DE3631805A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren zur Führung eines der am Wärmetausch beteiligten Fluide, bei dem die Rohre an ihren Enden in Rohrsammlern zusammengefaßt sind.The invention relates to a heat exchanger with tubes for Management of one of the fluids involved in the heat exchange which the tubes are combined at their ends in tube collectors are.
Die Rohrsammler dienen einerseits dazu, um die Rohrenden mechanisch zusammenzufassen und ein kompaktes Rohrbündel zu schaffen. Andererseits sind die Rohrsammler Bestandteile von Gehäusen bzw. Sammelräumen, in denen das durch die Rohre zu führende Fluid gesammelt und auf die einzelnen Rohre verteilt bzw. das aus den Rohren strömende Fluid gesammelt und von dort aus dem Wärmetauscher abgeführt wird. Bei bekannten Wärmetauschern sind die Rohrsammler durch ebene oder gewölbte Platten gebildet, die entsprechende Bohrungen für jeweils ein Rohr aufweisen. Bei der Herstellung werden die Rohre in die Bohrungen eingefädelt und mittels Haftaufweitung und Stirnnaht mit den Platten verbunden. Die Rohrplatten sind üblicherweise mit einem Gehäuse verbunden, in das die Rohre eingesetzt sind. The pipe collectors serve on the one hand to the pipe ends mechanically summarize and a compact tube bundle create. On the other hand, the pipe collectors are components of housings or collecting rooms, in which the through Pipes to guide fluid and collected on the individual Pipes distributed or the fluid flowing out of the pipes collected and removed from there from the heat exchanger becomes. In known heat exchangers, the pipe collectors are formed by flat or curved plates that have corresponding holes for one tube each. At the pipes are made into the holes during manufacture threaded and by means of widening of the adhesive and front seam with connected to the plates. The tube sheets are common connected to a housing in which the pipes are inserted are.
Ein derartiger Wärmetauscher ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Beim Einwalzen der Rohre in die Rohrplatten kann es zu Verschwächungen und Deformierungen der Rohrwand kommen. Ferner erhöhen die Rohrplatten, insbesondere bei unter Druck befindlichen Fluiden, Materialkosten und Gewicht des Wärmetauschers beträchtlich. Außerdem ist es als unzuweckmäßig anzusehen, daß die Rohrplatten fest mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verbunden sind. Bei Inspektionen, Reinigung, Wartung und eventuellen Instandsetzungsarbeiten an den Rohren sowie an der Innenseite des Gehäuses bereit es daher erhebliche Schwierigkeiten, um die Rohre auszubauen und ins Innere des Wärmetauschers zu gelangen.Such a heat exchanger is in several ways disadvantageous. When rolling the pipes into the pipe plates there may be weakening and deformation of the pipe wall come. Furthermore, the tube plates, especially at pressurized fluids, material costs and Weight of the heat exchanger is considerable. Besides, it is to be regarded as unreasonable that the tube plates firmly with are connected to the housing of the heat exchanger. At Inspections, cleaning, maintenance and any Repair work on the pipes and on the Inside the case, therefore, it prepared considerable Difficulties to remove the pipes and inside the Heat exchanger to arrive.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Rohre nicht über die gesamte Dicke der Rohrplatte aufgeweitet werden können, da es sonst an der Stelle, an der das Rohr aus der Rohrplatte austritt, zu einer Quetschung des Rohres kommt. Aus diesem Grund wird das Rohr nicht über die gesamte Dicke der Rohrplatte aufgeweitet. Dabei läßt es sich allerdings nicht vermeiden, daß am Austritt des Rohres aus der Rohrplatte ein ringförmiger Spalt zwischen der Außenwand des Rohres und der Rohrplatte verbleibt. Je nach Art und Zustand der am Wärmetausch beteiligten Fluide kann es in diesem Spalt zu Ausfrierungen des mantelseitig geführten Fluides kommen, wobei es im Fall von Wassereisbildung zu Zerstörungen durch die Sprengwirkung des Eises im Spalt kommen kann.Another disadvantage is that the pipes are not can be expanded over the entire thickness of the tube plate can, since it is otherwise at the point where the pipe from the Tube plate emerges, the tube is crushed. Because of this, the pipe will not have the entire thickness the tube plate expanded. However, it can be done do not avoid that at the exit of the pipe from the Pipe plate an annular gap between the outer wall of the tube and the tube plate remains. Depending on the type and The condition of the fluids involved in the heat exchange can be in this gap to freeze out the jacket-side Fluids come in, which happens in the case of water ice formation Destruction from the explosive effect of the ice in the gap can come.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu entwickeln, der einfach und kostengünstig in der Herstellung betriebssicher und leicht zugänglich ist. The present invention is therefore the object based on a heat exchanger of the type mentioned develop that simple and inexpensive in the Manufacturing is reliable and easily accessible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrsammler jeweils durch ein im wesentlichen ringförmiges Sammelrohr gebildet sind.This object is achieved in that the Pipe collector each by an essentially ring-shaped Manifold are formed.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besitzt anstelle von Rohrplatten jeweils ein Sammelrohr, in dem die Rohrenden zusammengeführt sind. Jedes Sammelrohr ist mit einem Anschluß zur Zu- bzw. Abführung des in den Rohren geführten Fluides versehen. Das Sammelrohr ist stabiler als eine Rohrplatte, so daß sich beträchtliche Materialeinsparungen ergeben. Die Rohre bilden zusammen mit den ringförmigen Sammelrohren eine Einheit, die bei Bedarf ohne Probleme aus dem Gehäuse herausgenommen und wieder in dieses eingesetzt werden kann. Ein sehr wichtiges Merkmal ist die zumindest angenäherte Ringform des Sammelrohres. Sie erweist sich als statisch besonders günstig und ermöglicht es, eine große Anzahl von Rohren auf relativ kleiner Fläche zusammenzufassen. Überdies lassen sich Rohre, die über einen großen Gehäusequerschnitt verteilt sind, in günstiger Leitungsführung, d.h. ohne starke Umlenkungen, zu dem ringförmigen Sammelrohr führen. Die Rohre werden ohne Aufweitung mit dem Sammelrohr verbunden, so daß keine Spalte am Übergang zwischen Rohr und Sammelrohr entstehen.The heat exchanger according to the invention has instead of Pipe plates each have a collector pipe in which the pipe ends are merged. Each manifold is with one Connection for supplying and removing the pipe Provide fluids. The manifold is more stable than one Pipe plate, so that there is considerable material savings surrender. The tubes form together with the annular ones Manifolds a unit that can be made without any problems if necessary removed from the housing and reinserted into it can be. At least one very important characteristic approximate ring shape of the collecting tube. It turns out to be statically particularly favorable and allows a large Number of pipes in a relatively small area summarize. In addition, pipes that are over a large housing cross-section are distributed in cheaper Routing, i.e. without strong diversions, to the lead annular collecting tube. The pipes are without Expansion connected to the manifold, so that none Gaps arise at the transition between the pipe and header pipe.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes bildet das Sammelrohr einen in sich geschlossenen Ring.In a preferred embodiment of the Subject of the invention forms the collecting tube in itself closed ring.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes bildet das Sammelrohr einen offenen Ring. Wenn das Sammelrohr als offener Ring ausgebildet ist, ist es von Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers das Sammelrohr einen Anschluß zur Zu- bzw. Abführung des Fluides an einem Ende des offenen Rings aufweist. In another preferred embodiment of the The subject of the invention forms an open pipe Ring. If the collecting tube is designed as an open ring, it is an advantage if according to a further training of the heat exchanger according to the invention the header Connection for the supply or discharge of the fluid at one end of the open ring.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist das Sammelrohr kreisringförmig. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes bildet das Sammelrohr ein Vieleck.In an advantageous embodiment of the The subject of the invention is annular. In another advantageous embodiment of the Subject of the invention forms the manifold a polygon.
Besonders zweckmäßig sind sechseckige Anordnungen des Sammelrohres, jedoch sind auch z.B. fünf- oder achteckige Anordnungen des Sammelrohres möglich.Hexagonal arrangements of the Manifold, but are also e.g. pentagonal or octagonal Arrangements of the manifold possible.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sich die Rohre im wesentlichen in vertikaler Vorzugsrichtung erstrecken und jeweils ein Sammelrohr oberhalb und unterhalb der Rohre angeordnet ist, und die Ringe in horizontalen Ebenen liegen.It proves to be useful if according to a Further development of the subject matter of the tubes extend essentially in the vertical preferred direction and one collector pipe each above and below the pipes is arranged, and the rings lie in horizontal planes.
Vertikale Vorzugsrichtung bedeutet, daß die Rohre entweder im wesentlichen geradlinig in vertikaler Richtung verlaufen oder daß die Rohre schraubenförmig gewickelt sind, wobei die Wickelachse in vertikaler Richtung verläuft. Im letzteren Fall verläuft mit Vorteil die Wickelachse durch die Achse der Ringe der Rohrsammler.Vertical preferred direction means that the pipes either run essentially straight in the vertical direction or that the tubes are wound helically, whereby the winding axis runs in the vertical direction. in the the latter case advantageously runs through the winding axis the axis of the rings of the pipe collectors.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind die Rohre in Bohrungen im Sammelrohr eingesetzt. Die Rohre sind vorzugswseise mit dem Sammelrohr verschweißt, jedoch ist auch eine andere Verbindung, z.B. durch Klebung möglich.In a preferred development of the Subject of the invention are the tubes in holes in Manifold inserted. The tubes are preferably with the Welded header, but is also different Connection, e.g. possible by gluing.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist das Sammelrohr mit Anschlußstutzen für jedes Rohr versehen. Bei dieser Ausgestaltung ist an jeder Öffnung des Rohrsammlers ein Stutzen befestigt, an dem jeweils ein Rohr befestigt ist. In another preferred development of the Subject of the invention is the manifold with Provide connecting pieces for each pipe. At this Design is at each opening of the pipe collector Stuck attached to which a tube is attached.
Bei beiden Anordnungen - sowohl bei den direkt als auch bei den über Stutzen am Rohrsammler befestigten Rohren - münden die Rohre je nach Bedarf in einer oder mehreren Reihen, radial oder tangential, in den Rohrsammler.In both arrangements - both with the tubes directly and with the tubes attached to the tube collector - the tubes open into the tube collector in one or more rows, radial or tangential, as required.
Sollen in den Rohren des Wärmetauschers zwei oder mehr Fluide geführt werden, erweist es sich als vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes das Sammelrohr mindestens zwei voneinander getrennte Sammelräume aufweist. Das Sammelrohr ist zu diesem Zweck durch eine oder mehrere Trennwände unterteilt.Should be two or more in the tubes of the heat exchanger Fluids, it proves to be advantageous if according to a preferred development of the Subject of the invention the manifold at least two has separate collection rooms. The manifold is for this purpose by one or more partitions divided.
Alternativ oder zusätzlich sind gemäß einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes jeweils mindestens zwei Sammelrohre zur Zu- bzw. Abführung von mehr als einem Fluid vorgesehen.Alternatively or additionally, according to another Embodiment of the subject matter of the invention at least two manifolds for the supply or discharge of more provided as a fluid.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention and further details of the invention are shown schematically using Embodiments explained in more detail.
Hierbei zeigen:Here show:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Längsschnitt; Figure 1 shows an embodiment of a heat exchanger according to the invention in longitudinal section.
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Längsschnitt; Fig. 2 shows another embodiment of a heat exchanger according to the invention in longitudinal section;
Fig. 3a bis 3b verschiedene Ausführungsformen eines Sammelrohres; Figure 3a-3b different embodiments of a collecting tube.
Fig. 4 ein Sammelrohr mit dreireihiger Rohrbelegung; Figure 4 is a manifold with three rows of pipes.
Fig. 5 ein Sammelrohr mit Ansatzstutzen für ein Rohr; Fig. 5 is a collection tube with adapter piece for a pipe;
Fig. 6 ein Sammelrohr mit einreihiger Rohrbelegung; Fig. 6 is a manifold unit with a single tube occupancy;
Fig. 7 ein Sammelrohr mit zweireihiger Rohrbelegung; Fig. 7 is a collection tube with double-row tube occupancy;
Fig. 8 ein Sammelrohr mit zwei Sammelräumen; Fig. 8 is a collection tube having two collecting spaces;
Fig. 9 einen Wärmetauscher mit insgesamt vier Sammelrohren. Fig. 9 shows a heat exchanger with a total of four manifolds.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse 1, das Anschlüsse 2, 3 zur Zu- und Abführung eines mantelseitig geführten Fluides aufweist. Im Inneren des Gehäuses 1 sind Rohre 4 angeordnet, die zur Führung eines zweiten, mit dem mantelseitig geführten Fluid in Wärmetausch befindlichen Fluides dienen. Die Rohre 4 sind an ihren beiden Enden in jeweils einem ringförmigen Sammelrohr 5, 6 zusammengefaßt. Die Sammelrohre 5, 6 stehen jeweils mit einem Anschluß 7 bzw. 8 in Verbindung, über die die Ab- bzw. Zuführung des zweiten Fluides erfolgt. Die Anschlüsse 7, 8 befinden sich am Deckel 9 des Gehäuses 1. Die Rohre 4 erstrecken sich im wesentlichen geradlinig in vertikaler Richtung zwischen den beiden Sammelrohren 5, 6. Die Sammelrohre 5, 6 bilden zusammen mit den Rohren 4 eine Einheit, die bei Bedarf nach Abnehmen des Deckels komplett nach oben aus dem Gehäuse 1 herausgenommen werden kann. Fig. 1 shows a heat exchanger according to the invention with a closed cylindrical housing 1, the terminals 2, 3 has for supplying and removing a shell-side fluid out. Pipes 4 are arranged in the interior of the housing 1 and are used to guide a second fluid that is in heat exchange with the jacket-side fluid. The tubes 4 are combined at their two ends in an annular collecting tube 5 , 6 . The manifolds 5 , 6 are each connected to a connection 7 or 8 , via which the second fluid is discharged or supplied. The connections 7 , 8 are located on the cover 9 of the housing 1 . The tubes 4 extend essentially in a straight line in the vertical direction between the two header tubes 5 , 6 . The collecting tubes 5 , 6 together with the tubes 4 form a unit which, if required, can be completely removed from the housing 1 after the cover has been removed.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, bei dem im Unterschied mit dem Wärmetauscher gemäß Fig. 1 anstelle von geradlinigen Rohren 4 schraubenförmig um ein Kernrohr 10 gewickelte Rohre 4 vorgesehen sind. Im übrigen sind für analoge Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Achsen der Ringe der Sammelrohre 5, 6 fallen mit der Wickelachse der Rohre 4 zusammen. FIG. 2 shows another embodiment of a heat exchanger according to the invention, in which, in contrast to the heat exchanger according to FIG. 1, instead of straight tubes 4, tubes 4 are provided helically wound around a core tube 10 . Otherwise, the same reference numerals as in FIG. 1 are used for analog components. The axes of the rings of the collecting tubes 5 , 6 coincide with the winding axis of the tubes 4 .
Die Fig. 3a b, c, d zeigen vier mögliche Formen für das Sammelrohr. Fig. 3a zeigt ein geschlossen kreisringförmiges Sammelrohr 5 a mit dem Anschluß 7, Fig. 3b ein Sammeelrohr 5 b in Form eines offenen Kreisrings, bei dem sich der Anschluß 7 an einem Ende des Sammelrohres befindet. . 3a b, c the figures, d show four possible shapes for the collecting pipe. Fig. 3a shows a closed circular collecting tube 5 a with the connection 7 , Fig. 3b, a collecting tube 5 b in the form of an open circular ring, in which the connection 7 is located at one end of the collecting tube.
Die Fig. 3c, d zeigen jeweils Sammelrohre 5 c, d in Form von sechseckigen Ringen, wobei das Sammelrohr 5 c einen geschlossenen, das Sammelrohr 5 d einen offenen Ring bildet. Die Anschlüsse 7 befinden sich jeweils an einem Eck des Rings, bei dem offenen Ring an einem Ende., D, Figs. 3c each header pipes 5 c, d forms a closed, the collection tube 5 d an open ring in the form of hexagonal rings, the collection tube 5 c. The connections 7 are each at one corner of the ring, at the open ring at one end.
Je nach Anzahl der Rohre 4 und der Dimensionierung des Sammelrohres 5, 6 sind eine oder mehrere Reihen von Rohren 4 nebeneinander im Sammelrohr befestigt.Depending on the number of pipes 4 and the dimensions of the collecting pipe 5 , 6 , one or more rows of pipes 4 are fastened next to one another in the collecting pipe.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Sammelrohr 5, an dem drei Reihen von Rohren 4, 4′, 4′′ befestigt sind. Die Rohrenden münden jeweils in radialer Richtung in das Sammelrohr 5. Die Verbindung erfolgt durch Einfädeln der Rohrenden in entsprechende Bohrungen im Sammelrohr 5 und anschließendes Verschweißen. Fig. 4 shows a section through a manifold 5 , on which three rows of tubes 4 , 4 ', 4 ''are attached. The tube ends each open in the radial direction into the header tube 5 . The connection is made by threading the pipe ends into corresponding bores in the collecting pipe 5 and then welding.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Sammelrohr 5, bei dem die Verbindung zwischen dem Rohr 4 und dem Sammelrohr 5 mittels eines Stutzens 13 erfolgt, der auf eine entspechende Öffnung 14 des Sammelrohres aufgesetzt ist. Das Rohr 4 ist mit dem Stutzen 13 verschweißt. Fig. 5 shows a section through a manifold 5 , in which the connection between the tube 4 and the manifold 5 takes place by means of a nozzle 13 which is placed on a corresponding opening 14 of the manifold. The tube 4 is welded to the socket 13 .
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Sammelrohr 5, bei dem die Rohre 4 in einreihiger Anordnung unmittelbar in entsprechende Öffnungen des Sammelrohres 5 eingeschweißt sind. Fig. 6 shows a section through a manifold 5 , in which the tubes 4 are welded in a row arrangement directly into corresponding openings of the manifold 5 .
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch ein Sammelrohr 5, bei dem zwei Reihen von Rohren 4′, 4′′ in paralleler Anordnung unmittelbar in entsprechende Öffnungen des Sammelrohres 5 eingeschweißt sind. Fig. 7 shows a section through a header 5 , in which two rows of tubes 4 ', 4 ''are welded in a parallel arrangement directly into corresponding openings of the header 5 .
Fig. 8 zeigt ein Sammelrohr 5, das mittels zweier Trennwände, von denen die eine (15) in der Figur dargestellt ist, in zwei getrennte Sammelräume 16, 17 unterteilt ist, die getrennte Anschlüsse 18, 19 zur Zuführung oder Abführung eines Fluids besitzen. Diese Anordnung ermöglicht es, zweierlei Fluide über ein einziges ringförmiges Sammelrohr auf die Rohre zu verteilen. Selbstverständlich kann durch zusätzliche Trennwände die Anzahl der voneinander getrennten Sammelräume noch erhöht werden. Fig. 8 shows a manifold 5 , which is divided by means of two partitions, one ( 15 ) of which is shown in the figure, into two separate plenums 16 , 17 which have separate connections 18 , 19 for supplying or discharging a fluid. This arrangement makes it possible to distribute two types of fluids to the tubes via a single annular collecting tube. Of course, the number of separate collection rooms can be increased by additional partition walls.
Fig. 9 zeigt einen Wärmetauscher ähnlich demjenigen gemäß Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß jeweils zwei getrennte Sammelrohre 5, 5′ bzw. 6, 6′ zur Zu- und Abführung von zwei unterschiedlichen Fluiden zu und aus den Rohren 4, 4′ vorgesehen sind. Die Sammelrohre 6, 6′ sind mit Anschlüssen 8, 8′ zur Zuführung, die Sammelrohre 5, 5′ mit Anschlüssen 7, 7′ zur Abführung der zwei Fluide verbunden. Im übrigen sind für analoge Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Fig. 9 shows a heat exchanger similar to that of FIG. 2, but with the difference that two separate manifolds 5 , 5 'and 6 , 6 ' for the supply and discharge of two different fluids to and from the tubes 4 , 4th 'Are provided. The manifolds 6 , 6 'are connected to connections 8 , 8 ' for supply, the manifolds 5 , 5 'with connections 7 , 7 ' for discharging the two fluids. Otherwise, the same reference numerals as in FIG. 1 are used for analog components.
Claims (13)
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