DE3047736A1

DE3047736A1 - Waermeaustauscher mit einem gewendelten doppelrohr

Info

Publication number: DE3047736A1
Application number: DE19803047736
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. 6710 Frankenthal Etzold
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1980-12-18
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1982-07-15
Also published as: IT8124839A0; IT1140043B; NL8104697A

Description

Wärmeaustauscher mit einem gewendelten Doppelrohr
Wärmeaustauscher mit Doppelrohren sind seit langem bekannt. Die Durchmesser der beiden das Doppelrohr bildenden Einzelrohre sind so gewählt, daß zwischen der Außenwand des kleineren Rohres und der Innenwand des größeren Rohres ein ausreichend großer Kanal zur Aufnahme eines der beiden wärmetauschenden Fluida gehildet wird. Das andere Fluid strömt durch das Innenrohr. Über die Wand des Innenrohres erfolgt der Wärmeaustausch.
Aus den wärmetechnischen Bedingungen ergibt sich, daß ein Doppelrohr-Wärmeaustauscher besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn er eine schlanke Form aufweist, d.h. wenn die Rohrlänge sich zum Innenfohrdurchmesser wie mindestens 250 1 I verhält.
Bei einem Innenrohrdurchmesser von 25 mm ergibt sich somit bereits eine Rohrlänge von über 6 m.
Um solche Wärmeaustauscher in eine kompakte Form zu bringen, werden sie entweder durch Verbindungsstücke aus kurzen Geradrohrabschnitten zusammengesetzt oder sie werden gewendelt. Das Wendeln von Doppelrohren ist jedoch bisher nur bei solchen Materialien gelungen, die eine niedrige Streckgrenze haben, wie z. B. Kupfer oder Aluminium. Es läßt sich aber auch Stahl in rotglühendem Zustand derartig verarbeiten. Wo aber, wie z. 8. in der Kerntechnik, Warmverformung von Stahl nicht ohne weiteres zulässig ist und wo auch Kupfer und Aluminium als Werkstoffe nicht in Frage kommen, mußte bisher auf das Wendeln von Doppelrohren verzichtet werden. Auch der Aufbau von Doppelrohr-Wärmeaustauschern aus Geradrohrabschnitten mit Hilfe von Verbindungsstücken verbietet sich hier aus Gründen der Sicherheit, wegen hoher Strömungsverluste und Kosten. Daher wurden bisher für dieses Anwendungsgebiet nur Schlangenrohr-Wärmeaustauscher verwendet, die lediglich ein gewendeltes Einfachrohr besitzen und die bei gleicher Leistung einen wesentlich höheren Aufwand nötig machen als die Doppelrohr-Wärmeaustauscher, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher mit einem gewendelten Doppelrohr zu schaffen, der auch aus Werkstoffen mit hoher Streckgrenze, wie z.B. austenitischem Stahl, durch Kaltverformung herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch einen gemäß dem Anspruch 1 gestalteten Wärmeau stausche r.
Bei der Erfindung war von folgenden Überlegungen auszugehen: Beim Kaltbiegen können die Biegekräfte nur in das äußere Rohr eingeleitet werden, da das innere Rohr nicht zugänglich ist. Um das innere Rohr mitzubiegen, müssen die Biegekräfte durch stützende Einbauten übertragen werden. Weil aber der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren zugleich Strömungskanal für eines der wärmeaustauschenden Fluida ist, müssen die Stützkörper im Volumen minimiert werden und in der Form einen Kompromiß zwischen strömungstechnischer und stützender Funktion darstellen.
Es ist klar, daß sich dieses Optimierungsproblem verschärFt, wenn große Stützkräfte übertragen werden müssen, wie es bei der Kaltverformung von austenitischem Stahl der Fall ist. Gegenüber Kupfer hat dieser Werkstoff fünffach höhere Spannungen bei der Kaltverformung.
Eine Lösung, wie sie in der DE-PS 10 02 771 vorgeschlagen wird, müßte bei der gegebenen Aufgabenstellung versagen. Die genannte Schrift zeigt ein Doppelrohr für Wärmeaustauscher, zwischen dessen beiden Rohren sich ein gewelltes, schraubenförmig aufgewickeltes Metallband als Abstützung befindet. Ein solches Metallband würde den beim Biegen auftretenden hohen Kräften nicht standhalten ohne zu knicken oder zu beulen.
Ein ähnliches Problem wie das hier vorliegende ist in dem DE=GM 78 18 067 dargestellt. Als Lösung wi-rd dort vorgeschlagen, anstelle eines einzelnen Innenrohres ein aus drei Rohren bestehendes Innenrohrbündel zu verwenden. Grundgedanke ist dabei, daß nun das Innenrohrbündel das kreisförmige Außenrohr an drei, im Winkel von 1200 zueinander liegenden Stützstellen berührt. Diese Lösung hat jedoch u.a. den Nachteil, daß nun der innere Dreifachkanal mit je einer im Zufluß und im Abfluß angeordneten Dreifachverzweigung flüssigkeitsdicht verbunden sein muß, was ein erhöhtes Sicherheitsrisiko mit sich bringt.
Die hier vorgestellte erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen der Außenwand des Innenrohres und der Innenwand des Außenrohres eine Kupplung hergestellt wird, über die beim Biegen dann die Kräfte vom Außen- auf das Innenrohr übertragen werden.
In den Unteransprüchen sind verschiedene eine derartige Kupplung bzw. Verbindung zwischen den beiden Rohren herstellende Maßnahmen genannt.
Eine Vervollkommnung dieser Verbindung zwischen dem Außen- und dem Innenrohr läßt sich für den wichtigen Zeitraum des Biegevorganges dadurch erreichen, daß der Raum zwischen dem Innen-und dem Außen rohr mit einem später zu entfernenden Füllmaterial ausgegossen ist. Als besonders vorteilhaftes Füllmaterial wird eine Wood'sche Legierung vorgeschlagen.
Anhand verschiedener Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die Fig. 1 ein im (Querschnitt dargestetltes Doppelrohr, bei dem das Außenrohr über einen in dieses geformten Steg durch Schweißen mit dem Innenrohr verbunden ist, die Fig. 2 zeigt eine Variante der Einfachsteg-Verbindung als Strangpreßprofil, in der Fig. 3 ist eine Dreifach-Stegverbindung dargestellt, die Fig. 4 zeigt ein ovalisiertes Außenrohr, das an zwei gegenüberliegenden Mantellinlen das Innenrohr berührt, in der Fig. 5 wird eine schematisierte Darstellung eines mit einem spiralig oder wellig vorgeformten Innenrohr ausgestatteten Wärmeaustauschers gegeben, in der Fig. 6 ist eine Alternative dargestellt, bei der das Innenrohr aufgrund einer beim Biegen ausgeübten Längskraft gegen die Windungsinnenseite des Außeznrohre s gepreßt i' -L, schließlich zeigt die Fig. 7 eine Gesamtansicht des gewendelten Doppelrohr-Wärmeau stauschers.
Beim Wendeln von Doppelrohren werden die Biegekräfte üblicherweise über drei profilierte Rollen in das äußere Rohr eingeleitet. Die Rohrwand des Außenrohres 1 wird dabei durch die Profilierung gestützt, so daß Beulen vermieden werden. Das Innenrohr 2 dagegen wird durch die verschiedenen, erfindungsgemäß vorgesehen, losen oder festen Verbindungen zwischen dem Innen- und dem Außenrohr gestützt. Bei den in den Fig .1 und 2 dargestellten Ausführungen geschieht dies dadurch, daß die Krafteinleitung über einen Längssteg 3 erfolgt, der gerade dort am Innen rohr 2 angeschlossen ist, wo beim Biegen die Druckspannungen auftreten und wo sonst mit Beulen zu rechnen ist.
Bei den Ausführungen der Fig.3 und 4 werden die Biegekräfte direkt über die in Linien erfolgende Berührung vom Außenrohr 1 auf das Innenrohr 2 übertragen.
Bei der Ausführung der Fig. 5 ergibt sich bei einem spiralförmigen Innenrohr 2 eine Linienberührung mit dem Außenrohr 1. Bei wellenförmiger Gestalt des Innenrohres 2 sind es Punktberührungen.
Die Fig. 6 zeigt eine Ausführung, bei der eine linienförmige, lose Verbindung zwischen einem runden und glattwandigen Innenrohr 2 und einem ebenfalls runden, glattwandigen Außenrohr 1 allein dadurch hergestellt wurde, daß während des Biegevorganges eine Längskraft auf das Innenrohr 2 ausgeübt wurde. Wegen dieser sich günstig auf das Knick- und Beulverhalten der Rohre auswirkenden Kraft, läßt sich dieses Verfahren auch mit Vorteil bei solchen Rohren anwenden, die mit Längsstegen, Sicken o.ä. ausgestattet sind.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers erlaubt die Verwendung unkomplizierter und damit sicherheitstechnisch unbedenklicher Endstücke. Da die Enden des Doppelrohres konzentrisch sind, brauchen die Endstücke keine Verzweigung aufzuweisen. Die Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung einen solchen Wärmeaustauscher mit Endstücken.
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Claims

Patentansprüche )) Wärmeaustauscher mit einem gewendelten Doppelrohr, gekennzeichnet durch eine oder mehrere über die gesamte Länge des Doppelrohres verlaufende linien- oder punktförmige, lose oder feste Verbindungen zwischen dem inneren Rohr (2) und dem äußeren Rohr (1).
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre über einen oder mehrere an einem oder beiden Rohren (1, 2) angeformte Längsstege (3) miteinander durch Schweißen verbunden sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in das Außenrohr (1) eingedrückte, auf dem Innenrohr (2) aufliegende Sicken.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein das Innenrohr (2) fest umschließendes ovales Außenrohr (1).
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) eine Wellenlinie innerhalb der von der Innenwand des Außenrohres (1) vorgegebenen Kontur beschreibt.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) innerhalb des Außenrohres (1) spiralig geführt ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Biegevorganges eine das Innenrohr (2) gegen die Windungsinnenseite des Außenrohres (1) pressende Längskraft auf das Innenrohr (2) ausgeübt wird.
8 Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (1) während des Biegevorgangs mit einem Füllmaterial ausgegossen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial eine Wood> sche Legierung ist.