DE3925704C2

DE3925704C2 -

Info

Publication number: DE3925704C2
Application number: DE19893925704
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Martin (Fh), 7911 Holzheim, De
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1991-06-06
Also published as: EP0411404A1; DE3925704A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem Wärmeaustauscher der genannten Art (etwa nach der DE-OS 21 53 654) soll durch die Verwendung von Rippenrohren als Innenrohre ein relativ langer Weg für das zweite Wärmeübertra gungs-Medium um das Innenrohr - und damit ein guter Wärmeübergang - erzielt werden.

Die Fertigungsweise dieser Wärmeaustauscher (nämlich das Ein schieben des Innenrohres in den Rohrmantel) bringt es jedoch mit sich, daß im fertigen Wärmeaustauscher die Enden der Rippen des Rippenrohres selten an der Innenoberfläche des äußeren Rohrmantels anliegen, d. h. es bilden sich Bypässe. Insbesondere bei Verwen dung von relativ zähen Medien (Öl, Benzin, Blut) führt der sich ausbildende Druckabfall dazu, daß das zweite Wärmeübertragungs- Medium zumindest teilweise vom Weg des Schraubkanals abweicht und sich den Weg durch die Bypässe sucht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Wärmeaustauscher der genannten Art so auszubilden, daß für das zweite Wärmeüber tragungs-Medium der Weg im Schraubkanal über die gesamte Länge des Wärmeaustauschers gewährleistet wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rohr mantel als ein an den Enden der Rippen anliegender Schrumpf schlauch ausgebildet ist.

Damit ergibt sich zugleich der Vorteil der Gewichtseinsparung. Zudem läßt sich der Wärmeaustauscher kostengünstig herstellen, was insbesondere bei dessen nur einmaliger Verwendung von Bedeutung ist, wie etwa bei der Temperierung von Blut in Herz-Lungen-Maschinen.

Unter "Schrumpfschläuchen" sollen dabei solche Schläuche verstanden werden, die im thermoelastischen Bereich zur Verfestigung gereckt werden, wobei die Reckeffekte eingefroren werden, und bei denen die Reckeffekte bei entsprechendem Erwärmen wieder zurückgehen.

Es ist zwar aus der DE-OS 30 21 028 bereits bekannt, bei einem Wärmeaustauscher mit mehreren glatten Innenrohren, insbesondere bei Koaxial-Verdampfern, u. a. aus Kostengründen als Außenrohr einen flexiblen Schlauch zu verwenden; dadurch wurde allerdings nicht nahegelegt, die Materialeigenschaften des flexiblen Schlauchs zur Abdichtung bei berippten Innenrohren auszunutzen.

Aus der CH-PS 5 26 083 und der FR-PS 11 09 907 ist es weiterhin bekannt, das Rippenrohr mit einem Kunststoffrohr zu umgeben.

Der Schrumpfschlauch besteht vorzugsweise aus Polyolefin oder Poly vinylidenfluorid. Insbesondere für den bereits angesprochenen Zweck als Blut-Wärmeaustauscher empfiehlt es sich, daß der Schrumpfschlauch durchsichtig ist, um die Blasenfreiheit des Blutes zu überwachen.

Die endseitige Abdichtung des Wärmeaustauschers wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Schrumpfschlauch jeweils an den unbe rippten Rohrenden des Innenrohres anliegt bzw. nach einer alter nativen Ausführungsform jeweils eine gegenüber den unberippten Rohrenden des Innenrohres abgedichtete Ringscheibe umschließt. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlußstutzen für die Ein- und Auslaßöffnung für das zweite Wärmeübertragungs-Medium bereits im Schrumpfschlauch integriert. Dabei ist die fluchtende Anordnung der Anschlußstutzen bevorzugt. Es empfiehlt sich weiterhin, daß der Durchmesser der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung für das zweite Wärmeübertragungs-Medium bei ein gängig umlaufenden Rippen im wesentlichen der Rippenteilung t_R bzw. bei mehrgängig umlaufenden Rippen im wesentlichen der Stei gung der Rippen entspricht (Rippenteilung t_R = Abstand von Rippenmitte zu Rippenmitte; bei n-gängig umlaufenden Rippen ist die Steigung = n×t_R).

Das Verhältnis Rippenhöhe h_R/Rippenteilung t_R liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 8.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 Längsschnitte durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.

Der Wärmeaustauscher nach den Fig. 1/2 besteht aus einem Innenrohr 1, das als Rippenrohr mit (ein- oder mehrgängig) schraubenlinienförmig umlaufenden, äußeren Rippen 2 ausgebildet ist, und einem äußeren Rohrmantel 3, der als Schrumpfschlauch ausgebildet ist.

Der Schrumpfschlauch 3 ist derart auf das Rippenrohr 1 aufgezogen, daß es fest an den Rippenenden 2′ anliegt, so daß Bypässe ver mieden werden.

Der Schrumpfschlauch 3 wird beispielsweise im Bereich von 100 bis 250°C mit einem Heißluftgebläse geschrumpft.

Zur endseitigen Abdichtung schließt der Schrumpfschlauch 3 gemäß Fig. 1 jeweils mit den unberippten Enden 1′ des Innenrohres 1 ab, gemäß Fig. 2 umschließt er jeweils eine Ringscheibe 4, die gegenüber den unberippten Enden 1′ mit einem O-Ring 5 abgedichtet ist.

Der Schrumpfschlauch 3 weist jeweils eine Einlaßöffnung 6 mit zugeordnetem Anschlußstutzen 7 und eine Auslaßöffnung 8 mit zugeordnetem Anschlußstutzen 9 auf. Die Öffnungen 6/8 sind im Endbereich des Wärmeaustauschers angeordnet. Die Anschlußstutzen 7/9 sind bereits in den Schrumpfschlauch integriert und in den Fig. 1/2 fluchtend dargestellt.

In Fig. 1 sind ebenfalls der Rohraußendurchmesser (Rippendurch messer) d_R, die Rippenhöhe h_R, der Kerndurchmesser d_K, der Innen durchmesser d_I, die Kernwanddicke w sowie die Rippenteilung t_R eingezeichnet.

Im Betrieb des Wärmeaustauschers durchströmt ein erstes Wärme übertragungs-Medium (beispielsweise Öl, Benzin, Blut) den Schraub kanal 10 von der Einlaßöffnung 6 bis zur Auslaßöffnung 8. Das zweite Wärmeübertragungs-Medium (beispielsweise Wasser) wird im Innenrohr 1 im Gleich- oder im Gegenstrom geführt. Durch den langen Weg des Schraubkanals 10 wird eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. Der durchströmte Schraubkanal 10 läßt sich durch die Rippenteilung t_R, die Rippenhöhe h_R und durch 1-, 2- bzw. mehrgängiges Walzen der Rippen 2 den gewünschten Bedingungen und Einbaumaßen anpassen.

Ausführungsbeispiel

Es wurde ein Blut-Wärmeaustauscher aus einem Rippenrohr 1 (mit den Abmessungen nach folgender Tabelle) und aus einem Schrumpfschlauch 3 hergestellt. Dabei wies das Rippenrohr 1 zusätzlich 25 unter einem Steigungswinkel von 25° zur Rohrlängsachse umlaufende Innenrippen auf.

Rippenteilung t_R\|2,5 mm
Rippendurchmesser d_R	28,0 mm
Rippenhöhe h_R	7,0 mm
Kerndurchmesser d_K	14,0 mm
Wanddicke w	1,25 mm
(lichter) Innendurchmesser d_I	11,0 mm
Länge	22,5 cm

Der Schrumpfschlauch 3 aus Polyvinylidenfluorid wurde ausgehend von einem Außendurchmesser von 30 mm bei etwa 180°C auf das Rippenrohr 1 aufgeschrumpft.

Beim Betrieb floß Blut im Schraubkanal 10 von der Einlaßöffnung 6 bis zur Auslaßöffnung 8. Die Innenseite des Rippenrohres 1 wurde im Gegenstrom mit Wasser von 37°C beaufschlagt - zur Erwärmung des Blutes von 30°C und Kühlung von 40°C.

Der Blut-Wärmeaustauscher zeigte ausgezeichnete Wärmeübertra gungseigenschaften.

Claims

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Innenrohr (1), das als Rippenrohr mit auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufenden, integralen Rippen (2) ausgebildet ist und das von einem ersten Wärmeübertragungs-Medium durchströmt wird, und aus einem das Innenrohr (1) unter endseitiger Abdichtung umschließenden Rohrmantel (3), wobei der Rohrmantel (3) einen dem Außendurchmesser des Innenrohres (1) entsprechenden Innendurchmesser und jeweils eine Einlaß- (6) und eine Auslaßöffnung (8) für ein zweites Wärmeübertragungs-Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (3) als ein an den Enden (2′) der Rippen (2) anliegender Schrumpfschlauch ausgebildet ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (3) vorzugsweise aus Polyolefin oder Polyvinylidenfluorid besteht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (3) durchsichtig ist.

4. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (3) jeweils an den unberippten Rohrenden (1′) des Innenrohres (1) anliegt.

5. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (3) jeweils eine gegenüber den unberippten Rohrenden (1′) des Innenrohres (1) abgedichtete Ringscheibe (4) umschließt.

6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (7, 9) für die Einlaß- und Auslaßöffnung (6, 8) für das zweite Wärmeübertragungs-Medium im Schrumpfschlauch (3) integriert sind.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (7, 9) fluchten.

8. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (6, 8) für das zweite Wärmeübertragungs-Medium bei eingängig umlaufenden Rippen (2) im wesentlichen der Teilung t_R bzw. bei mehrgängig umlaufenden Rippen (2) im wesentlichen der Steigung der Rippen (2) entspricht (Steigung = n × t_R.

9. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Rippenhöhe h_R/Rippenteilung t_R im Bereich von 1 bis 8 liegt.