DE4302602C1

DE4302602C1 - Heat exchanger with finned tubes in roof formation - has wedge shaped fin strips, with smooth flanks, in adjacent tube bundles forming teeth engaging together

Info

Publication number: DE4302602C1
Application number: DE19934302602
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Borchert
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1993-01-30
Filing date: 1993-01-30
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2013-01-31

Abstract

At the sides (12) of adjacent tube bundles (4), the fin strips (11) are wedge-shaped, so as to form teeth engaging positively together. The wedge-shaped portions can have smooth flanks (13), they can be of trapezium cross-section, and they can be clamped under pressure and/or glued together. Where there are turbulence-inducing portions (14) pressed out from the fins, they can be pressed back into the plane of the flanks at the teeth. ADVANTAGE - Compact construction, while maintaining self supporting characteristic and increasing heat-exchange surface area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaus tausch gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.The invention relates to a device for heat out exchange according to the characteristics in the preamble of Pa claim 1.

Um bei vereinfachter Fertigung und geringerem Material aufwand große Wärmeaustauschflächen mit geringem Strö mungswiderstand gegenüber dem äußeren und inneren Tau schermedium unter weitgehender Vermeidung von Biegespan nungen und Verwerfungen der Rippen bereitstellen zu kön nen, sind im Umfang der DE 40 39 293 A1 Rippenrohrbündel bekannt, die mit in einer Reihe parallel nebeneinander angeordneten, durch wellenförmige Rippenbänder unterein ander verbundenen, in Strömungsrichtung des äußeren Tau schermediums einen langgestreckten Querschnitt aufweisen den Austauscherrohren versehen sind. Die Herstellung der Rippenrohrbündel erfolgt derart, daß zunächst den halben Querschnitt eines Austauscherrohrs bildende Rohrschalen geformt und anschließend die Rippenbänder entlang ihrer scheitelseitigen Kontaktabschnitte durch mindestens einen auf die Innenseiten der Rohrschalen gerichteten Schmelz schweißstrahl mit den Außenseiten der Rohrschalen ver schweißt werden. Zum Schluß werden die Längskanten von jeweils zwei Rohrschalen unter Bildung eines Austauscher rohrs aneinandergeschweißt.In order to simplify production and use less material large heat exchange surfaces with low flow resistance to external and internal dew medium while largely avoiding bending chips to be able to provide the ribs with faults and faults NEN, are in the scope of DE 40 39 293 A1 finned tube bundle known with in parallel in a row side by side arranged, underneath by wavy ribbed bands other connected, in the flow direction of the outer rope shear medium have an elongated cross section the exchanger tubes are provided. The manufacture of the Finned tube bundle is made so that first half Cross section of a tube shell forming an exchanger tube shaped and then the rib cords along her crest-side contact sections by at least one enamel directed towards the inside of the tube shells welding jet with the outside of the pipe shells be welded. Finally, the long edges of two pipe shells each to form an exchanger tubes welded together.

Auf diese Weise werden mithin Rippenrohrbündel geschaf fen, die aufgrund der direkten Verbindung der jeweils be nachbarten Austauscherrohre über die zwischen diesen be findlichen Rippenbänder sowie über die endseitigen Rohr böden weitgehend selbsttragend sind und eine hohe Verwin dungssteifigkeit aufweisen. Dadurch, daß die Rippenbänder an beiden jeweils einander benachbarten Austauscherrohren befestigt sind, werden sowohl die Rippenbänder als auch die Rohrflanken im wesentlichen nur Zugspannungen unterworfen, wenn sich in dem Austauscherrohren ein Va kuum ausbildet bzw. Druckspannungen ausgesetzt, wenn in den Austauscherrohren Überdruck herrscht. Aufgrund dessen ist es möglich, sehr breite Rohrflanken von 300 mm und mehr herstellen zu können. Auf diese Weise wird ein hohes Widerstandsmoment (Trägheitsmoment) erreicht und es wer den bei schlanken Austauscherrohren große Wärmeaustausch flächen mit einem geringen Strömungswiderstand gegenüber dem äußeren und inneren Tauschermedium erzielt.In this way, finned tube bundles are created fen, due to the direct connection of the respective be neighboring exchanger pipes on the be between them sensitive ribbed ribbons and on the end tube floors are largely self-supporting and have a high twist have stiffness. Because the ribbed ribbons on both mutually adjacent exchanger tubes are attached, both the ribbed ribbons as well the tube flanks essentially only tensile stresses subject if a Va forms vacuum or is exposed to compressive stresses when in there is overpressure in the exchanger tubes. Because of that it is possible to use very wide tube flanks of 300 mm and to be able to produce more. This way, a high one Section modulus (moment of inertia) is reached and who the great heat exchange with slim exchanger tubes surfaces with a low flow resistance the external and internal exchange medium.

Aufgabe der Erfindung bildet es nunmehr, die im Oberbe griff des Patentanspruchs 1 beschriebene Vorrichtung da hingehend weiterzubilden, daß unter Aufrechterhaltung ih rer Selbsttrageeigenschaft und unter Erzielung großer Wärmeaustauschflächen ihre Bauweise noch kompakter ge staltet werden kann.The object of the invention is now the Oberbe handle of claim 1 described device there to further develop that while maintaining ih self-supporting and achieving great Heat exchange surfaces their design even more compact ge can be designed.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 auf ge führten Merkmalen. According to the invention, this object is achieved in in the characterizing part of claim 1 to ge led characteristics.

Die Erfindung schafft die Voraussetzungen dafür, auch ex trem großflächige (lange und/oder breite) Austauscher wände, die in der Praxis meist dachförmig zusammenge stellt werden, aus einer größeren Anzahl von Rippenrohr bündeln zu bilden, ohne daß an den Koppelstellen der Rip penrohrbündel Wärmeaustauschflächen verloren gehen. Viel mehr werden an diesen Koppelstellen die Rippenrohrbündel gewissermaßen miteinander verklettet. Nach dem Verkletten ist jede Austauscherwand über die endseitig der Austau scherrohre vorgesehenen Verteilerkammern und Sammelkam mern einwandfrei selbsttragend. Stützgerüste in Form von z. B. Seitenwänden und Tragkämmen sind nicht erforderlich.The invention creates the conditions for ex Extremely large (long and / or wide) exchangers walls that in practice are mostly roof-shaped are made from a larger number of finned tube to form bundles without the rip at the coupling points Pen tube bundle heat exchange surfaces are lost. A lot the finned tube bundles become more at these coupling points so to speak, hooked up with each other. After the Velcro is each exchanger wall over the end of the thaw shear tubes provided distribution chambers and collecting chamber perfectly self-supporting. Support structures in the form of e.g. B. side walls and carrying combs are not required.

Die Rippenbänder jedes Rippenrohrbündels zwischen den je weils stirnseitig angeordneten Austauscherrohren können jede beliebige Konfiguration aufweisen. Bevorzugt verlau fen ihre Flanken jedoch parallel zueinander. Die Umlenk bereiche der Rippenbänder zwischen den Flanken können bo genförmig gekrümmt oder flach abgekantet sein. Obwohl die zum Verkletten zweier benachbarter Rippenrohrbündel die nenden Rippenbänder auch gekrümmte Flanken aufweisen kön nen, sofern diese eine flächige Anlage gewährleisten, be steht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aber darin, daß die keilförmigen Rippenbänder gemäß Pa tentanspruch 2 ebene Flanken aufweisen.The fins of each finned tube bundle between each because exchanger tubes arranged at the end can have any configuration. Preferably blue However, their flanks are parallel to one another. The redirect areas of the rib cords between the flanks can bo be genetically curved or beveled flat. Although the for hooking up two adjacent finned tube bundles Nenden ribbed bands can also have curved flanks insofar as these ensure a flat system, be is a preferred embodiment of the invention in that the wedge-shaped ribbed ribbons according to Pa claim 2 have flat flanks.

Eine besonders zweckmäßige Gestaltung wird in den Merkma len des Patentanspruchs 3 gesehen.A particularly useful design is in the Merkma len of claim 3 seen.

Obwohl es möglich ist, die endseitigen keilförmigen Rip penbänder von zwei benachbarten Rippenrohrbündeln ledig lich so zusammenzufügen, daß die Flanken der Rippenbänder quasi drucklos aneinander liegen, wird eine größere Si cherheit im Zusammenhalt dann erzielt, wenn die Merkmale des Patentanspruchs 4 zur Anwendung gelangen. Although it is possible to use the end wedge-shaped rip Pen straps single from two adjacent finned tube bundles Lich put together so that the flanks of the rib bands are quasi pressure-free, a larger Si Security in cohesion is achieved when the characteristics of claim 4 apply.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundge dankens besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Die Verwendung eines Klebers, insbesondere eines geeigne ten Industrieklebers, hat den Vorteil, daß beim Betrieb der Wärmeaustauschvorrichtung sowohl die Rohrflanken der den keil-, insbesondere aber trapezförmigen Rippenbändern zugeordneten Austauscherrohre als auch die keilförmigen Rippenbänder selber biegespannungsfrei gehalten werden können, wie dies bei den Rohrflanken der mittleren Aus tauscherrohre eines Rippenrohrbündels durch die jeweils beidseitig angeschweißten Rippenbänder der Fall ist. Dies trifft für transiente Überdrücke wie auch für übliche Betriebsunterdrücke zu. Im ersten Fall werden die Rippen bänder bzw. die Verbindung der Rippenbänder auf Druck, im zweiten Fall auf Zug beansprucht. Ein kraftschlüssiges Ineinanderfügen der Rippenbänder sollte jedoch derartig erfolgen, daß nach dem Zusammenfügen eine Entlastung der dabei eintretenden Biegebeanspruchungen vorgenommen wird. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß auf die Austauscher rohre mit den keilförmigen Rippenbändern kurzzeitig ein Druck aufgegeben wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß z. B. ein Keil mit einem geringen Übermaß durch die Austauscherrohre vor dem Aushärten des Klebers gezo gen wird.Another embodiment of the Grundge invention thanks is in the features of claim 5. The use of an adhesive, especially a suitable one ten industrial adhesive, has the advantage that during operation the heat exchange device both the pipe flanks of the the wedge-shaped, but especially trapezoidal ribbed bands assigned exchanger tubes as well as the wedge-shaped Ribbed belts themselves are kept free from bending stress can, as is the case with the tube flanks of the middle off exchanger tubes of a finned tube bundle through each ribbed ribbons welded on both sides is the case. This hits for transient overpressures as well as for common ones Operating pressures too. In the first case, the ribs ligaments or the connection of the rib ribbons to pressure, in second case claimed on train. A non-positive Interlocking the ribbed ribbons should be like this take place that after the assembly a relief of the occurring bending stresses is carried out. This is e.g. B. possible in that on the exchanger Briefly pipe in with the wedge-shaped ribbed bands Pressure is released. Another option is there in that z. B. a wedge with a small excess the exchanger tubes prior to curing the adhesive will.

Sind die Rippenbänder zur Verbesserung des Wärmeaus tauschs mit wechselseitig in beide Richtungen ausgeform ten Turbulatoren versehen, so wird gemäß Patentanspruch 6 zur Erzielung eines einwandfreien Klettverschlusses zwi schen zwei benachbarten Rippenrohrbündeln dafür Sorge ge tragen, daß die jeweils nach außen geformten Turbulatoren in die Ebene der Flanken der Rippenbänder zurückgedrückt werden. Diese stellen dann kein Hindernis mehr beim Zu sammenfügen von zwei benachbarten Rippenrohrbündeln dar.Are the ribbed ribbons to improve warmth swap with alternately shaped in both directions provided ten turbulators, so according to claim 6 to achieve a perfect Velcro between two adjacent finned tube bundles ensure this wear that the outward shaped turbulators pressed back into the plane of the flanks of the rib bands become. These then no longer pose an obstacle to closing assemble two adjacent finned tube bundles.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu tert. Es zeigen:The invention is based on a in the drawing Solutions illustrated embodiment explained in more detail tert. Show it:

Fig. 1 im Schema in der Stirnansicht eine Vorrich tung zum Wärmeaustausch; Fig. 1 in the schematic front view of a Vorrich device for heat exchange;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung der Fig. 1 gemäß dem Pfeil I; FIG. 2 shows a side view of the device of FIG. 1 according to arrow I;

Fig. 3 in vergrößerter perspektivischer Darstellung den Ausschnitt III der Fig. 1 und Fig. 3 in an enlarged perspective view, the section III of Fig. 1 and

Fig. 4 in nochmals vergrößerter schematischer per spektivischer Darstellung den Ausschnitt IV der Fig. 3. FIG. 4 in a further enlarged schematic view of section IV of FIG. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch bezeichnet. Hierbei kann es sich bei spielsweise um eine Vorrichtung handeln, in der Abdampf mit Hilfe von Kühlluft kondensiert wird. Die Kühlluft kann ein natürlicher Luftzug sein. Sie kann aber auch mit in den Figuren nicht näher dargestellten Ventilatoren er zeugt werden. Ferner ist eine Kombination von künstlichem und natürlichem Luftzug denkbar.In Figs. 1 and 2, a device is designated for exchanging heat with 1. This can be, for example, a device in which exhaust steam is condensed with the aid of cooling air. The cooling air can be a natural draft. But it can also be generated with fans not shown in the figures. A combination of artificial and natural drafts is also conceivable.

Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Traggerüst 2, auf welchem in dachförmiger Anordnung mehrere Reihen, beim Ausführungs beispiel zwei Reihen, von Austauscherwänden 3 vorgesehen sind. Jede Austauscherwand 3 besteht aus aneinander ge koppelten Rippenrohrbündeln 4 (Fig. 2). Die Koppelstel len sind mit KS bezeichnet. Die Rippenrohrbündel 4 beste hen jeweils aus in einer Reihe parallel nebeneinander an geordneten Austauscherrohren 5 (siehe auch Fig. 3 und 4). Die Austauscherrohre 5 besitzen einen in Strömungs richtung SR des äußeren Tauschermediums (Kühlluft) lang gestreckten Querschnitt und sind aus zwei Rohrschalen zu sammengeschweißt. Die Schweißnähte erstrecken sich ent lang der Kuppen 6 der Austauscherrohre 5. Jeweils zwei benachbarte Austauscherrohre 5 eines Rippenrohrbündels 4 sind durch wellenförmige Rippenbänder 7 untereinander verbunden. Die Rippenbänder können verschiedenartig kon figuriert sein. Sie können gekrümmte oder gerade Flanken aufweisen. Auch können die Flanken im Winkel oder paral lel zueinander verlaufen. Ihre Befestigung an den geraden Flanken der Austauscherrohre 5 erfolgt mit Hilfe des Schmelzschweißverfahrens. Die Enden der Austauscherrohre 5 sind in Rohrböden 8 festgelegt und münden einerseits in firstseitige Verteilerkammern 9 für das innere Tauscher medium (Abdampf) und andererseits in untere Sammelkammern 10 für das kondensierte innere Tauschermedium.The device 1 comprises a support frame 2 , on which several rows, for example two rows, of exchanger walls 3 are provided in a roof-shaped arrangement. Each exchanger wall 3 consists of mutually coupled finned tube bundles 4 ( Fig. 2). The coupling points are marked with KS. The finned tube bundles 4 each consist of in a row parallel to one another on arranged exchanger tubes 5 (see also FIGS. 3 and 4). The exchanger tubes 5 have an elongated cross section in the flow direction SR of the outer exchange medium (cooling air) and are welded together from two tube shells. The weld seams extend along the tips 6 of the exchanger tubes 5 . In each case two adjacent exchanger tubes 5 of a finned tube bundle 4 are connected to one another by corrugated finned bands 7 . The ribbed ribbons can be configured in various ways. They can have curved or straight flanks. The flanks can also run at an angle or parallel to one another. They are attached to the straight flanks of the exchanger tubes 5 using the fusion welding process. The ends of the exchanger tubes 5 are fixed in tube plates 8 and on the one hand open into distribution chambers 9 on the ridge side for the inner exchanger medium (exhaust steam) and on the other hand into lower collecting chambers 10 for the condensed inner exchanger medium.

Um die Rippenrohrbündel 4 einer Austauscherwand 3 ohne Verlust von Wärmeaustauschfläche und ohne zusätzliche Stützeinrichtungen miteinander zu verbinden, weisen die sich an den Stirnseiten 12 von jeweils zwei benachbarten Rippenrohrbündeln 4 einander frontal gegenüberliegenden Rippenbänder 11 einen trapezförmigen Querschnitt auf.In order to connect the finned tube bundles 4 of an exchanger wall 3 to one another without loss of heat exchange surface and without additional support devices, the finned ribbons 11 located opposite one another on the end faces 12 of two adjacent finned tube bundles 4 have a trapezoidal cross section.

Wie in diesem Zusammenhang insbesondere die Fig. 4 er kennen läßt, sind diese trapezförmigen Rippenbänder 11 formschlüssig verzahnungsartig zusammengesteckt. Das Zu sammenstecken kann drucklos erfolgen, und zwar dadurch, daß die Flanken 13 der Rippenbänder 11 aneinanderliegen. Die Rippenbänder 11 können aber auch unter Druck zusam mengefügt sein, so daß sie dann klemmend miteinander ver keilt sind. In diesem Fall ist es ferner zweckmäßig, wenn die geneigten Flanken 13 der Rippenbänder 11 miteinander verklebt sind.As in this context in particular Fig. 4 he knows, these trapezoidal ribbed ribbons 11 are interlockingly interlocked. To put together can be done without pressure, in that the flanks 13 of the ribbed belts 11 lie against each other. The ribbed belts 11 can also be joined together under pressure, so that they are then clamped together with each other. In this case, it is also expedient if the inclined flanks 13 of the ribbed belts 11 are glued together.

Zur Verbesserung der Wärmeaustauscheigenschaften sind an den Rippenbändern 7, 11 aller Austauscherrohre 5 aus den Flanken 13 herausgeformte Turbulatoren 14 vorgesehen. Diese Turbulatoren 14 sind wechselweise in die eine und andere Richtung herausgeformt. Die Fig. 4 zeigt, daß bei den trapezförmigen Rippenbändern 11, die beim Ankoppeln zweier Rippenrohrbündel 4 entsprechend den Pfeilen A, B klettartig zusammengesteckt werden, die jeweils äußeren Turbulatoren in die Ebenen der Flanken 13 zurückgedrückt sind, so daß die Rippenbänder 11 einwandfrei ineinander gefügt und miteinander klemmend verkeilt werden können. In order to improve the heat exchange properties, turbulators 14 are provided on the ribbed belts 7 , 11 of all exchanger tubes 5 from the flanks 13 . These turbulators 14 are alternately formed in one and the other direction. Fig. 4 shows that in the trapezoidal ribbed belts 11 , which are put together like Velcro when connecting two finned tube bundles 4 according to the arrows A, B, the respective outer turbulators are pushed back into the planes of the flanks 13 , so that the ribbed belts 11 fit together perfectly and can be wedged together.

BezugszeichenaufstellungList of reference symbols

1 Vorrichtung zum Wärmeaustausch
2 Traggerüst
3 Austauscherwände
4 Rippenrohrbündel
5 Austauscherrohre
6 Kuppen v. 5
7 mittlere Rippenbänder
8 Rohrböden
9 Verteilerkammer
10 Sammelkammer
11 endseitige Rippenbänder
12 Stirnseiten v. 4
13 Flanken v. 11
14 Turbulatoren
A Pfeil
B Pfeil
KS Koppel stellen
SR Strömungsrichtung 1 device for heat exchange
2 supporting structure
3 exchanger walls
4 finned tube bundles
5 exchanger tubes
6 crests 5
7 medium ribbed bands
8 tube sheets
9 distribution chamber
10 collecting chamber
11 ribbed rib ends
12 end faces from 4th
13 flanks from 11
14 turbulators
A arrow
B arrow
Put KS coupling
SR flow direction

Claims

1. A device for heat exchange, which in particular roof-shaped arrangement includes a plurality of shear walls ( 3 ) coupled to one another ( 3 ), with each finned tube bundle ( 4 ), of which each finned tube bundle ( 4 ) is arranged in a row parallel to one another by wavy ribbed belts ( 7 , 11 ) underneath the connected, in the flow direction (SR) of the outer exchange medium having an elongated cross-section and consisting of two tube shells welded together exchanger tubes ( 5 ), the ends of which are defined in tube sheets ( 8 ) on the one hand in distribution chambers ( 9 ) and on the other hand in collecting chambers ( 10 ) for the inner exchange medium, characterized in that the end faces ( 12 ) of each two adjacent rip pen tube bundles ( 4 ) face to face opposite each other, the ribbed belts ( 11 ) have a wedge-shaped cross-section and are interlocked with each other in a form-fitting manner.

2. Device according to claim 1, characterized in that the ribs having a wedge-shaped cross-section ( 11 ) have flat flanks ( 13 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the ribbed belts ( 11 ) have a trapezoidal cross section.

4. Device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the wedge-shaped ribbed belts ( 11 ) are clamped together under pressure.

5. Device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the inclined flanks ( 13 ) of the ribbed belts ( 11 ) are glued to each other.

6. Device according to one of claims 1 to 5, with from the flanks ( 13 ) of the ribbed belts ( 7 , 11 ) alternately shaped in both directions Turbulato ren ( 14 ), characterized in that the outwardly shaped turbulators ( 14 ) the wedge-shaped rib bands ( 11 ) are pressed back into the planes of the flanks ( 13 ).