DE7729039U1 - Wärmeübertrager für flüssige und/ oder gasförmige Medien - Google Patents

Description

R. & G. Schmöle Metallwerke GmbH & Co. KO₁ 5750 Menden Wärmeübertrager für flüssige und/oder gasförmige Medien

Die Neuerung betrifft einen Wärmeübertrager für flüssige und/oder gasförmige Medien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem solchen Wärmeübertrager durchströmt z.B. ein heißes flüssiges und/oder gasförmige^ Medium die Rohre und erwärmt ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium, welches durch das Gehäuse geleitet wird und dabei an den Außenwandungen der Rohre entlang fließt. Ein umgekehrter Wärmefluß ist möglich und der Normalfall für den bevorzugten Anwendungsfall. Zwecks Erzielung einer möglichst hohen Wärmeleistung sind die Rohre im allgemeinen bereichsweise mit einer Berippung versehen und das zu erwärmende Medium wird so geführt, daß es quer zu den Rohren strömt. Innerhalb des Gehäuses sind quergerichtete Zwischenplatten im Abstand voneinander angeordnet, die jeweils gegeneinander versetzte Durchströmöffnungen aufweisen oder solche Durchströmöffnungen mit der Innenwandung des Gehäuses bilden, so daß das zu erwärmende Medium etwa mäanderförmig das Gehäuse durchströmt und jeweils quer zu den berippten Rohren fließt.

Die Wärmeleistung dieses bekannten Wärmeübertragers wird wesentlich mitbestimmt durch die Leckagen zwischen den bündeiförmig angeordneten Rohren und der Gehäuseinnenwand sowie zwischen den Rohren und den als Leitplatten für das zu erwärmende Medium dienenden Zwischenplatten. Bei der Verwendung von außenberippten Rohren wird zwar die Möglichkeit genutzt, unberippte Längenabschnitte jeweils im Bereich der Leit- oder Zwi-

schenplatten vorzusehen, um auf diese Weise die Leckagen zu verringern, jedoch wird auch hierdurch die Wärmeleistung nicht gesteigert. Dabei ist nämlich einerseits zu berücksichtigen, daß der Durchmesser der Rippen kleiner als der Durchmesser der unberippten Längenabschnitte 3ein muß, da andernfalls ein Aufschieben der Leit- oder Zwischenplatten auf die Rohre nicht möglich wäre. Auch ergibt sich eine nur begrenzte Größe der Wärmeaustai ichflächen und eine entsprechend verminderte Wärmeleistung. Andererseits ist der Abstand der Rohre und damit auch der Rippen voneinander relativ groß, da in den Zwischenplatten genügend Fleisch zum Pestlegen der Rohre vorhanden sein muß. Ferner wird die Rippenhöhe durch das zur Verfügung stehende Material begrenzt; denn bei zu großer Rippenhöhe würde die Wanddicke in den unberippten Längenabschnitten untragbar groß sein. Die axiale Erstreckung der unberippten Längenabschnitte ist wegen des beim Walzen der Rippen erforderlichen Werkzeugauslaufs wesentlich größer als es die Dicke der Leit- und Zwischenplatten erfordert, so daß relativ lange unberippte Rohrbereiche vorhanden sind. Der sich dadurch ergebende Flächenverlust für die Wärmeübertragung wird um so größer, je größer die Anzahl der Zwischenplatten und je geringer deren Abstand voneinander ist.

Es ist nun Aufgabe der Neuerung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art in bezug auf die Ausbildung der Wärmeaustausch- bzw. Wärmeübertragerflächen zu verbessern und bei kompakt gehaltener Bauweise eine optimale Wärmeleistung zu erzielen. Darüber hinaus soll sich ein solcher Wärmeaustauscher durch einen besonders einfach zu montierenden Aufbau und durch eine problemlose sowie kostengünstige Herstellbarkeit auszeichnen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht neuerungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. ;

Zufolge dieser Maßnahmen ist jedes Rohr praktisch über die gesamte Länge mit Wärmeaustauschflächen in Form von Außenrippen versehen, da die Rippen den Raum zwischen den Rohrböden sowie auch den Raum zwischen den Zwisch^nplatten voll ausfüllen. Die Rippen können nun auch eine relativ große, allein noch von der Verformbarkeit des Materials her abhängige Höho besitzen und bieten damit entsprechend große Wärmeaustauschflächen und eine große Wärmeleistung. Vorteilhaft sind durch die Enden der koaxial einander benachbarten Mantelrohrabschnitte die als Strömungsleitplatten dienenden Zwischenplatten im Gehäuse verspannt, und zwar ohne daß hierfür irgendwelche zusätzliche Maßnahmen erforderlich wären. Der Abstand der Zwischenplatten voneinander kann für bestimmte Verhältnisse der Wärmeübertragungsbedingungen ohne weiteres durch entsprechende Längenbemessung der Mantelrohrabschnitte variiert werden. Die Montage bereitet keinerlei Schwierigkeiten, da auf die zunächst in einem Rohrboden festgelegten Trägerrohre nur jeweils die ersten Mantelrohrabschnitte aufzuschieben, gegen diese die erste Zwischenplatte anzudrücken und dann in gleichem Wechsel weitere Mantelrohrabschnitte und Zwischenplatten zu montieren eind.

Ein besonderer Vorteil der Neuerung besteht darin, daß nunmehr Leckagen einwandfrei vermieden werden können, insbesondere dann, wenn nach einem weiterbildenden Merkmal der Neuerung die in den Zwischenplatten vorgesehenen Durchgangsöffnungen dem Außendurchmesser der Trägerrohre angepaßt sind. Dadurch ergibt sich in Verbindung mit der einfachen Montage weiterhin der Vorteil, daß sich die Zwischenplatten dem Innendurchmesser des Gehäuses nahezu formschlüssig anpassen lassen und auch insoweit Leckagen vermieden werden können sowie eine höhere Wärmeleistung erzielbar ist.

Eine weitere Steigerung der Wärmeleistung ergibt sich nach der Neuerung dann, wenn die Mantelrohrabschnitte an den Trägerrohren kraftschlüssig und/oder durch metallischen Kontakt festgelegt sind; denn dadurch wird die Wärmeübertragung von den Trägerrohren auf die Mantelruhrabschnitte verbessert. Die kraftschlüssige Festlegung kann dabei beispielsweise durch Aufweiten der Trägerrohre oder auch durch andere bekannte mechanische cder hydraulische Verfahren erreicht werden.

Zur Optimierung der Wärmeaustauschflächen und Wärmeleistung ist neuerungsgemäß vorgesehen, daß die Rohre achsparallel nebeneinander in dem Gehäuse angeordnet sind und zwischen dem Außenumfang der einander benachbarten Rippen der Mantelrohrabschnitte bzw. zwischen den Rippen und der Innenwandung des Gehäuses jeweils nur ein die Montage der Mantelrohrabschnitte ermöglichender Spalt vorgesehen ist.

Im vorstehenden Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, daß die Mantelrohrabschnitte hinsichtlich der Rippen auf Lücke versetzt auf die Trägerrohre aufgeschoben sind. Auch sind die verschiedenen Rohre insgesamt auf Lücke zueinander angeordnet. Diese neuerungsgemäÄen Maßnahmen ermöglichen e\ne Berippungsgeometrie, die auch bei kleinstmöglicher Kompaktbauweise optimal auf die Wärmeübergangsverhältnisse abgestimmt werden kann, zumal hier Montagegesichtspunkte nicht zu berücksichtigen sind.

Nach einem weiteren besonders zweckmäßigen Merkmal der Neuerung sind die Trägerrohre dünnwandig ausgebildet und bestehen aus einem hochwertigen, insbesondere gegen korrosive Einflüsse resistenten Material. Demgegenüber können die Mantel- ι rohrabschnitte gemäß der Neuerung aus einem leicht verformbaren j Material geringerer Qualität, wie z.B. Aluminium, bestehen und !

- wie an sich bekannt- eine durch Walzen erzeugte Berippung aufweisen.

Durch diese Maßnahmen wird einerseits dem Umstand Rechnung getragen, daß bei Wärmeübertragern der in Rede stehenden Art das korrosive Medium im allgemeinen auf der Rohrinnenseite geführt wird und andererseits wird eine beträchtliche Kosteneinsparung durch Nutzung eines preisgünstigen Werkstoffs für die Mantelrohrabschnitte erzielt, an die in der Regel kein >- korrosives Medium herangeführt wird. Die aus Trägerrohr- und Mantelrohrabschnitten bestehenden Wärmeübertragungselemente können besonders kostengünstig gefertigt werden, weil zum einen die aus hochwertigem Material, z.B. Kupfer, bestehenden Trägerrohre dünnwandig ausgebildet sein können und weil auch durch die volle Auswalzbarkeit der Mantelrohrabschnitte für deren Herstellung relativ wenig Materiel erforderlich ist.

Die Neuerung ist im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den einlaufseitigen Endbereich eines Wärme- ( Übertragers in vertikalem Längsschnitt und

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch den Wärmeübertrager der Fig.l gemäß der Linie H-II.

Der Wärmeübertrager besteht im wesentlichen auo einem rohrförmigen Gehäuse 1 mit einem Einlaufstutzen 2 und einem nicht gezeigten Auslaufstutzen, das Gehäuse 1 endseitig abschließenden Rohrböden 3> zwischen diesen angeordneten und sich durch das Gehäuse 1 erstreckenden Rohren 4 und aus innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten quergerichteten Zwischenplatten 5.

Das kreisrund ausgebildete Gehäuse 1 besteht aus Stahlblech. Es kam gegebenenfalls auch gegossen sein. Das Gehäuse weist endseitig die dicht eingepaßten Rohrböden 3 auf. Dabei kann einer der Rohrböden aus Gründen einer einfachen Montage und Demontage auch am Gehäuse 1 angeflanscht sein.

Die Rohre 4 besitzen eine mehrteilige Ausbildung und bestehen jeweils aus einem Trägerrohr 6 mit darauf aufgeschobenen Mantelrohrabschnitten 7» welche mit umlaufenden, nach außen gerichteten Rippen 8 versehen sind. Die Trägerrohre 6 sind glattsowie relativ dünnwandig und bestehen aus einem hochwertigen Material, z.B. Kupfer. Hingegen bestehen die mit Rippen 8 versehaen Mantelrohrabschnitte 7 aus einem wesentlich preisgünstigeren Material, wie z.B. aus Aluminium.

Die zwecks eines guten Wärmeübergangs erforderliche feste Verbindung der Trägerrohre 6 mit den Mantelrohrabschnitten 7 wird durch bekannte mechanische oder hydraulische Maßnahmen, z.B. durch Aufweiten der Trägerrohre, nach dem Aufschieben der Mantelrohrabschnitte erreicht. Während sich die Trägerrohre 6 jeweils einstückig zwischen den Rohrböden 3 erstrecken und in deren Durchgangsöffnungen 9 z.B. eingewalzt sind, sind die darauf sitzenden Mantelrohi*abschnitte in der Länge unterteilt. Mit dieser Maßnahme wird der Zweck einer leckagefreien Verspannung der Zwischenplatten 5 in jeweils vorbestimmter Lage verfolgt; denn die Zwischenplatten 5 sind jeweils zwischen den koaxial einander benachbarten Enden der Mantelrohrabschnitte 7 eingeklemmt. Da zudem die in den Zwischenplatten 5 vorgesehenen Durchgangsöffnungen der Außendurchmesser der Trägerrohre 6 angepaßt sind, sind Leckagen an den Zwischenplatten zuverlässig vermieden. Auch kann das Aufschieben der Zwischenplatten 5 auf bzw. über die Trägerrohre 6 ohne irgendwelche Schwierigkeiten erfolgen, so daß eine genaue Anpassung des Durchmessers der Zwischenplatten 5 an den Innendurchmesser des Gehäuses 1 mög- ,

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P lieh ist. Durch eina solche Anpassung sind vorteilhafterweise

aber auch Leckagen zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1 und

£ dem Außenumfang der Zwischenplatten 5 vermieden, so daß ein auf

; Leckagen zurückführender Leistungsabfall nicht erfolgen kann.

; Die Zwischenplatten 5 dienen als Strömungsleitplatten

■ für das zu erwärmende bzw. die Rohre 4 umfließende Medium. Sie

besitzen demgemäß jeweils eine Durchströmöffnung 10, welche beispielsweise mit der Innenwandung des Gehäuses 1 gebildet wird (Fig. 2). Die Durchströmöffnung 10 jeder Zwischenplatte 5 ist gegenüber der jeweils nachfolgenden um l80° versetzt, so daß das zu erwärmende Medium mäanderförmig durch das Gehäuse 1 und jeweils im wesentlichen quer zu den Rohren ¹I geleitet wird, wie es Pig. 1 mit strichpunktierten Linien und Pfeilen zeigt.

Wie Fig. 1 weiter zeigt, erstrecken sich die Rippen 8 jeweils über die gesamte Länge der Mantelrohrabschnitte 7 und der radiale Abstand zu den jeweils benachbarten Rippen 8 ist auf einen Spalt beschränkt, der für Montagezwecke einzuhalten ist. Dadurch ergeben sich sehr große nutzbare Wärmeübertragungsflächen mit entsprechender Wärmeleistung. Zur Optimierung können, wie Fig. 2 zeigt, sowohl die Rohre ¹I als auch die Rippen 8 (Fig. 1) auf Lücke zueinander innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein, wobei auch zwischen der Gehäuseinnenwandung und dem Außenumfang der Rippen 8 nur ein Spalt vorhanden sein muß, der die einfache Montage gewährleistet.

Claims (7)

DR.-ING. STUHLMANN — DlRL.-fN'Ö., DR.-ING. OIDTMANN - DIPL.-PHYS. DR. JUR. REUTERS PATENTANWÄLTE „ .„_ 20. Aprü 1979 AKTEN-NR. 3I9/20325 4630 BOCHUM, XR/I Postschließfach 10 24 5O Ihr Zeichen Fernruf 0234./5 19 57 Bergstraße 159 Telegr.: Stuhlmannpatent Schut zansprüche:

1. Wärmeübertrager für flüssige und/oder gasförmige Medien, bestehend aus einem Gehäuse, das in einem Endbereich eine Einlaßöffnung und im anderen Endbereich eine Auslaßöffnung aufweist und welches sich in Längsrichtung erstreckende, mit ihren Endabschnitten in den Rohrboden des Gehäuses befestigte berippte Rohre sowie im Abstand voneinander angeordnete quergerichtete Zwischenplatten mit Durchgangsöffnungen für die Rohre und Durchströmöffnungen für ein Medium besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (¹I) jeweils aus einem glattwandigen, sich zwischen den Rohrboden (3) erstrekkenden Trägerro:.^ (6) mit darauf aufgeschobenen Außenrippen (8) aufweisenden Mantelrohrabschnitten (7) bestehen, wobei jeweils ewischen den in koaxialer Richtung einander benachbarten Enden tier Mantelrohrabschnitte (7) eine Zwischenplatte (5) verspannt ist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in den Zwischenplatten (5) vorgesehenen Durchgangsöffnungen dem Außendurchmesser der Trägerrohre (6) angepaßt sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelrohrabschnitte (7) an den Trägerrohren (6) kraftschlüssig und/oder durch metallischen Kontakt festgelegt sind.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) achsparallel nebeneinander in dem Gehäuse (1) angeordnet sind und zwischen dem Außenumfang der einander benachbarten Rippen (8) der Mantelrohrabschnitte (7) bzw. zwischen den Rippen (8) und der Innenwandung des Gehäuses (1) jeweils nur ein die Montage der Mantelrohrabschnitte (7) ermöglichender Spalt vorgesehen ist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelrohrabschnitte (7) hinsichtlich der Rippen (8) auf Lücke versetzt auf die Trägerrohre (6) aufgeschoben sind.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da -j die Trägerrohre (6) dünnwandig ausgebildet sind und aus einem hochwertigen, insbesondere gegen korrosive Einflüsse resistenten Material bestehen.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die berippten Mantelrohrabschnitte (7) aus einem leicht verformbaren Material geringerer Qualität, z.B. Aluminium, gebildet sind.