DE3122197A1

DE3122197A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3122197A1
Application number: DE19813122197
Authority: DE
Inventors: István Vértes Benyak; Lajos 1124 Budapest Dudas; Oszkár 1036 Budapest Pohl
Original assignee: HUETOETECHNIKA IPARI SZOEVETKE; VILLAMOS IPARI KUTATO INTEZET; Villamosenergiaipari Kutato Intezet Rt
Current assignee: HUETOETECHNIKA IPARI SZOEVETKE; VILLAMOS IPARI KUTATO INTEZET; Villamosenergiaipari Kutato Intezet Rt
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1982-03-04
Also published as: IT1136729B; DD159901A1; PL135725B1; RO82957B; FR2486221A1; US4366106A; DE3122197C2; SU1179949A3; DK255981A; NL8102777A; RO82957A; HU180147B; GB2078360B; PL231626A1; SE8103645L; FR2486221B1; GB2078360A; IT8122271A0

Description

WÄRMEAUSTAUSCHER

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, dessen Wärmeaustauschfläche von Rohrachlangen mit unterschiedlichen Neigungen und den daran organisch anschliessenden sekundären Flächen heatent.

Bei eäner Gruppe der aus Rohren bestehenden Wärmeaustauscher strömt im Inneren der Rohre ein Kondensationsmedium, z.B. Wasserdampf, während an der Aussenflache ein anderes Medium, z.B.· eine Flüssigkeit oder die Umgebungsluft strömt. Aus Wasserwirtschaftlichkeitsgrüaden wird heutzutage die Anwendung der Luft präferiert. Da die Wärmeübergangszahl zwischen der Luft und dem Rohr um ©ine Grössenordnung kleiner ist, als die Kondensationsi Wärmeübergangszahl des Rohres, pflegt man auf die äussere Oberfläche des Rohres eine geringe Menge von Wasser zu spritz©n₃ während eine künstlich© Luftströmung zwischen

den Rohren erzeugt wird.

Ein Teil des aufgespritzten Wassers verdampft, wodurch an der Oberfläche eine Kühlwirkung ausgeübt wird» Darauffolgend fließt der übrigbleibende Teil des Wassers in den Raum unter dem Wärmeaustauscher hinab, von hier wird es mit Hilfe einer Pumpe in den Raum über der Kühlschlange zurückgeführt; auf dieser Weise kann der Kühlvorgang mit einer viel geringeren Wassermenge vor sich gehen* Zwischen dem Rohr und der Luft findet daher ein Konvektions- und Verdampfungsprozeas statt., der einen kombinierten Wärmeübertragungsprozess darstellt.

Der obenbeschriebene Prozess wird mit Hilfe einer Anordnung durchgeführt^ bei der mehrere., untereinander angeordnete^ beinahe horizontal liegenden_s miteinander parallel verlaufenden Rohre in Reihe geschaltet werden, wodurch eine Rohrschlange zustandekommt_β Das Kondensierungsmittel z₀ B· Ammoniadampf wird in die oberste Reihe der Rohrschlange eingeführt,, das sich in den untereinander liegenden Rohrreihen allmählich kondensiert, wonach das derweise entstandene Kondensat in Richtung des untersten Rohres strömt. Die Kühlschlange wird in einem Gehäuse angeordnetj an dem Oberteil und Unterteil dessen sind Ventilatore angeordnet, die die Bewegung der Kühlluft sicherstellen·

Der Nachteil der bekannten Anlagen liegt darin, daß das in den untereinander liegenden Rohrreihen sich ansammelnde Kondensat - dessen Menge immerfort zunimmt - den gesamten Querschnitt der untenliegenden Rohre vollkommen ausfüllt, wodurch eine Kondensation keineswegs stattfinden kann·

Sin weiterer Nachteil der bekannten Anlagen besteht darin, daß mit der recht günstigen Wärmeübergangszahl innerhalb der Rohre verglichen, zwischen der Wärmeübergangszahl der äusseren Konvektion und jener der Verdampfung eine bedeutende Differenz besteht. Dadurch ist die Anwendung von recht grossen Wärmeflächen unerläßlich.

Um die oberbeschriebenen Mangelhaftigkeiten des

herkömmlichen Waaaerauatauschera beseitigen zu können, muß man entweder für die Erhöhung der üuaseren Wärmeübergangszahl aorgen - die mit einer erhöhten Luftgeschwindigkeit und einer höheren Leistung dea Ventilatora erreicht werden kann - oder dadurch₃ daß die Temperaturdifferenz zwischen der Rohrwand und dem zur Berieselung verwendeten Wasser erhöht wird., d.h« kälteres Wasser auf die Rohrenflächen geführt wird«,

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis der obenbeschriebsnen Tatsachen und führt zu einer Anordnunga bei der die Neigung der Rohre sich den Kondensationsverhältnissen gemäß ändert_s d.h. die Rohre mit einer sich nach abwärts vergrössernden Neigung angeordnet Binde Desweiteren beruht die .erfindungsgemäße Lösung auf der Erkenntnis^, indem die Verdampfung des Berieselungswassers and damit die Abkühlung des W_assers nicht ausschließlich auf der Rohrfläche - die infolge des Innendruckes eine grosse Wandstärke aufweist und daher eine kostaufwendige Komponente darstellt - stattfinden müsse*, sondern es ist viel zweckdienlicher und bllliger_s wenn die Abkühlung des Wassers an den₂ sich den Rohren strömungateoiraisch gut anschliessendeE Ergänzungsflachen erfolgt„

Die erfiadungsgemäßen Ergänzungsflächen werden ύο ausgestaltet j, daß diese die Bahn der von unten nach. ©ban. strömenden Luft keineswegs verbindern₃ abev das Wasser dea Rohren auszusammeln und an die Flächen weiterzu-

fällig seien_ö Zu diesem Zwecke werden, die Ergänzungsflächen mit einem niedrigen Widerstand ausgestalte^ das bedeutet₃ daß das zur strömung senkrecht liegende Maß nach Möglichkeit kein gewählt werden, sollt&₃ zweckmäßig soll das Maß kleiner sein₃ als das EInzehntel des Rohrdurchmesserso Für die Grösse der Ergänzungsfläche haben wir 2Wiecii©n der Rohrfläche f_M und. den Ergänz ungsf lachen f ein Optimalverhältnis festgelegt _s undzwar f./f„ - 2_ß

Die Teilung der Ergänzungsflächen wird zweckmäßig zwecks Verminderung des Ötrömungswiderstandes den

Rohrdurchmesserη angepasst, d.h. die Teilung 0 ist als das Vielfache des Einvierteis des Rohrdurchmessers D/4 zu wählen.

Bei der erfindungsgemäßen Rohrenanordnung kann eine optimale Neigung ausgestaltet werden: aus den untereinander angeordneten Rohren wird die neigung des untersten Rohres in der Abhängigkeit des Rohrquerschnittes im Bereich zwischen 0° und 30° festgelegt, während die Neigung der darüberliegenden Rohre um 3° bis 5° vermindert wird. So z.B. beträgt die Neigung des untersten Rohres 30°, die Neigung von unten des zweiten 25°, des dritten 20°, des vierten 15 ₃ usw. bis 5 .

Die Erfindung wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Aufbau des Wärmeaustauschers,, Fig. 2 die Neigungsverhältnisse der Kühlschlange des Wärme austauschers₃

Pig. 3 den Schnitt der Rohrschlange und der Ergänzungsfläche n₃ wenn eine Rohrreihe vorhanden ist₃ Fig_o 4 den Schnitt der Rohrschlange und der Ergänzungs-

flächen bei einer₀ aua ζέ®±$ gegenüber einander verschobenen. Rohrreihen bestehenden Konstruktion^, Figo 5 den Teilschritt der Rohrschlange bei einer aus drei_s gegenüber einander verschobenen Rohrreilien bestehen·= den KoEstruktion_s

Figo 6 eine Version der Anordnung der sich der Rohrschlange des Wärmeaustauschers aaschliessenden Ergänzungen . . flächen.;,

Fig. 7 eine weitere mögliche Ausführung der sich, der Rohr« schlange anachliessenden Ergänzungsflächen«,

In Fig„ 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel dea erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers dargestellt! die Kondensation des einen«, an dem Wärmeaustausch teilnehmenden Mediums findet in der kontinuierlichen Rohrschlange 1 statt; entlang der Aussenfläche der Rohrschlange strömt einerseits die von den Ventilatoren 2a, 2b in Bewegung gesetzte Luft

von unten nach oben, anderseits strömt das mit Hilfe des Berieselunsmittels 3 auf die Rohre berieselte Wasser von oben nach unten* Das auf die Rohre berieselte und an denen entlangfliessende Wasser sammelt sich in dem Tropfenfänger

4 an₃ von hier wird das Wasser unter Zuhilfenahme der Pumpe

5 in das Berieselungsmittel 3 zurückgeführt. Die Bekelidung

6 gehört auch zu der Konstruktion. Die erfindungsgemäßen Ergänzungsflächen 7 sind zwischen den Wärmeaustauscherrohren angeordnet· Es ist wohl ersichtlich, daß die Neigung der Wärmeaustauschrohre von oben nach unten immer grosser wird.

In Pig. 2 sind die veränderlichen Neigungsverhältnisse der Rohrschlange 1 detalliert dargestellt. Die Neigung der untersten Rohrenreihe 11 ist die grösste, die Neigungswinkel beträgt, z„B. 30°, der Neigungswinkel der folgenden Rohrenreihe 12 beträgt 25°₃ die Neigungswinkel der Rohrenreihen 13, IA₃ 15a 16 betragen der Reihe nach 20°, 15°, 10°, 5°s der Neigungswinkel der folgenden Rohrenreihen 17, 18 ist konstant₃ ζ·Β_Λ 5⁰„

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Rohrschlange des Wärmeaustauschers zu sehen. Hier sind wiederum der Ventilator 2₃ das Berieselungsmittel 3, der Tropfenfänger 4, die Bekleidung 6, sowie der Querschnitt der Ergänzungsflächen 7 dargestellt- Es ist wohl ersichtlich, daß die Ergänzungsflächen strömungstechnisch.eine organische Einheit mit der Rohrschlange bilden und die Bahn der von unten nach oben strömenden Luft keineswegs stören₃ dabei sorgen 3ie dafür_s daß das berieselte Wasser angesammelt und zu der folgenden Rohrenreihe geführt wird.

An der Pig. 4 ist eine Konstruktion dargestellt, die aus zwei parallelen Rohrschlangen und mit einer verschobenen Rohrenanordnung ausgestaltet ist. Hier sind zwei mögliche Ausführungen der Ergänzungsflächen 7a, 7b dargestellt· Die gemeinsame Charakteristik besteht darin, daß die ErgänzuEgsflachen unmittelbar unter den Rohren angeordnet sind« Die Ergänzungsflächen 7a können zwischen zwei benachbarten

-Sf-

Rohren der verschoben angeordneten Rohrschlange eingesetzt werden, während die Ergänzung?;!'lache 7b den Raum zwischen zwei, untereinander angeordneten Rohren ausfüllt»

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Ergänzungsflächen veranschaulicht;, die Ergänzungsflächen 7c sind waagerecht und derweise angeordnet, daß diese die Rohre nicht unmittelbar berühren, nicht einmal der untere Flansch kommt mit den unmittelbar darunter liegenden Rohren in Berühung» Uie Befestigung der Ergänzungsflachen 7c erfolgt mit den_s zwischen den Fan^latten α und den Rohren angeordneten. Keilen 4 beliebiger Abmessung- Auf diese Weise können die ICrgänzungsflächen mit gleichen üöheabmessungen verfertigt werden₃ ungeachtet dessen₃ daß infolge der erfindungsgemäßen Ausführung die Neigungswinkel der Rohre - insbesondere untenverschieden sind₃ wodurch auch die dazwischen vorhandene Jpalte sich ändert.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsi'orm der Ergänzungsflächen dargestellt, bei der die Ergänzungsflächen 7d nicht nur unter dem unteren Rand der Rohre angeordnet werden, sondern auch annähernd unter dem Ausserrand der Rohr«'* liegen können. Eine derartige Lösung ist für den Fall vorgeschlagen wo die Menge des auf die Rohre berieselten wassers gross ist, und mit einerm Abreissen des Wasserfilms an den Rohrrändern gerechnet werden kann.

Zuletzt stellt die Fig. 7 die mögliche Verseionen der Querschnitte der Brgänzungsflachen dar. Bei der₃ mit dem Rohr in direkter Berülmng stehenden Ergänzungsfläche 7e sind der obere Bogen 71 und der untere Bogen 72 mit dem Radius des Rohres identisch. Bei der Ergänzungsfläche 7f verläuft der Oberteil der Fläche mit dem Tangenten des darüberliegenden Rohres parallel.

Bei der Ergänzungsfläche 7g sind an den Seiten der Ergänzungsfläche die zusätzlichen Flächen 73 ausgestaltet, die zum Ansammeln des Wassers dienen. IUe Ergänzungsflächen 7h berühren lediglich die oben und unten angeordneten Rohre.

BAD ORIGINAL

Wie ea aua den Figuren eraichtlich iat, iat der erfindungagemäße Wärmeaustauscher mit der Rohrschlange mit veränderlichen Neigungswinkeln, aowie mit dem, aich ' den Rohren anachlieaaenden? atrömungatechniach geeigneterweiae auageatalteten Ergänzungaflächen versehen*

Leerseite

Claims

WÄRMEAUSTAUSCHER

Patentanspruch©

Wärmeaustausch©^ isasb©goad©r© zur voa Dämpfen₉ der aus &-®$? &n sich bekannten Rohr» sehXan.ge_s 'aas dem eiae auf d©r Rohrschlaag® seateecht© ©rzeugeaäen Ve at Hat or uaö öem die Rote™· eseladen .Beri©sely,ngsinittel bsst®Jat_g daduroli g©k®nas®ichaet_s daß die Rohrschlange mit eiaem sioh leoötiaierlieh vergröss©r!id©a H©igungswinlcel ausgestaltet ist und OTieehea daa Rohrschlangen sich aaschliesseade Ergäaaungsf lachen, vorgasehea siad_s darea Grosse entweder dem Doppelten fi®^ Rohrfläche entspricht oder sogar diesea Wert überschreitete

2» Wärmeaustauscher naeh Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der untersten Rohr-

A 22O9-1579/KP

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reihe der mit veränderlicher Neigung,· ausgestalteten Rohrschlange im .Bereich zwischen 0° und 30° liegt, während der Neigungswinkel der darüberliegenden Rohre kontinuierlich um 3 bis 5 abnimmt, aber die Neigung nie unter dem Wert von 3° bis 5° liegt.

3· Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung /D/ der Ergänzungsflächen dem Einfachen oder dem Vielfachen des Einvierteis des Durchmessers der Wärmeaustauschrohrs gleich ist, und. die otärke das Einzehntel des Rohrdurchmessers unterschreitet*

4« Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3a dadurch gekennzeichnet, daß die unteren und oberen Enden der Ergänzungsflächen sich den darüber bzw. darunten liegenden Rohren anpassen.

5« Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3a dadurch gekennzeichnet _s daß die obere Kante der Ergänzungsflächen waagrecht erläuft und zwischen der un= teren Kante und dem darunter sieh befindenden Rohr die Position der Ergänzungsflächen mittels Befestigungskeile von veränderlichen Abmessungen gesichert wird«

6_e Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5s dadurch gekennzeichnet _t daß der Querschnitt der Ergänzungsfläche entweder so ausgestaltet ist₉ daß deren Bogen dem Radius des Rohres entspricht^ oder der Oberteil der Ergänzungsfläche mit dem Tangenten des darüberliegenden Rohres parallel verläuft oder an den Seiten der Ergänzungsflächen Kanten zum Auffangen des Wassers vorgesehen sind, oder die Ergänzungsflächen zwischen zwei benachbarten Rohren eng anliegend angeordnet sind.

BAD ORIGINAL