DE3212913A1

DE3212913A1 - Shell-and-tube heat exchanger

Info

Publication number: DE3212913A1
Application number: DE19823212913
Authority: DE
Inventors: Klemens Ing.(grad.) 4690 Herne Waterkotte
Original assignee: WATERKOTTE WAERMEPUMPEN GmbH
Current assignee: WATERKOTTE WAERMEPUMPEN GmbH
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1982-04-06
Publication date: 1983-10-13

Abstract

In a shell-and-tube heat exchanger, in particular for use as an evaporator or condenser in a heat pump, consisting of a jacket tube having connecting sockets for the entry and exit of one heat exchanging medium and of an insert made from a multiplicity of parallel tubes conducting the other heat exchanging medium and seated with their ends in tube bottoms, as well as of sealing covers, for the jacket tube which in each case form with the tube bottoms a leakproof chamber opening into the tubes, the invention provides that the tube bottom has an outwardly pointing collar and the end of the jacket tube is provided with an edge flange, and that the sealing cover engages in the tube bottom collar with a neck and has a bulge between which and the flange there is inserted a sealing ring which is fastened and supported by means of a holding clamping bracket which grips the flange and the bulge.

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrenbündelwärmeaus-The invention relates to a tube bundle heat exchanger

tauscher, insbesondere zur Verwendung als Verdampfer oder Verflüssiger in einer Wärmepumpe, bestehend aus einem Mantelrohr mit Anschlußstutzen für den Ein-bzw. Austritt eines ersten Wärmeaustauschmediums und aus einem Einsatz aus einer Vielzahl von parallelen, ein zweites Wärmeaustauschmedium führenden Röhren, die mit ihren Enden in Rohrböden sitzen, sowie aus Abschlußdeckeln für das Mantelrohr, die mit den Rohrböden jeweils eine dichte, in die Röhren ausmündende Kammer bilden.exchanger, in particular for use as an evaporator or condenser in a heat pump, consisting of a jacket pipe with connecting piece for the One or Exit of a first heat exchange medium and from an insert from a A multiplicity of parallel tubes leading a second heat exchange medium, the sit with their ends in tube sheets, as well as end covers for the jacket tube, which together with the tube sheets form a tight chamber opening into the tubes.

Vorzugsweise handelt es sich bei den der Erfindung zugrunde liegenden Röhrenbündelwärmeaustauscher um einen Verflüssiger stehender Bauart, wobei röhreninnenseitig das aufzuheizende flüssige Medium, beispielsweise Wasser, röhrenaußenseitig und damit mantelinnenseitig der Wärmeträger, z.B. ein Kältemittel, strömen.These are preferably those on which the invention is based Shell and tube heat exchanger around a condenser of vertical design, with on the inside of the tube the liquid medium to be heated, for example water, on the outside of the tube and so that the heat transfer medium, e.g. a refrigerant, flows on the inside of the jacket.

Bei solchen Röhrenbündelwärmeaustauschern ist auf dem Mantelrohr in etwa der Hälfte der Mantel länge ein Kältemitteleintrittstutzen angeordnet. Unterhalb des Kältemitteleintrittstutzens befindet sich nahe dem tiefsten Punkt des Mantelrohres der Kältemittelaustrittstutzen.In such shell and tube heat exchangers, in A refrigerant inlet nozzle is arranged about half the length of the jacket. Below of the refrigerant inlet nozzle is located near the lowest point of the jacket pipe the refrigerant outlet nozzle.

Am höchsten Punkt oberhalb des Kältemitteleintrittstutzen befindet sich ein Ventil zur Entlüftung des Kältemittel raumes.Located at the highest point above the refrigerant inlet nozzle a valve for venting the refrigerant compartment.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Wärmeaustauscher so auszubilden, daß die Abschlußdeckel vom Röhrenbündel einfach demontiert werden können und außerdem die Möglichkeit besteht, die Abschlußdeckel auch als Anschlußköpfe auszubilden.The object of the invention is to design such heat exchangers so that the end caps can be easily dismantled from the tube bundle and moreover there is the possibility of designing the cover plates as connection heads.

Ferner erstrebt die Erfindung eine Ausbildung eines solchen Röhrenbündelwärmeaustauschers dahingehend, daß durch entsprechende Wahl von Abschlußdeckeln bzw.The invention also seeks to provide such a shell and tube heat exchanger to the effect that by appropriate choice of end caps or

Anschlußköpfen die Mantelrohre in beliebiger Stückzahl in Reihe geschaltet werden können, wodurch sich in einfacher Weise Leistungssteigerungen erzielen lassen.Connection heads, the casing pipes connected in series in any number can be, whereby performance increases can be achieved in a simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohrboden einen nach außen weisenden Kragen aufweist und das Mantelrohrende mit einer Aufbördelung versehen ist, daß der Abschlußdeckel mit einem Ansatz in den Rohrbodenkragen greift und einen Ringbund aufweist, zwischen welchem und der Aufbördelung ein Dichtring eingesetzt ist, der mittels einer die Aufbördelung und den Ring umfassenden Spann-Klemmschelle befestigt und verspannt ist.This object is achieved according to the invention in that the tube sheet has an outwardly pointing collar and the casing tube end with a flare is provided that the end cover engages with an approach in the tube sheet collar and has an annular collar, between which and the flared area a sealing ring is used, which by means of a flare and the ring encompassing clamping clamp is attached and braced.

Mit dieser Konstruktion lassen sich die Abschlußdeckel in beliebiger Weise vom Rohrbündel demontieren und es ist ferner nach Demontage der Abschlußdeckel möglich, die Rohrbündel ohne Schwierigkeiten aus dem Mantelrohr herauszunehmen und beispielsweise zu reinigen oder zu ersetzen.With this construction, the cover can be in any Disassemble way from the tube bundle and it is also after dismantling the end cover possible to remove the tube bundle from the jacket tube and without difficulty for example to clean or replace.

Außerdem ist es möglich, den unterschiedlichen Einbaubedingungen entsprechende Anschlußköpfe und Abschlußdeckel zu montieren.It is also possible to match the different installation conditions To assemble connection heads and cover plates.

Die wasserführende Verflüssigerseite läßt sich durch Wahl von Bundmetallegierungen eisenfrei bzw. rostfrei und damit korrosionsfest gestalten. Es gibt also keine Durchrostungen infolge Sauerstoffkorrosion.The water-bearing condenser side can be adjusted by choosing from non-ferrous metal alloys Make iron-free or rust-free and thus corrosion-resistant. So there is no rust perforation as a result of oxygen corrosion.

Es ist erkennbar, daß durch entsprechende Wahl der Anschlußköpfe und Abschlußdeckel solche mit Röhrenbündeln bestückte Mantelrohre in beliebiger Anzahl in Reihe geschaltet werden können, wodurch sich Leistungssteigerungen erreichen lassen.It can be seen that by appropriate choice of the connection heads and End cover such jacket pipes equipped with tube bundles in any number in Can be connected in series, whereby performance increases can be achieved.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der eine Abschlußdeckel als Anschlußkopf mit Vor- und Rücklaufstutzen versehen, wobei zwischen diesen beiden Stutzen ein dichtend auf dem zugeordneten Rohrboden aufsitzender Steg ausgebildet ist. Man kann also auf diese Weise in einem einzigen Mantelrohr die Röhren entsprechend voneinander trennen, so daß Zu- und Abfluß des entsprechenden, die Röhren durchströmenden Mediums auf einer Seite erfolgen.According to a further development of the invention, this is a cover plate provided as a connection head with flow and return connections, between these two Nozzle formed a web seated sealingly on the associated tube sheet is. So you can in this way in a single jacket tube the tubes accordingly separate from each other, so that the inflow and outflow of the corresponding, flowing through the tubes Medium on one side.

Das Erfindungsprinzip läßt sich aber auch anwenden für Mantelrohre, die jeweils nur in einer Richtung von dem Medium durchströmt werden. In diesem Falle ist dann der der Eintrittsseite oder dem den Vorlaufstutzen tragenden Deckel abgewendete Deckel mit einem Stutzen versehen, der seitlich ausmündet, so daß er mit einem seitlich ausmündenden Eintritts-oder Vorlaufstutzen eines nachgeschalteten Röhrenwärmeaustauschers beispielsweise über ein Schlauchstück verbunden werden kann, dessen anderer Abschlußdeckel den Nachlaufstutzen aufweist.The principle of the invention can also be used for casing pipes, each of which is traversed by the medium in only one direction. In this case is then the one facing away from the inlet side or the cover carrying the flow connector Cover provided with a connecting piece that opens out on the side, so that it is connected to a side Outgoing inlet or flow connection of a downstream tubular heat exchanger for example, can be connected via a piece of hose, the other end cover has the follow-up nozzle.

Der Röhrenwärmeaustauscher kann nach Demontage -der entsprechenden Abschlußdeckel von nicht vermeidbaren Ablagerungen gereinigt werden. Dies ist bei bekannten Verflüssigern im allgemeinen nicht möglich. Diese werden mit zunehmender Verunreinigung immer unbrauchbarer, weil eine solche Reinigungsmöglichkeit fehlt.The tubular heat exchanger can after dismantling the corresponding End cover must be cleaned of unavoidable deposits. This is at known liquefiers are generally not possible. These are increasing with Soiling is becoming increasingly unusable because such a cleaning facility is lacking.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Röhrenbündelwärmeaustauschers ist darin zu sehen, daß er sich ohne Schwierigkeiten dämmen läßt. Man kann zur Vermeidung von Wärmeverlusten beispielsweise geschlitzte Schaumstoffrohre oder -schalung, die an den Stellen der mantelseitigen Anschlüsse und Halterungen Durchbrüche aufweisen, als Wärmedämmung verwenden. Diese Wärmedämmrohre oder -schalen lassen sich dann mit einem Kunststoffmantel umschließen, der mit Schnappverschlüssen versehen ist und sich somit leicht öffnen und schließen läßt. Auch bei beliebiger Zahl von in Reihe geschalteten entsprechenden Wärmeaustauschern lassen sich diese Wärmedämmungen ohne änderungen leicht montieren.Another advantage of the shell and tube heat exchanger according to the invention can be seen in the fact that it can be insulated without difficulty. One can go to Avoidance of heat losses, for example, slotted foam pipes or formwork that have openings at the points of the jacket-side connections and brackets, use as thermal insulation. These thermal insulation pipes or shells can then enclose with a plastic jacket which is provided with snap locks and therefore easy to open and close. Even with any number of in Corresponding heat exchangers connected in series can be used for this thermal insulation easy to assemble without changes.

Die entsprechenden Bauteile des Röhrenwärmeaustauschers lassen sich im Falle eines notwendigen Austausches leicht nach Lösen der Spann-Klemmringbefestigung wechseln, so daß kostengünstigere Reparaturen gewährleistet sind. Bei den bekannten Bauarten ist dies nicht möglich. Vielmehr muß dort immer der ganze Röhrenwärmeaustauscher ausgewechselt werden.The corresponding components of the tubular heat exchanger can in the case of a necessary exchange, easily after loosening the clamping ring fastening change so that more cost-effective repairs are guaranteed. With the known This is not possible for different types of construction. Rather, the entire tubular heat exchanger must always be there be replaced.

Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Röhrenbündelwärmeaustauscher; Fig. 2 eine Vergrößerung des rechten Endes des Röhrenbündelwärmeaustauschers nach Fig. 1; Fig. 3 den Röhrenbündelwärmeaustauscher nach Fig. 1 um 90" gedreht, der nur an dem einen Ende im Schnitt gezeichnet ist; Fig. 4 eine Vergrößerung des im Schnitt gezeichneten Endes des Röhrenbündelwärmeaustauschers nach Fig. 3; Fig. 5 das rechte Ende einer abgeänderten Ausführungsform, bei der zwei Rohrmäntel hintereinander geschaltet sind; und in Fig. 6 das linke Ende der Ausführungsform, deren rechtes Ende in Fig. 5 dargestellt ist.The drawings show in FIG. 1 a longitudinal section through a shell and tube heat exchanger; Fig. 2 shows an enlargement of the right end of the shell and tube heat exchanger Fig. 1; Fig. 3 the shell and tube heat exchanger of FIG. 1 rotated by 90 ", the is drawn in section only at one end; Fig. 4 is an enlargement the end of the tube bundle heat exchanger shown in section according to FIG. 3; Fig. 5 shows the right end of a modified embodiment in which two pipe jackets are connected in series; and in Fig. 6 the left end of the embodiment, the right end of which is shown in FIG.

Bei der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform ist ein Mantelrohr 1 vorgesehen, dessen Enden bei 2 bzw. 3 aufgebördelt sind. In dieses aufgebördelte Ende ist jeweils ein Rohrboden 4 bzw. 5 für die Röhren 5a eingesetzt, der einen nach außen weisenden Kragen 6 bzw. 7 aufweist, in den ein entsprechender Ansatz 8 bzw. 9 eines Abschlußdeckels 10 bzw. 11 greift. Der Abschlußdeckel 11 weist einen Vorlaufstutzen 12 und einen Rücklaufstutzen 13 auf und ist mittig mit einem Steg 14 versehen, der über eine Dichtung 15 auf dem Rohrboden 5 aufsitzt. Das Wärmeaustauschmedium strömt somit vom Vorlaufstutzen 12 in die oberhalb des Steges 14 liegenden Röhren 5a bis zu dem Abschlußdeckel 10. Zwischen dem Abschlußdeckel 10 und dem Rohrboden 4 bildet sich eine Umlenkkammer 16, die das Medium zurück in die in der Zeichnung nach Fig. 2 unten liegenden Röhren 5a zwingt, so daß das Medium dann nach Erreichen der Rücklaufkammer 17 zwischen Boden 5 und Abschlußdeckel 1d aus dem Rücklaufstutzen 13 auftreten kann.In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, there is a jacket tube 1 is provided, the ends of which are flared at 2 and 3, respectively. In this flared At the end, a tube sheet 4 or 5 is used for the tubes 5a, the one has outwardly facing collar 6 or 7, in which a corresponding approach 8 or 9 of a cover 10 or 11 engages. The cover 11 has a Flow connection 12 and a return connection 13 and is centered with a web 14, which is seated on the tube sheet 5 via a seal 15. The heat exchange medium thus flows from the flow connector 12 into the tubes located above the web 14 5a up to the cover plate 10. Between the cover plate 10 and the tube sheet 4 forms a deflection chamber 16, which the medium back into the one in the drawing according to Fig. 2 underlying tubes 5a forces, so that the medium then after reaching the return chamber 17 between the bottom 5 and cover 1d from the return port 13 can occur.

Mit 18 ist ein Eintrittsstutzen für das Medium bezeichnet, das um die Röhren 5a den Rohrmantel 1 durchströmt und aus dem Austrittsstutzen 19 wieder austritt.With an inlet nozzle for the medium is designated, which is around the tubes 5a flows through the pipe jacket 1 and out of the outlet nozzle 19 again exit.

Bei 20 ist aus Fig. 1 bis 3 ein Ablaßhahn erkennbar.At 20, a drain cock can be seen in FIGS. 1 to 3.

21 und 22 bezeichnen Halterungen für den Rohrmantel 1.21 and 22 denote holders for the pipe jacket 1.

Bei der Ausführungssform nach Fig. 5 sind zwei Rohrmäntel 31 und 32 vorgesehen, die wiederum mit Eintrittsstutzen 33 bzw. 34 und Austrittsstutzen 35 bzw. 36 für das das Mantelrohr 31 bzw. 32 durchströmende Medium versehen sind. Der Abschlußdeckel 37 des oberen Rohrmantels 31 weist einen Vorlaufstutzen 38 auf, während der Abschlußdeckel 39 des unteren Rohrmantels 32 mit einem Rücklaufstutzen 40 versehen ist.In the embodiment according to FIG. 5, there are two pipe jackets 31 and 32 provided, which in turn have inlet connection 33 or 34 and outlet connection 35 and 36 are provided for the medium flowing through the jacket tube 31 and 32, respectively. Of the End cover 37 of the upper pipe jacket 31 has a flow nozzle 38, while the end cover 39 of the lower pipe jacket 32 is provided with a return connection 40 is.

An den diesen Stutzen abgewendeten Enden sind ebenfalls Abschlußdeckel 41 bzw. 42 vorgesehen, die mit zur Seite gerichteten Anschlußstutzen 43 bzw. 44 ausgebildet sind.End covers are also provided on the ends facing away from these connecting pieces 41 and 42 are provided, with the connecting pieces 43 and 44, respectively, directed to the side are trained.

Diese Anschlußstutzen weisen, wie die Zeichnung zeigt, aufeinanderzu und sind mittels eines Schlauchverbindungsstückes 45 miteinander verbunden.As the drawing shows, these connecting pieces point towards one another and are connected to one another by means of a hose connector 45.

Bei allen Ausführungsformen erfolgt die Befestigung der entsprechenden Anschlußdeckel mit Hilfe einer Spann-Klemmschelle 46 bzw. 47, die sich über die Aufbördelung 2 bzw. 3 und eine entsprechende Wulst 48 bzw. 49 an den Abschlußdeckeln 10, 11 legt und damit beim Anziehen den dazwischen liegenden Dichtring 50 bzw. 51 festklemmt.In all embodiments, the corresponding attachment is made Connection cover with the help of a tensioning clamp 46 or 47, which extends over the Flare 2 or 3 and a corresponding bead 48 or 49 on the end caps 10, 11 and thus the sealing ring 50 or 51 located between them when tightened stuck.

Aus Fig. 1 ist noch ein Entlüftungsventil 52 zu erkennen, das auch bei der Ausführungsform nach Fig. 5 vorhanden ist und zwar auf beiden Mantelrohren 31 und 32, wie es durch die Bezugszeichen 52 und 53 angedeutet ist.From Fig. 1, a vent valve 52 can also be seen, which also in the embodiment of FIG. 5 is present on both casing pipes 31 and 32, as indicated by the reference numerals 52 and 53.

LeerseiteBlank page

Claims

Shell and tube heat exchanger Patent claims 1. Shell and tube heat exchanger , especially for use as an evaporator or condenser in a heat pump consisting of a jacket pipe with connecting piece for the inlet and outlet of the a heat exchanger medium and an insert from a multitude of parallels, the other tubes leading to the heat exchange medium, the ends of which are in tube sheets sit, as well as end caps for the jacket pipe, which are each with the tube sheets Form a tight chamber opening into the tubes, thereby g e -k e n n z e i c h n e t that the tube sheet (4,5) has an outwardly facing collar (6,7) and the jacket pipe end is provided with a flange (2,3) that the end cover (10,11) with a shoulder (8,9) in the tube sheet collar (6,7) engages and a bead (48,49) has, between which and the flare (2,3) a Sealing ring (50,51) is used, which by means of the flared (2,3) and the Bead (48,49) comprehensive clamping clamp (46,47) is attached and braced.

2. Shell and tube heat exchanger according to claim 1, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the one cover (11) as a connection head with front and Return connection (12, 13) and seated in between, sealingly on the associated tube sheet (5) seated web (14) is formed.

3. Shell and tube heat exchanger according to claim 1, characterized in that it is n n z ei c h ne t that the one cover (37,39) one axially into the jacket tube (31,32) opening nozzle (38,40), while the other cover (41,42) with a to the side deflecting nozzle (43,44) is provided.

4. Tube bundle heat exchanger according to claim 3, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that it is designed in two parts, the cover (37,39) at one end of the two casing pipes (31,32) flow and return connections (38 or 40), while on the covers (41, 42) at the other end the side opening nozzle (43,44) is provided and via a hose connector (45) are connected to each other.

5. Shell and tube heat exchanger according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that at least one cover (10) with a laterally arranged Drain cock (20) is provided.