DE3611696C2

DE3611696C2 -

Info

Publication number: DE3611696C2
Application number: DE19863611696
Authority: DE
Inventors: Bernd Henting; Hans 4330 Muelheim De Henting
Original assignee: Individual
Current assignee: Gesellschaft fur Waermetechnik Mbh 4330 Muelheim
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1988-08-04
Also published as: DE3645307C2; DE3611696A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. - Wärmetauscher dieser Gattung dienen z. B. in Untertagebetrieben als Wetterkühler. Sie sind aber auch als Verdampfer und Verdunstungsverflüssiger einsetzbar.

Bei dem bekannten Wärmetauscher, von dem die Erfindung ausgeht (DE 35 10 406, PatG §3 (2)) sind die Wärmetauscherrohre zu flächigen Platten zusammengefügt. Sie haben runden oder ellip senförmigen Querschnitt. Die Wärmetauscherrohre sind zu Platten zusammengefügt, um die Druckverluste klein zu halten, die das strömende gasförmige Medium beim Durchströmen des Wärmetau schers erfährt. Auch soll auf diese Weise eine leichte Reinigung der zu den Platten zusammengefügten Rohrre gister erreicht werden. Die Wärmetauscherrohre sind bei der be kannten Ausführungsform in den Platten vorzugsweise miteinander verlötet, und zwar flächig oder punktförmig. Sie berühren sich. Man kann aber, offenbar aus Toleranzgründen, auch einen sehr kleinen Abstand zulassen. Ein Gasaustausch zwischen benachbarten Wärmetauscherrohren ist nicht angestrebt. Bei flächiger Verschweißung der Wärmetauscherrohre zu den Platten ist er ganz unmöglich. Bei sehr kleinem Abstand der Wärmetauscherrohre in den Platten findet er, wie Untersuchungen gezeigt haben, prak tisch nicht und jedenfalls nicht so statt, daß der Wärmeaustausch verbessert wird. Die einzelnen Wärmetauscherrohre werden, weil sie zu Platten vereinigt sind, von dem gasförmigen Medium nicht vollständig umströmt. Die Oberfläche der einzelnen Wärme tauscherrohre nimmt folglich an den Wärmeaustausch nur be reichsweise intensiv teil, nämlich nur dort, wo auch ein ent sprechender Kontakt mit dem strömenden gasförmigen Medium mög lich ist. Das Zusammenfügen der Wärmetauscherrohre zu Platten steht der Ausbildung von turbulenten Strömungserscheinungen, die bekanntlich den Wärmeaustausch fördern, entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher des beschriebenen Aufbaus so weiter auszubilden, daß die Wärme tauscherfläche, bezogen auf das vom Gehäuse gebildete Volumen, größer ist, der Wärmeaustausch verbessert wird und gleichzeitig der Druckverlust nicht wesentlich ansteigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Wärme tauscherrohre einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen, wo bei die lange Ellipsenachse in Längsrichtung des Gehäuses ange ordnet ist, und daß die Wärmetauscherrohre in den einzelnen Rohrregistern mit einem turbulenzbildenden Abstand von wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern geführt sind, der eine Querströmung zwischen den Wärmetauscherrohren (3) zuläßt. - Erfin dungsgemäß ist die Wärmeübertragungsfläche größer als bei der bekannten Ausführungsform. Die Wärmetauscherrohre sind von dem gasförmigen Medium umspült. Eine Querströmung der zu kühlenden Luft ist möglich, was den Wirkungsgrad verbessert. Die Abstände zwischen den Wärmetauscherrohren fördern die Turbulenz, die be kanntlich den Wärmetransport unterstützt. Indem die Wärme tauscherrohre in Längsrichtung gereiht und mit der langen Achse ihres ellipsenförmigen Querschnitts in Längsrichtung ausgerich tet sind, bieten sie der Strömung des gasförmigen Mediums einen geringen Widerstand.

Nach bevorzugter Ausführungsform sind die bogenförmigen Ab schnitte der Wärmetauscherrohre lotrecht übereinander mit tur bulenzbildendem Abstand angeordnet. Bewährt hat sich eine Aus führungsform, bei der die turbulenzbildenden Abstände zwischen den vertikalen oder schrägen Rohrabschnitten sowie zwischen den Bogenabschnitten alle gleich groß sind. Die ellipsenförmigen Querschnitte der Wärmetauscherrohre besitzen zweckmäßigerweise ein Achsenverhältnis im Bereich zwischen 1,2 und 2, vorzugs weise von 1,5 (große Achse/kleine Achse, Außendurchmesser). Eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung ergibt sich, wenn die Abstände der beiden äußeren Wärmetauscherrohre zu dem mittleren Wärme tauscherrohr gleich sind.

Nach bevorzugter Ausführungsform besitzen die Wärmetauscherrohre in Längsrichtung einen turbulenzbil denden Abstand von 10 bis 15 mm (lichtes Maß). Aber auch ein schmalerer Abstand bringt noch Verbesserungen, solange eine defi nierte Turbulenzbildung erfolgt. Der Druckverlust des gasförmigen Mediums hängt nicht zuletzt auch davon ab, wie die Wärmetauscher rohre an dem Verteilerrohr und an dem Sammlerrohr angeschlossen sind. Der kleinste Druckverlust ergibt sich, wenn die Anschlüsse der Wärmetauscherrohre an dem Verteilerrohr und an dem Sammlerrohr in Längsrichtung gereiht sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß, bezogen auf ein vorgegebenes Gehäusevolumen, die Wärmetauscherfläche wesentlich größer ist als bei der bekannten gattungsgemäßen Ausführung, gleich zeitig aber der Druckverlust des gasförmigen Mediums kaum ansteigt. Diese Vorzüge sind von großer Bedeutung bei Einsatz des Wärme tauschers im Untertagebetrieb, insbesondere wenn große Wettermengen gekühlt und mit geringem Druckverlust durchgesetzt werden müssen, aber auch bei Verdampfern und Verdunstungsverflüssigern. Ein be sonderer Vorteil für den Untertagebetrieb ist die geringe Ver schmutzungsanfälligkeit des Wärmetauschers. Besonders ausgeprägt sind die erreichten Vorteile, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mittig in den Strömungskanälen in Strömungsrichtung ver laufende Leitbleche angeordnet sind, die in statistischer Verteilung Löcher aufweisen. Die Löcher können mit einem Durchmesser von ein bis einigen Zentimetern versehen sein. Überraschenderweise verhindern solche Leitbleche auch den Aufbau von akustischen Schwingungen, die sonst als Lärmbelästigung empfunden werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Wärmetauscher in der Seitenansicht, im Schnitt,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Verteilerrohres in der Draufsicht,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1.

Der in den Figuren dargestellte Wärmetauscher wird insbesondere im Untertagebetrieb zum Kühlen durch Durchsetzen großer Wettermengen eingesetzt. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören
ein Gehäuse 1, das in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium 2 durchströmt ist,
eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Rohr registern, die von einem flüssigen Medium 4 durchströmt sind,
ein quer zur Längsrichtung angeordnetes Verteilerrohr 5, sowie
ein ebenfalls quer zur Längsrichtung angeordnetes Sammler rohr 6.

Die Rohrregister sind in Längsrichtung ausgerichtet. Zwischen ihnen befindet sich ein Strömungskanalabstand 7, der sich in üblicher Weise aus der Dimensionierung des Wärmetauschers ergibt und dessen Größe insbesondere von dem Durchsatz des gasförmigen Mediums und dem zulässigen Druckverlust abhängt. Jedes Rohrregister besteht aus drei schlangenlinienförmig geführten Wärmetauscherrohren 3, die aus geraden Abschnitten und bogenförmigen Abschnitten aufgebaut sind. Die Wärmetauscherrohre haben einen ellipsenförmigen Querschnitt und sind mit der langen Ellipsenachse in Längsrichtung ausgerichtet. Die beiden äußeren Wärmetauscherrohre 9 sind identisch ausgeführt und haben an der weitesten Stelle einen 10 bis 15 mm (lichtes Maß) großen turbulenzbildenden Abstand 8 zu dem mittleren Wärmetauscher rohr 10. Die bogenförmigen Abschnitte 11 der Wärmetauscherrohre 3 sind lotrecht übereinander ebenfalls mit einem turbulenzbildenden Abstand 8 angeordnet. Ebenso wie die Rohrregister sind auch die Anschlüsse der Wärmetauscherrohre an dem Verteilerrohr und an dem Sammlerrohr in Längsrichtung, und zwar in der gleichen Ebene, an geschlossen.

In der Fig. 1 erkennt man, daß die Wärmetauscherrohre drei gerade Abschnitte und bogenförmige Abschnitte aufweisen. Die geraden Ab schnitte verlaufen in der Ausführungsform nach Fig. 1 vertikal. In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind sie schräggestellt.

In der Fig. 2 erkennt man strichpunktierte Linien. Diese deuten an, daß die Möglichkeit besteht, in den Strömungskanälen in Strömung richtung verlaufende Leitbleche 12 anzuordnen, die nicht gezeichnete, statisch verteilte Löcher aufweisen.

Claims

1. Wärmetauscher mit in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmtem Gehäuse sowie mit einer Mehrzahl von eben falls in Längsrichtung des Gehäuses mit Strömungskanalabstand angeordneten Rohrregistern, die von einem flüssigen Medium durchströmt sind, insbesondere für Untertagebetriebe,
wobei die Rohrregister einerseits an ein quer zur Längs richtung verlaufendes Verteilerrohr und andererseits an ein quer zur Längsrichtung verlaufendes Sammlerrohr ange schlossen sind,
und wobei die einzelnen Rohrregister aus drei schlangenlinien förmig mit vertikalen oder schrägen Abschnitten und bogen förmigen Abschnitten geführten, in Längsrichtung gereihten Wärme tauscherrohren aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (3) einen ellip senförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die lange Ellipsen achse in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet ist, und daß die Wärmetauscherrohre (3) in den einzelnen Rohrregistern mit einem turbulenzbildenden Abstand (8) von wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern geführt sind, der eine Querströmung zwischen den Wärmetauscherrohren (3) zuläßt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Abschnitte (11) der Wärmetauscherrohre (3) lotrecht übereinander mit turbulenzbildendem Abstand (8) ange ordnet sind.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die ellipsenförmigen Querschnitte der Wärme tauscherrohre (3) ein Achsenverhältnis im Bereich zwischen 1,2 und 2 vorzugsweise von etwa 1,5 (große Achse/kleine Achse, Au ßendurchmesser) aufweisen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abstände der beiden äußeren Wärmetauscherrohre (9) zu dem mittleren Wärmetauscherrohr (10) gleich sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (3) in Längsrichtung einen turbulenzbildenden Abstand (8) von 10 bis 15 mm (lichtes Maß) aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anschlüsse der Wärmetauscherrohre (3) an dem Verteilerrohr (5) und an dem Sammlerrohr (6) in Längs richtung der Strömung gereiht sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß mittig in den Strömungskanälen in Strömungs richtung verlaufende Leitbleche (12) angeordnet sind, die in statistischer Verteilung Löcher aufweisen.