DE668647C

DE668647C - Tube bundle heat exchanger for gaseous and liquid media

Info

Publication number: DE668647C
Application number: DEB171907D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hellmuth Haehndel
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1935-11-24
Filing date: 1935-11-24
Publication date: 1938-12-07

Description

Rohrbündelwärmeaustauscher für gasförmige und flüssige Mittel Die Erfindung bezieht sich auf Rohrbündelw.ärmeaustauscher für gasförmige und flüssige Mittel, bei dem der Gas- und Flüssigkeitsstrom in ,einem spiralförmigen, von Leitblechen eingeschlossenen Rauar quer zu den in diesem angeordneten Rohren ,geführt wird. Derartige Wärmeaustauscher haben bekanntlich den Vorzug, daß der Temperaturwechsel rasch erlangt werden kann. Ein weiterer Vorteil :ergibt sich saus der Vermeädung von quer zu den Rohren angeordneten Lenkwänden, durch die das zu behandelnde Mittel in einem Zickzackstro:m bzw. Kreuzs rom an dien Wärmeausstau:schrohren vorbeigeführt wird. Derartige Umlenkwändeerhöhen den Widerstand des Kühlers bedeutend.Shell and tube heat exchangers for gaseous and liquid media Die Invention relates to tube bundle heat exchangers for gaseous and liquid Means in which the gas and liquid flow in, a spiral, of baffles enclosed Rauar transversely to the pipes arranged in this. Such heat exchangers are known to have the advantage that the temperature change can be obtained quickly. Another advantage: it results from the avoidance of baffles arranged transversely to the pipes through which the agent to be treated in a zigzag flow or crossed flow past the heat exchange tubes will. Such baffles add significantly to the drag of the cooler.

Bei bekannten Ausführungen solcher Wärmeaustauscher wurden bisher allgemein nur glatte Rohre verwendet, die in Zuführungskammern bzw. Umlenkkarnmern für-das Kühlmittel einmünden. Diese Kammern werden teils von einem besonderen Deckel und den Tragblechen der Wärmeaustauschrohre begrenzt, teils von dem Gehäuse zur Aufnahme des Rohrbündels selbst um"s,Ghlossen. Bei einer anderen Bauart sind besondere Umkehrstücke vorgesehen, welche -die einzelnen Wärmeaustauschrohre miteinander verbinden.In known designs of such heat exchangers were previously generally only smooth tubes are used in feed chambers or deflection chambers for-the coolant flow in. These chambers are partly covered by a special cover and limited to the support plates of the heat exchange tubes, partly from the housing to The tube bundle itself is taken up by "s, glands. Another type of construction is special Reversing pieces are provided which connect the individual heat exchange tubes with one another.

Es sind .auch aus Rippenrohren bestehende Kühlelemente bekannt, bei denen,das. zu kühlende Mittel ebenfalls im Querstrom zu den Wärmeaustauschrohren, und zwar zwischen Versteifungswänden geführt wird, die gleichzeitig zur Umlenkung dienen, also den Kühlerwi.ders-tand erhöhen. Bei einer besonderen Bauart, die die Führung ohne Umlenkung ermöglicht, isst ein günstiger Wärmeaustausch nichterreichbar, da das zu behandelnde Mittel infolge der spiralförmig gebogenen Wärmeau:staus.chrohre ungleichmäßigen Temperaturen ausgesetzt ist. Durch die eigenartig geformten Rohre werden aber auch :die Herstellungskosten wesentlich gesteigert.There are also known cooling elements consisting of finned tubes those that. Medium to be cooled also in cross flow to the heat exchange tubes, namely is guided between stiffening walls, which at the same time for deflection serve, i.e. increase the radiator resistance. With a special design that the Allows guidance without diversion, eats a favorable heat exchange not attainable, because the agent to be treated is due to the spiral-shaped curved heat build-up pipes exposed to uneven temperatures. Because of the peculiarly shaped pipes but also: the production costs are increased significantly.

Der Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich demgegenüber dadurch, daß Leitbleche und diese umsscliließende Mantelbleche zwischen Tragringen angeordnet sind, die in. bekannter Weise gerade Rippenrohre aufnehmen und mit einem ringförmigen und einem scheibenfösrmig.en Vers,chlußstück, in die Nuten zur Überbrückung der Eintritts- und AustrIttsöffnungen von je zwei awfeinanderfolgenden Rohren eingearbeitet sind, zu einem ausSz@ehbsaren Körper vereinigt sind. Durch diese Anordnung wird der Aufbau des Wärme:austauschers wesentlich vereinfacht, die Raumbeanspruchung geringer und die üb.erwachung und Reinigung der Kühlflächen .erleichtert. Ferner wird durch die Verwendung von Rippenrohren und die Vermeidung verhältnismäßig großer Umlenkräume die Bauhöhe und damit das. Gewicht des Wärmeaust;aus,chers verringert. Der Wärmeaustausch ist aber auch günstiger, da mit Rippenrohren :eine etwa acht- bis zehnmal so große Kühlwirkung gegenüber glatten Rohren gleicher., Baulänge erzielbar ist und durch die Ai-@ ordnung der Mantelbleche der Warmeül3 t gang zwischen dem bereits gekühlten dem noch ungekühlten Mittel verhin:dertwi In den Abb. 1, 2, 3 und 4. sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes angegeben, und zwar zeigt Abb. i einen zylindrischen Gaskühler im Längsschnitt nach Linie i-i (s. Abb. 2), Abb. z und 3 Querschnitte nach Linie 2-2 und 3-3 (s. Abb, i ) und Abb. 4 einen Wärmeaustausch-er in einer eckigen Spiralförm, schematisch im Querschnitt dargestellt. Beide Wärmeausitauischer haben mit Rippen versehene Rohre.The heat exchanger according to the present invention features In contrast, the fact that guide plates and these surrounding cladding plates Are arranged between support rings, the straight finned tubes in a known manner and with a ring-shaped and a disc-shaped verse, closing piece, into the grooves for bridging the inlet and outlet openings of two each are incorporated into successive tubes, combined to form an ausSz @ ehbsaren body are. This arrangement significantly simplifies the structure of the heat exchanger, the space requirement is lower and the monitoring and cleaning of the cooling surfaces .relieved. Furthermore, through the use of finned tubes and avoidance relatively large deflection spaces, the overall height and thus the weight of the heat exchange; from, chers decreased. The heat exchange is but also cheaper, because with finned tubes : a cooling effect that is about eight to ten times greater than that of smooth pipes of the same type., Overall length is achievable and by the Ai- @ order of the cladding sheets of the warmth 3 t prevented the passage between the already cooled and the uncooled medium: dertwi In Figs. 1, 2, 3 and 4, for example, embodiments of the subject of the invention are indicated, namely Fig. i shows a cylindrical gas cooler in longitudinal section Line i-i (see Fig. 2), Fig. Z and 3 cross-sections along lines 2-2 and 3-3 (see Fig. i) and Fig. 4 a heat exchanger in an angular spiral shape, schematically shown in cross section. Both heat exchangers have ribs Tube.

In diesen Abbildungen bezeichnet 5 ein Gehäuse mit einem Bordring 7, auf den der fertig zusammengebaute Kühlkörper 6 aufgesetzt und durch Druckschrauben 8 gedrückt wird. Der Kühlkörper hat einen Hohlraum i o, der durch ein. Mantelblech 12 am Umfange abgegrenzt und durch das Bodenstück 14 unten abgeschlossen ist, während das Kopfstück 15 durch seine Bohrung dem durch den Stutzen 16 -in den Vorraum 18 eintretenden Gas den Zugang zum Hohlraum frei Mt. Um den Mantel 12 herum sind Rippenrohre 20 in Richtung der Mittelachse des zylindrischen Mantels 12 angeordnet, die mit ihren Enden in den Ringen 21, 22 eingewalzt sind; die Ringe haben einen Abstand voneinander, der gleich der :Länge des Mantels 12 ist. Von außen wird das Rohrbündel mit seinen Würmeaustauschrippen von einem zweiten ebenso längen Mantel 24-umsehlossen. Beide Mäntel haben einen Längsschlitz 26 bzw- 28, und es ist ein Leitblech 3o von der linken Schlitzkante des Mantels 12 zur rechten Schlitzkante des Mantels 24 angeordnet, so daß zwischen den beiden. Mänteln ein D@urchflußraum entsteht, der den Durchfluß- auf dem Wege nach .Art einer Spirale .gestattet.In these figures, 5 denotes a housing with an edge ring 7, onto which the fully assembled heat sink 6 is placed and pressed by pressure screws 8. The heat sink has a cavity io that passes through a. Cladding sheet 12 is delimited at the periphery and closed by the bottom piece 14 at the bottom, while the head piece 1 5 gives access to the cavity through its bore for the gas entering the anteroom 18 through the nozzle 16 Arranged in the direction of the central axis of the cylindrical shell 12, the ends of which are rolled into the rings 21, 22; the rings are spaced apart from one another which is equal to the length of the jacket 12. From the outside, the tube bundle with its worm exchange ribs is surrounded by a second jacket 24 of the same length. Both jackets have a longitudinal slot 26 or 28, and a guide plate 3o is arranged from the left slot edge of the jacket 12 to the right slot edge of the jacket 24, so that between the two. Sheaths a flow space is created, which. Permits the flow on the way to .Art of a spiral.

Zwischen den Rohren sind Führungsbleche 32, 34 vorgesehen, die die Rippenrohre teilweise umfassen und einen Kanal 3.3 bilden, der in der Lücke zwischen je zwn. Rohren so verengt ist, daß die Gasg@eschwindigkea an den Rohrrippen und an dieser verengten Stelle ungefähr gleich ist.Guide plates 32, 34 are provided between the tubes, which the Finned tubes partially enclose and form a channel 3.3, which in the gap between each between Pipes is narrowed so that the gas @ eschwindigkea at the pipe ribs and is roughly the same at this narrowed point.

Das Kopfstück 15 hat an -der Stelle, an welcher die Rohre 20 ausmünden, einen ausgefrästen Raum 35, der je zwei benachbarte Rohröffnungen überbrückt.. Auch das. Fußstück 14 besitzt solche Ausfräsungen 37. Die Ausfräsungen im -Kopfstück und 'Fußstück sind zueinander versetzt (s. Abb. g), so daß der Ström des Wärmeaustauschmittels nacheinander durch die Rohre .geführt wird. In die Aussparung 35 des Kopfstückes sind für den Eintritt und Austritt des Wärmeaustauschmittels Stuitzen 38 und 39 :eingeführt, die den Gehäusedeckel durchdringen und gegen -das Kopfstück i 5 gepreßt sind. Zwia@ben dem ,äußeren Mantel 24 und der Wand .:rl,s Gehäuses 5 ist ein Zwischenraum 40 und ,`:°am Gehäuse der Stützen 42 vorgesehen, der für den Austritt des Wärmeaustauschmittelsi dient.The head piece 1 5 has at the point at which the pipes 20 open out a milled space 35 which bridges two adjacent pipe openings offset (see Fig. g), so that the flow of the heat exchange medium is. led one after the other through the pipes. In the recess 35 of the head piece, supports 38 and 39 are inserted for the entry and exit of the heat exchange medium, which penetrate the housing cover and are pressed against the head piece i 5. Between the outer jacket 24 and the wall.: Rl, s housing 5, a space 40 and `: ° is provided on the housing of the supports 42, which is used for the exit of the heat exchange medium.

Das zu kühlende Gas tritt durch. den Stutzen 16 in den Vorraum 18 und dann im den Hohlraum i o ein. Dort wird @es umgelenkt und strömt durch den Schlitz 26 in das Rohrbündel. Die Führungsbleche 32, 34 leiten -es dicht um die Wärmeäustauschflächen und zwingen es, ,alle Rohre 2o nacheinander mit einer erheblichen Geschwindigkeit zu bestreichen. Durch den Schlitz z8 tritt dann das Gas in en Zwischenraum 4o, von wo es durch -den Stutzen 42 abströmt.The gas to be cooled passes through. the connecting piece 16 into the vestibule 18 and then in the cavity i o. There @es is deflected and flows through the slot 26 into the tube bundle. The guide plates 32, 34 guide it tightly around the heat exchange surfaces and force it to, all pipes 2o one after the other at a considerable speed to spread. The gas then passes through the slot z8 into the intermediate space 4o, from where it flows out through the nozzle 42.

Das Kühlwasser, das durch den Stutzen 38 in die Ausfräsung 35 des Kopfstückes 15 eintritt, durchströmt das in diese Ausnehmung einmündende Rohr und gelängt in die Ausfräsung 37 des Dieckelstückes 14; von hier- aus strömt es durch das in die Ausnehmung 37 einmündende zweite Rohr in eine zweite Ausfräsung 35 des Kopfstückes usf., bis es sämtliche Rohre -nacheinander durchlaufen hat und durch den Stutzen 39 wieder austritt. Der Kühlwasserlauf kannnatürlich auch an die Stelle des Gasweges treten.The cooling water that flows through the nozzle 38 into the recess 35 of the Head piece 15 enters, flows through the opening into this recess pipe and lengthened into the cutout 37 of the dieckelstückes 14; from here it flows through the second tube opening into the recess 37 into a second cutout 35 of the Head piece, etc., until it has passed through all the pipes one after the other and through the connection 39 emerges again. The cooling water run can of course also take place step on the gas path.

Ein wesentlicher Vorzug der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Mantelblechen 12 und 24 und den Führungsblechen 32 und 34 Isolierräume ,gebildet werden, welche den Wärmeübergang nach dem Außenraum 4o bzw: nach dem Innenraum i o hemmen.A major advantage of the invention is that between the jacket plates 12 and 24 and the guide plates 32 and 34 insulating spaces formed are, which the heat transfer to the exterior 4o or: to the interior i o inhibit.

Bei der in Abb. 4 dargestellten Ausführung sind -je: zwei nebeneinander gesetzte Kühlblöcke 5o in einem Gehäuse im Zuge einer Spirale angeordnet, indem die Kühlblücke, welche rechteckige Kühlrippen 54 aufweisen, zwischen die Führungswände 51 gesetzt werden. Das Wärmeaustauschmittel kann entweder in den mittleren Raum 52 eintreten. und am Ende der Spirale 55 austreten, oder es kann die umgelehrte Strömungsrichtung gewählt werden. Das Kühlwasser wird durch die Kühler entweder in Hintereinander- oder in Parallelschaltung geführt: Im übrigen sind hier die gleichen Einrichtungen bei entsprechender Abänderung der baulichen Gestaltung, getroffen, die beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 1, 2 und 3,angegeben sind.In the embodiment shown in Fig. 4, there are two next to each other set cooling blocks 5o arranged in a housing in the course of a spiral by the cooling blocks, which have rectangular cooling fins 54, between the guide walls 51 can be set. The heat exchange medium can either be in the middle room 52 enter. and exit at the end of the spiral 55, or it can be the reversed one Direction of flow can be selected. The cooling water is passed through the radiator either in series or in parallel: Otherwise, the same here Facilities in the event of a corresponding change to the structural design, which in the embodiment according to Fig. 1, 2 and 3 are given.

Claims

PATENT TO PR.UCH: Shell and tube heat exchanger for gaseous and liquid media, in which the gas and liquid flow is guided in a spiral-valley-shaped space enclosed by baffles across the finned tubes arranged therein, characterized in that baffles ( 32, 34) and these enclosing M, axel plates (24, 12) are arranged between 22), which receive straight finned tubes (20) and with an annular and a disk-shaped closure piece (r5., I4) in the grooves (35 , 37) for bridging the entry and exit openings in front of two consecutive tubes (2o) are incorporated into an extendable body.