DE3146460A1

DE3146460A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3146460A1
Application number: DE19813146460
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: IWK Regler und Kompensatoren GmbH
Current assignee: Metra Energiemesstechnik GmbH
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1981-11-24
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE3146460C2

Description

DR. ING. HANS LICHTI Dl p'l." INC."h EI N ER LICHTI DIPL.-PHYS. DR. JOST LEMPERT

PATENTANWÄLTE

D-75OO KARLSRUHE 41 (GROTZINGENt · DURLACHER STR. 31 (HOCHHAUS)

TELEFON (0721) 48511

-3-

23. November 1981 6222/81 Lj

Regler und Kondensatoren GmbH

7513 Stutensee

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Primärkreis mit einem schraubenförmig gewendelten Rohr mit Zu- und Ablauf, einem die Rohrwendel aufnehmenden Gehäuse in Zylinderringform mit stirnseitigen Abschlüssen für die Zu- und Abläufe der Trägermedien und einem Sekundärkreis mit einem zwischen den Rohrwendeln verlaufenden koaxialen Strömungskanal.

Wärmeaustauscher dieses Aufbaus sind bekannt (US-PS 3 526 273). Sie bestehen aus einem topfförmigen Gehäuse mit Zylinderringform, das an seiner offenen Stirnseite von einem Deckel mit zentraler Spannschraube verschlossen ist. Bei dieser bekannten Ausführungsform wird die Rohrwendel aus einem glatten Rohr erzeugt und in den Ringspalt d:js Gehäuses eingeschoben, wobei der Ringspalt genau dem Außendurchmesser der Rohre entspricht. Auf diese Weise wird zwischen den einzelnen Gängen der Rohrwendel ein schraubenförmig verlaufender Strömungskanal

gebildet, durch den das Trägermedium des Sekundärkreises fließt. Von Nachteil ist hierbei die Tatsache, daß einerseits aufgrund der Anlage der Rohre an der Wandung des Gehäuses eine nicht unbeträchtliche Wärmeableitung aus dem Primärkreis in das Gehäuse, andererseits die für die Wärmeübertragung zwischen den Medien vorhandenen Austauschflächen sehr klein sind, was zu einer entsprechenden Baugröße führt. Diese wiederum bringt aufgrund der Länge der Rohrwendel einen entsprechend hohen Druckverlust mit sich. Von Vorteil ist der in fertigungs- und montagetechnischer Hinsicht günstige Aufbau, der insbesondere auch nachträglich einen Ausbau und eine leichte Reinigung ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der vorgenannten Vorteile einen Wärmeaustauscher mit besserem Wärmeübergang zwischen den Trägermedien zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrwendel des Primärkreises von einem Rippenrohr und der Strömungskanal des Sekundärkreises von einem mit gleicher Steigung wie die Rohrwendel schraubenförmig gewendelten Trennblech-Streifen gebildet ist, dessen Breite etwa dem Zylinderringspalt des Gehäuses entspricht und der in die Rohrwendel eingeschraubt wird.

Es ist hinlänglich bekannt, daß Rippenrohre einen weit besseren Wärmeübergang ermöglichen als einfache gfattwandige Rohre, da die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche vervielfacht ist. Solche Rippenrohre lassen sich jedoch bei dem bekannten Wärmeaustauscher nicht einsetzen. Ihr Einsatz wird erfindungsgemäß durch die zwischen den Wendeln des Rippenrohrs liegende Trennblechwendel ermöglicht, die in Verbindung mit den Wandungen des Ringspaltes des Gehäuses einen geschlossenen schraubenförmigen Strömungskanal

>·· · ft _a * _a

6222/81

bildet, in welchem das Rippenrohr des Primärkreises liegt. Da mit der erfindungsgemäßen Ausbildung die Wärmeaustauschfläche bei praktisch gleichbleibender Baugröße erheblich vergrößert wird, kann die Baugröße bei gegebener Leistung entsprechend verkleinert und damit auch der Druckverlust verringert werden. Die Herstellung, Montage und Demontage eines solchen Wärmeaustauschers ist sehr einfach möglich, indem in die vorgeformte Rohrwendel die gleichfalls vorgeformte Trennblechwendel eingeschraubt wird. Dies ist deshalb ohne weiteres möglich, weil die einzelnen Schraubengänge der Rohrwendel nach Art einer Feder nachgeben. Die genannten Rippenrohre sind handelsüblich und bedürfen keiner Nacharbeitung, so daß lediglich die Trennblechwendel erzeugt werden muß, was mit Hilfe einfacher Vorrichtungen möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß einander zugekehrte Rippen benachbarter Schraubengänge der Rohrwendel zwischen sich den Trennblech-Streifen abstützen. Diese Abstützung kann dadurch erreicht bzw. verbessert werden, daß die Rohrwendel beim Einbau bis zur Anlage der Rippen an dem Trennblech-Streifen zusammengedrückt wird. Damit ist sichergestellt, daß der Strömungskanal des Sekundärkreises über die gesamte Länge gleichen Querschnitt besitzt, was bei dem gattungsgemäßen Stand der Technik (US=-PS 3 526 273) nach der Montage der Rohrwendel im Gehäuse nicht ohne weiteres gewährleistet ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Ränder des Materialstreifens nach entgegengesetzten Richtungen mit leichtem Radius abgekantet, wodurch einerseits das Einbringen der Trennblechwendel und der Rohrwendel in den Ringspalt des Gehäuses erleichtert

3U6460

6222/81

(9

wird, andererseits eine ausreichende Dichtheit zwischen den Wandungen des Ringspaltes und den Rändern der Trennblechwendel gegeben ist.

Das Gehäuse besteht mit Vorzug aus zwei konzentrischen Rohren und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln, welche die Zu- und Abläufe des Primär- und Sekundärkreises aufweisen und durch eine zentrale Spannschraube mit den Rohren dichtend verbunden sind. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, die Rohre beispielsweise von entgegengesetzten Richtungen - je nach Richtung der Abkantungen - auf die Trennblechwendel aufzuschieben, wodurch die Montage des Wärmetauschers
weiter erleichtert ist. Im übrigen läßt sich auf dfese Weise eine einfache druckfeste Ausführung schaffen und der War meaustauscher aus herkömmlichen Serienteilen herstellen.

Diese Ausbildung schafft die weitere Möglichkeit, die Rohre an ihren den Ringspalt begrenzenden Wandungen und/oder den Trennblech-Streifen beidseitig zu beschichten bzw. auszukleiden , so daß der
Wärmeaustauscher auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften
der Trägermedien abgestimmt werden kann. Besteht die Beschichtung oder Auskleidung aus PTFE, so kann eine Inkrustierung vermieden
werden. Ferner wird die Wärmeableitung in das äußere Rohr gedämpft.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung im Längsschnitt wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben.

Der Wärmeaustauscher weist ein Gehäuse auf, das aus einem äußeren Druckrohr 1, einem inneren Druckrohr 2 und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln 3, 4 besteht, wobei diese identisch ausgebildet sein können. Die Abschlußdeckel 3, 4 sind durch eine zentrale Spannschraube 5 mit.

• β β

• · ■ · O «

• ■

• · · ο

-βΓ- 6222/81

den Druckrohren 1, 2 verspannt, wobei zwischen den Rohren und entsprechenden Sitzen an den Abschlußdeckeln 3, 4 Rundschnurringe 6 als Dichtungen eingelegt sind.

Im Ringspalt der beiden Druckrohre 1, 2 ist einerseits eine Rohrwendel 7 angeordnet, die durch schraubenförmiges Umformen eines Rippenrohrs entstanden ist. Ferner liegt in dem Ringspalt eine Trennblechwendel 8, die durch schraubenartiges Umformen eines Blechstreifens erhalten wird, dessen Breite etwa der Breite des Ringspaltes zwischen den Druckrohren 1, 2 entspricht. Auf diese Weise wird zwischen den einzelnen Schraubengängen der Trennblechwendel 8 ein Strömungskanal 9 erzeugt, in welchem das Rippenrohr der Rohrwendel 7 liegt. Das Rippenrohr weist unter anderem Rippen 10 auf derart, daß die Rippen benachbarter Schraubengänge den Schraubengängen der Trennblech wende I 8 anliegen und diese abstützen. Die Rippen können, wie die Zeichnung zeigt, in Axialebenen, aber auch in Radialebenen liegen, können aber auch schraubenförmig auf dem Rohr angeordnet sein.

Die Rohrwendel 7 weist für das Trägermedium des Primärkreises einen Zulauf 11 und einen Ablauf 12 auf, die miteinander fluchten und durch die Abschlußdeckel 3, 4 hindurchgeführt sind. Ferner weisen die Abschlußdeckel 3, 4 für das Trägermedium des Sekundärkreises eine Zulauföffnung 13 und eine Ablauföffnung 14 auf, die mit dem von der Trennblechwendel 8 gebildeten Strömungskanal in Verbindung stehen« Die Trägermedien sind somit im Gegenstrom geführt.

Die unabhängig voneinander hergestellte Rohrwendel 7 und Trennblechwendel 8 werden dadurch vereinigt, daß die Trennblechwendel 8 in die fertige Rohrwendel 7 eingeschraubt wird. Die Anschlüsse 11 bzw. 12

6222/81 ·

sind dabei nicht im Wege, da die Trennblechwendel 8 exzentrisch eingeschraubt und nach Passieren des Zu- bzw. Ablaufs 11, 12 in ihre zentrische Lage seitlich verschoben werden kann. Um den diametral gegenüberliegenden Rippen 10 der Rohrwendel 7 die notwendige Stützfunktion für die Trennblechwendel zu geben, kann die Rohrwendel 7 nach dem Einschrauben der Trennblechwendel bzw. beim Einbau in den Ringspalt zwischen den Druckrohren 1, 2 bis zur Anlage der Rippen an dem Trennblech zusammengedrückt werden.

Je nach Anwendungszweck und Temperatur der Trägermedien kann das aus den Rohren 1, 2 und den Abschlußdeckeln 3, 4 gebildete Gehäuse noch mit einer Isolation 15 umgeben werden.

Claims

..;/·:· · j. j Γ: ': 3U6460

DR. INC. HANs"ÜCHTl ·'Of in..-1 NG."h El N ER LICHTI DIPL.-PHYS. DR. JOST LEMPERT PATENTANWÄLTE

D-7500 KARLSRUHE 41 (GROTZl NGEN) · DURLAC H ER STR. 31 (HOCH HAUS)

TELEFON (0721) 48SII

23. November 1981 6222/81 Lj

Regler und Kondensatoren GmbH

Stutensee

Patentansprüche

1„ ] Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Primärkreis mit einem schraubenförmig gewendelten Rohr mit Zu- und Ablauf, einem die Rohrwendel aufnehmenden Gehäuse in Zylinderringform mit stirnseitigen Abschlüssen für die Zu- und Abläufe der Trägermedien und einem Sekundärkreis mit einem zwischen den Rohrwendeln verlaufenden koaxialen Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwendel (7) des Primärkreises von einem Rippenrohr und der Strömungskanal (9) des Sekundärkreises von eine.η mit gleicher Steigung wie die Rohrwendel (7) schraubenförmig gewendelten Trennblech-Streifen (8) gebildet ist, dessen Öreite etwa dem Zylinderringspalt des Gehäuses (1 bis 4) entspricht und der in die Rohrwendel (7) eingeschraubt wird.

- 2 - 6222/81-
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander zugekehrte Rippen benachbarter Schraubengänge der Rohrwendel (7) zwischen sich den Trennblech-Streifen (8) abstützen.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Trennblechwendel (8) nach entgegengesetzten Richtungen mit leichtem Radius abgekantet sind.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei konzentrischen Rohren (1, 2) und zwei stirnseitigen Abschlußdeckeln (3, 4) besteht, welche die Zu- und Abläufe (11, 12 bzw. 13, 14) des Primär- und Sekundärkreises aufweisen und durch eine zentrale Spannschraube (5) mit den Rohren (1,2) dichtend verbunden sind.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1, 2) an ihren den Ringspalt begrenzenden Wandungen und/oder der Trennblech-Streffen (8) beidseitig beschichtet bzw. ausgekleidet sind.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Auskleidung aus PTFE besteht.
7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1 bis 4) an seinen Außenflächen mit einem Isolationsmantel (15) versehen ist.