DE402945C - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher mit eingewalzten runden Kühlröhren, wie ölkühler, Druckluftkühler, Kondensatoren, Lufterhitzer u. dgl. Zweck der Erfindung ist bei derartigen Apparaten, einerseits den Flüssigkeitswiderstand zu verringern und anderseits die Kühlwirkung zu erhöhen. Dies geschieht gemäß der Erfindung bei den Röhrenapparaten, welche

ίο mit quer zu den Rohren liegenden Scheidewänden ausgestattet sind und bei denen die Mitte der Rohrbündel aber von Röhren frei bleibt, dadurch, daß die Mitte des Rohrbündels in solchem Umfang von Rohren befreit ist, daß die Geschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit an den Stellen des mittleren Richtungswechsels nicht größer wird als die in den Zuführungsstutzen herrschende, nach Maßgabe der zulässigen Druckverluste der strömenden Flüssigkeit errechnete Geschwindigkeit. Dabei umspült die Flüssigkeit die Röhren vorwiegend im Querstrom, und ihr Durchgang durch die Mittelöffnungen der Scheidewände ist nicht durch Rohre gehindert.

Es ist an sich bekannt, in Röhrenapparaten, beispielsweise Ölkühlern, zwecks mehrfacher Umleitung des Kühlwassers Scheidewände anzubringen, von denen je eine Gruppe mit einer Mittelöffnung und umfänglichem Abschluß gegen den Gehäusemantel abwechselt mit einer anderen Gruppe von Wänden, die am Umfange des Mantels nicht anliegen, aber in der Mitte geschlossen sind. Mit dieser Anordnung wurde zwar erreicht, daß das Kühlmittel im Querstrom zu den Röhren floß, in der Mitte trat aber eine sehr starke Verengung des Strömungsquerschnittes und daher ein starker Strömungswiderstand ein, der die Pumpenleistung ungünstig beeinflußte.

Es sind ferner Oberflächenkondensatoren bekannt, bei denen stehende Kühlrohre von flach-nierenförmigem Querschnitt verwendet werden, die um eine mittlere öffnung herum in gleichförmigem Abstande voneinander angeordnet sind und bei denen die Umführung des Kühlmittels auch mit Hilfe von in der Mitte oder am Umfang den Durchtritt gestattenden Leitblechen erfolgt. Bei diesen Kondensatoren wurde auch bereits der achsiale Teil des Gehäuses mit Röhren unbesetzt gelassen, aber nur, weil sonst ein Durchgang des einen Mittels im Schlnngenwege zwischen den Röhien überhaupt nicht mehr möglich wäre.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen:

Abb. ι und 2 die bisherige Bauart und
Abb. 3 und 4 die neue Bauart.
Bei beiden Konstruktionen wird die Kühlfläche durch gerade Rohre 1 gebildet, die in Böden 2 und 3 eingewalzt sind. Das Rohrbündel ist umgeben von einem Gehäuse 4, an welches sich die Wasserkammern 5 und 6 anschliessen.

Je nach dem Verwendungszweck des Röhrenapparates handelt es sich um den Wärmeaustausch zwischen Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten, die in der Beschreibung der Einfachheit halber als »Flüssigkeiten« bezeichnet sind.

Die eine Flüssigkeit strömt durch die Rohre von unten nach oben, die andere im Gegenstrom um die Rohre von oben nach unten.

Zur Erzielung eines gleichmäßigen und energischen Wärmeaustausches ist der Strömungsweg der um die Rohre fließenden Flüssigkeiten in bekannter Weise durch quer-

liegende Scheidewände unterteilt. Die mit 7 bezeichneten Scheidewände liegen mit ihrem Umfang an der Gehäusewand an und sind in der Mitte mit Öffnungen 8 versehen, während die jeweils zwischen zwei solchen Scheidewänden liegenden Scheidewände 9 einen größeren Abstand von der Gehäusewand haben. Die Flüssigkeit ist somit gezwungen, radial und quer zu den Rohren, einmal von außen nach

innen und nach Passieren der mittleren öffnungen wieder von innen nach außen zu strömen. Bei der Bewegung der Flüssigkeiten von außen nach innen vergrößert =sich ihre Geschwindigkeit entsprechend dem mit dem Mittelpunktabstand kleiner werdenden Querschnitte und erreicht ihren Höchstwert beim Durchgang durch die mittleren Öffnungen in den Scheidewänden. An diener Stelle tritt gleichzeitig der Wechsel in der Strömungsrichtung ein, so daß die Flüssigkeit hier in der Längsrichtung der Rohre fließt. Es ist bekannt, daß die Längsströmung keinen so günstigen Wärmeübergang ergibt wie die Querströmung, und es wäre daher ein Vorteil, wenn die Flüssigkeit nur im Querstrom um die Rohre geführt werden könnte. Der Anteil des Querstroms am Gesamtströmungsweg ist jedoch abhängig von der Größe der Löcher der Scheidewände, und um die Querströmungsstrecken nach Möglichkeit zu verlängern, muß der Durchmesser der Löcher klein gehalten werden. Dies hat aber zur Folge, daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit beim Durchgang durch die Mittellöcher der Scheidewände 7 sehr groß ist, was durch einen ungebührlich großen Widerstand in die Erscheinung tritt. Besonders ist dies bei viskosen Flüssigkeiten, wie Öl, der Fall, und da die bei Ölkühlanlagen gebräuchlichen Umwälzpumpen gegen Widerstand sehr empfindlich sind, so wird die in der Zeiteinheit umzuwälzende Ölmenge dem Widerstände entsprechend niedrig ausfallen, was wiederum die Kühlwirkung beeinträchtigt, besonders dann, wenn das Öl durch zeitweise vorkommende niedrige Temperaturen dickflüssig geworden ist. Es ergibt sich demnach, daß die Teile des Strömungsweges, die innerhalb der mittleren Rohrgruppen liegen, den Hauptanteil am Gesamtwiderstand nehmen, und daß ferner die durch die Mittelrohre gebildete Kühlfläche wegen der Längsströmung nicht in dem gleichen Maße wie die übrige Kühlfläche zur Wirkung kommt.

In Erkenntnis dieser Tatsachen ist vorliegende Erfindung entstanden, und sie bezweckt die Verringerung des Widerstandes und Erhöhung der Kühlwirkung durch Entfernung der mittleren Rohre und Anordnung derselben am äußeren Umfange, wie dies in den Abb. 3 und 4 dargestellt ist. Der Durchmesser des Bündels wird hierdurch nur unerheblich größer, so daß keine wesentliche Verteuerung des Apparates durch die Umgruppierung der Rohre eintritt. Die Flüssigkeit umspült die Rohre fast nur noch im Querstrom, und durch die 65" Freilegung des mittleren Strömungsweges wird der Widerstand auf einen Bruchteil des bei den Apparaten der gebräuchlichsten Bauart auftretenden Widerstandes vermindert.

Die Leistung eines Röhrenapparates hängt im wesentlichen von der Warmeübergangszahl und diese von der Geschwindigkeit der Flüssigkeiten ab. Da bei Bestimmung der erforderlichen Kühlfläche die zugrunde zu legenden mittleren Geschwindigkeiten nach Maßgabe des zulässigen Höchstwiderstandes gewählt werden, so folgt, daß bei verringertem Widerstände die Geschwindigkeiten höher angenommen werden können und sich somit für die gleiche Leistung ein kleinerer Apparat ergibt.

Auch bei Kondensatoren und Vorwärmern der vorliegenden Bauart, bei denen der Dampf um die Rohre strömt, bedeutet die Weglassung der Mittelrohre einen wesentlichen Fortschritt gegenüber den bekannten Apparaten, da die Verringerung des Widerstandes innerhalb des Röhrenapparates einer Steigerung der Leistung der Dampfkraftanlagen gleichkommt. Auch für die Zwischenkühler von Kompressoren bedeutet die Erfindung einen wesentliehen Fortschritt, zumal da die heute vor- * zugsweise verwendeten Turbokompressoren gegen Druckerhöhung äußerst empfindlich sind.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Wärmeaustauscher mit runder oder polygonaler Anordnung, bei dem je eine Scheidewand mit Mittelöffnung aber umfänglichen Abschluß gegen den Mantel abwechselt mit je einer geschlossenen Scheidewand, die am Umfarg des Mantels einen Durchlaß bildet, und bei dem in der Mitte des Rohrbündels einzelne Rohre weggelassen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte des Rohrbündels in solchem Umfang von Rohren befreit ist, daß die Geschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit an den Stellen des mittleren Richtungswechsels nicht größer wird als die in den Zuführungsstutzen herrschende, nach Maßgabe der zulässigen Druckververluste der strömenden Flüssigkeit errechnete Geschwindigkeit.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.