liegen, wobei die Bögen sich nicht um volle 360° erstrecken. Die Anordnung der Rohre von Fig. 6 ist in der Tat nur ein Teil der Gruppe 26 von Fig. 3. In den Zeichnungen sind die gleichen Radien R1 bis R7 gezeigt. Die Hülse des Wärmeaustauschers ist bei 40 gezeigt.

Bei der Ringabschnittsanordnung von Fig. 6 bleiben alle vorher beschriebenen Beziehungen anwendbar, außer daß die Bögen unter Umständen nicht alle die gleiche Anzahl von Rohren 18 aufweisen. Gemäß Fig. 6 besitzen die Bögen mit ungerader Zahl-zehn Rohre und die Bögen mit gerader Zahl neun Rohre. Dies rührt von der geraden Form der Endwände 42 und 44 der Hülse und von der Anordnung dieser Endwandungen her. Wenn die Endwandung 44 zu der bei 46 mit gestrichelten Linien gezeigten Lage verschoben wird, dann hat jeder Bogen die gleiche Anzahl von Rohren (neun Rohre bei der Anordnung von Fig. 6). Wenn also die Rohranordnung die Form eines Ringabschnitts aufweist, dann wird die Anzahl der Rohre in einem Bogen die gleiche sein wie die Anzahl der Rohre in jedem anderen Bogen, oder es kann die Anzahl der Rohre in jedem zweiten Bogen um eins größer sein. Weiterhin bilden die Endrohre in den Bögen mit ungeraden Zahlen natürlich mit den beiden benachbarten Rohren eines jeden benachbarten ,Bogens wegen der Endwandungen 42 und 44 kein gleichschenkliges Dreieck, sondern diese Wandungen stehen ausreichend nahe an den End-

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/f9

rohren der Bögen mit gerader Zahl, um ein Durchstoßen zu verhindern..

In den Patentansprüchen ist vom Abstand zwischen Rohren die Rede. Dieser Abstand bezieht sich auf die Abstände zwischen den äußeren Durchmessern der Rohre.

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Claims

Patentansprüche

1.) Wärmeaustauscher mit einer Anzahl von Rohren kreisförmigen Querschnitts, welche alle den gleichen äußeren Durchmesser aufweisen/ dadurch gekennzeichnet,'daß die Rohre unter Beachtung der folgenden Beziehungen angeordnet sind:

(1) die Rohre sind mit ihren Mittelpunkten auf einer Gruppe von konzentrischen Kreisbögen angeordnet, und zwar mehrere Rohre auf jedem Bogen;

(2) die Anzahl der Rohre in einem jeden Bogen unterscheidet sich von der Anzahl in jedem anderen Bogen um nicht mehr als eins;

(3) die Rohre in einem jeden Bogen sind auf diesem Bogen in gleichförmigem Abstand angeordnet;

(4) jedes Rohr in jedem Bogen, mit Ausnahme von Endrohren, die in einigen der Bögen vorhanden sein können, ist in der Mitte zwischen zwei benachbarten Rohren eines jeden benachbarten Bogens angeordnet, so daß die Mittelpunkte von jeweils drei Rohren ein gleichschenkliges Dreieck bilden, wobei jedes Rohr in einem jeden Bogen von jedem der benachbarten Rohre in einem jeden benachbarten Bogen einen Ligamentabstand h aufweist, wobei der Abstand h für alle Rohre gleich ist; und

(5) der Abstand zwischen zwei benachbarten Rohren in einem jeden Bogen ist zumindest genauso groß wie das Zweifache des Ligamentabstands h.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Bogen um 360° erstreckt, so daß jeder Bogen aus einem geschlossenen kreisförmigen Ring ohne Endrohren besteht, wobei jeder Ring die gleiche Anzahl von

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Rohre wie jeder benachbarte Ring aufweist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius einer der Ringe R ist und daß der Radius des nächstes Rings, der radial innerhalb dieses Rings liegt, R₊₁- ist und die Radien durch die Beziehung miteinander verbunden sind

^Rn+1 ^{+ b}n ^{β R}n ^sin ir

wobei für den Radius des innersten Rings die Beschränkung gilt:

^D + 2h

2 sin 180 ^Ntr

worin b die Höhe des gleichschenkligen Dreiecks zwischen zwei benachbarten Rohren in dem einen Ring und einem Rohr im nächsten Ring ist,

% = ^ Grad ist,

N. die Anzahl der Rohre je Ring ist und

D der äußere Durchmesser der Rohre ist. ο

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre unter der Beschränkung angeordnet sind, daß

R_n - R ., ZD_A + h η n+2 ο

so daß für den äußeren R_n gilt

6_n > 30^e - ^

η - N_tr

worin θ der Winkel zwischen der Basis und einer Seite η

des gleichschenkligen Dreiecks zwischen zwei benachbarten Rohren im äußersten Ring und einem Rohr im nächsten Ring ist.

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5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Wandung aufweist, die sich parallel
zu den Rohren erstreckt und diese umschließt,und daß
erste und zweite Leitbleche vorgesehen sind, die sich in rechten Winkeln zu dieser Wandung erstrecken und
die zumindest von einigen dieser Rohre durchdrungen
werden, wobei das erste Leitblech sich bis zur Wandung erstreckt und eine innere Öffnung innerhalb des innersten Rings aufweist und somit eine Blende darstellt,
und daß das zweite Leitblech eine Scheibenform besitzt und sich vom Mittelpunkt des innersten Rings nach außen über die Rohre hinaus erstreckt und einen ringförmigen Abstand zwischen seinem Rand und der Wandung aufweist, wobei die ersten und zweiten Leitbleche miteinander
alternieren, so daß eine Scheiben/Blenden-Leitblechanordnung entsteht.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitblech von allen Rohren geschnitten
wird.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Gruppen von Ringen aufweist, wobei
jede Gruppe eine Anzahl von Ringen umfaßt und wobei die Anzahl der Rohre in einem jeden Ring einer jeden Gruppe von der Anzahl der Rohre in einem jeden Ring der anderen Gruppe unterschiedlich ist.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligamentabstand h in der einen Gruppe vom Ligameritabstand in der anderen Gruppe verschieden ist.

9. Viarmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohre in einem jeden Ring der
einen Gruppe multipliziert mit dem Ligamentabstand der einen Gruppe gleich ist der Anzahl der Rohre in einem
jeden Ring der anderen Gruppe multipliziert mit dem Ligamen tabstand der anderen Gruppe.

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0O. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Gruppen von Bögen aufweist, wobei jede Gruppe einen Anzahl von Bögen umfaßt und wobei die Anzahl der Rohre in einem jeden Bogen der einen Gruppe von der Anzahl der Rohre in einem jeden Bogen der anderen Gruppe verschieden ist.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligamentabstand h in der einen Gruppe vom Ligamentabstand in der anderen Gruppe unterschiedlich ist

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