DE7828147U1

DE7828147U1 - Waermetauscher

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Publication number: DE7828147U1
Application number: DE19787828147
Authority: DE
Original assignee: Usines Quiri & Cie Schiltigheim Bas-Rhin (frankreich) Ste
Current assignee: Usines Quiri & Cie Schiltigheim Bas-Rhin (frankreich) Ste
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-09-06
Also published as: FR2404187A1; FR2404187B1; DE2841188A1

Description

A 43 069 m Anmelder: Societe des Usines

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19. September 1978 Schiltigheim

Beschreibung ■^Wärmetauscher

Die Neuerung betrifft einen Wärmetauscher mit einem ge- I

I wickelten Rohrleitungsbündel, das auf ein Rohr zwischen zwei | Seitenwänden im wesentlichen gleichmässig aufgewickelt ist |, und mehrere wendeiförmige Wicklungen aufweist. !

Es sind Wärmetauscher mit wendeiförmigen Rohrleitungsbündeln 1 verschiedener Bauarten bekannt. Normalerweise weisen diese f. zwei Seitenwände auf, zwischen denen eine Vielzahl wendel- |: förmig aufgewickelter Rohrleitungen aufgewickelt sind, die I mehrlagig und in unterschiedlichem Wickelsinn gewickelt sein können. Es handelt sich also um Wicklungen oder Xiendeln auf einem Kern, der als mechanische Achse für die gesamte Anordnung dient oder um Wicklungen, die auf eine Primärwicklung aufgebracht werden, wobei die Primärwicklung aus einem Leitungsnetz mit kleinem Durchmesser aufgebaut ist. Die Rohrleitungen sind mit ihren Enden an den Seitenwänden ge-

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halten. Die gesamte Anordnung wird von einer Aussenwand umgeben, die zusammen mit den Seitenwänden eine Austauschkammer , bildet.

Die Rohrleitungen im Inneren dieser Austauschkammer leiten ein Primärmedium mit hoher Temperatur und gewährleisten infolge ihrer Lage und ihrer Form einen guten thermischen Austausch mit dem sie umgebenden Sekundärmedium.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen für solche Wärmetauscher.

So gibt es beispielsweise Wärmetauscher mit Doppelwendeln, bei denen die beiden Leitungswege in Form konzentrischer Wendeln angeordnet sind. Es handelt sich dabei um Wärmetauscher für spezielle Anwendungsgebiete, deren Kosten ausserordentlich hoch sind.

Bei einer ganzen Anzahl von bekannten Ausführungsbeispielen wird die Rohrleitung auf ein zentrales Rohr aufgewickelt und an beiden Enden festgelegt. Dann wird die Rohrleitung in ihrem Mittelbereich festgehalten und die Gesamtanordnung in Drehung versetzt, bis der festgehaltene Bereich an dem Rohr anliegt. Dieser Bereich wird oft mittels eines Klemmringes festgehalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel entsteht eine komplexe und unregelmässige Form des Rohrleitungsbündels.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, die Schrittweite der Wendeln zu verändern und dies mit einer geeigneten Winkel-

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änderung zu verbinden. Jedoch erhält man trotz dieser zusätzlichen Komplikation nur eine geringe Verbesserung des Gleichmässigkeitsgrades.

s Bei einer weiteren bekannten Ausgestaltung wird eine Wendel

doppelt gewickelt, und zwar in Hin- und Rückrichtung, wobei man am Ende eine Schleife anordnet. Obwohl diese Ausgestaltung an sich interessant aussieht, ergeben sich bei der Herstellung solcher Wärmetauscher gewisse Probleme, insbesondere hinsichtlich der Halterung der Schleife und der Festlegung der folgenden Wendeln.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion eines Wärmetauschers der eingangs beschriebenen Art zu erleichtern und trotzdem eine gute Wärmetauscherleistung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art neuerungsgemäss dadurch gelöst, dass jede Rohrleitung des Rohrleitungsbündels etwa nach 4/5 der Gesamtlänge eine Schleife aufweist, deren mit dem Ende der Rohrleitung zusammenfallendes Ende in eine öffnung in der Seitenwand eingesetzt ist und deren anderes Ende am nächstliegenflen Gang einer wendelförmig aufgewickelten Rohrleitung festgehalten ist, so dass die Schleife wie die wendelförmig aufgewickelte Rohrleitung um das Rohr legbar ist, dass das Rohrleitungsbündel über seine gesamte Länge von einer zylindrischen Wand umgeben ist, die eine einseitig offene Austauschkammer bildet und an dem gegenüberliegenden Ende eine radiale

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Verlängerung aufweist, die zusammen mit einer schräg vejrlau~ fenden Abdeckplatte eine Austrittskammer mit einer Schikane bildet, und dass die Aussenwand der Austauschkammer und eins Aussenhülle des Wärmetauschers zur Verbesserung der Wärmeisolierung ein umgebendes Volumen bilden.

Zur Herstellung des neuerungsgemäßen Wärmetauschers ■wird derart vorgegangen, dass man ein -Ende einer Rohrleitung in eine Öffnung in der einen Seitenwand steckt, dass man in dieses Ende einen geraden, glatten Stab der Länge d und mit einem den Durchmesser der Rohrleitung ähnlichen Durchmesser einführt, so dass ein Rohrabschnitt der Länge d beim Biegen der Rohrleitung gerade bleibt, dass man die Rohrleitung derart abbiegt, dass sie tangential an das Rohr herangeführt wird, dass man die Rohrleitung über etwa 4/5 der Länge des einen Wickelkern bildenden Rohres auf dieses aufwickelt, dass man das freie Ende auf einer Länge, die zur Ausbildung eines geradlinigen Abschnittes der Länge d ausreicht, abbiegt, dass man das freie Ende in eine entsprechende Öffnung der Seitenwand einsteckt, dass man eine Schleife formt, dass man einen Stab in das freie Ende der Rohrleitung einführt, dass man das andere Ende der Schleife beispielsweise mit einer Klammer an einer benachbarten Rohrleitungswindung, beispielsweise der vorherigen gleichsinnigen Wicklung, befestigt, dass man die derart ausgebil' dete Schleife im gleichen Sinne wie die Wendeln auf das Rohr und um dieses herumdrückt und dass man dies für alle Rohrleitungen gleichermassen durchführt, wobei man die Enden winkelmässig und in radialer Richtung gegeneinander versetzt und den Wicklungssinn von einer Wicklung zur anderen wechselt.

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Der neuerung sgemässe Wärmeaustauscher ist leichter herzustellen als bisher bekannte Austauscher, dabei weist er ein gleichmässig gewickeltes Bündel und damit einen guten Wärme- j austauschkoeffizienten auf. Aufgrund des einfacheren Aufbaus ϊ ist auch seine Zuverlässigkeit grosser als bei bisher bekann- ' ten Wärmetauschern. ^]

Wärmetauscher dieser Art kann man insbesondere dazu verwenden, um in Wohnhäusern Wärme ausgehend von einem Dampfversorgungssystem zu liefern.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Neuerung ist Gegenstand des Unteranspruches.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Neuerung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines neuerung sgemässen Wärmetauschers und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Windungsaufbaus des Leitungsbündels.

Der neuerungsgemässe V7ärmetauscher umfasst ein zentrales Rohr 1, welches als mechanische Achse für die Gesamtanordnung dient und an seinen Enden eine Seitenwand 2 und eine vordere Seitenwand 3 aufweist. In diesen Seitenwänden sind abgedichtet die Enden von Leitungen gehalten, die ein Leitungsbündel bilden.

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Das zentrale Rohr 1 bildet zusammen mit einer zylindrischen Hülse 4 eine zylindrische Austauschkammer 5, die an einem Ende 6 offen ist und in einem Abstand D von der Seitenwand endet. Das andere Ende 7 ist über eine radiale Verlängerung 9 mit einer Aussenhülle 8 des Wärmetauscherkörpers derart verbunden, dass es zusammen mit der Seitenwand 3 und Einern Abdeckelement eine Schikane 10 und eine Austrittskammer 11 für die Sekundärleitungen bildet. Die Kammer 11 ist an ihrem Auslass mit einer Verbindungsleitung 12 verbunden.

Die Seitenwand 3 bildet mit einem zylindrischen Übergangselement 13 mit schräger Basis und mit einer doppelten Abdeckplatte 14,15 eine Einlasskammer 16, durch die das Primärmedium eingelassen wird, beispielsweise Dampf. Der äussere Teil der Abdeckplatte 15 weist ein Anschlusselement 17 auf, mit dem dieses an eine Verteilerleitung angeschlossen v/erden kann. Das Anschlusselement 17 und die Abdeckplatten 14 und 15 bilden zusammen den Kopf 18 des Wärmetauschers.

Der obere, geschlossene Teil des Kopfes ist schräg ausgebildet! so dass sich Dampfblasen, die sich beim Kontakt mit dem Kopf bilden können und in den üblichen Wärmetauschern dieser Bauart störende Geräusche in der Leitung oder in den Leitungen hervorrufen, leicht und schnell ablösen.

Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich der Einlass in die Austausch- oder Mischkammer in einem Abstand D von der Seitenwand 2. Die Fläche des Einlasses korrespondiert beispielsweise mit der Mittelebene einer Einlassverbindungs-

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leitung 19.

Die Seitenwand 2 weist eine zentrale Ausnehmung 20 auf, die von einer Abdeckplatte ,21 abgedeckt ist. Diese ist mit einem Auslass 22 und mit einem Kollektor für die Primärleitung versehen, welcher Kollektor mit der Versorgungsleitung über eine Auslassleitung 23 verbunden ist, die einen Verbindungsflansch 24 trägt.

Die zylindrische Aussenhülle 8 des Wärmetauschers ist mit einer Schicht eines Isoliermateriais abgedeckt und durch eine äussere Umhüllung 26, beispielsweise aus galvanisiertem Blech, geschützt. Der Raum zwischen der Austauschkammer und der seitlichen Aussenflache des Wärmetauschers wird durch eine Schicht rnhenian Wassers; 27 gebildet, die zu einer interessanten Ergänzung -5er thermischen Isolierung der Anordnung führt.

Der neuerungsgemasse Wärmetauscher umfasst ein Austauschrohrbündel in Form von regelmässigen Wendeln 28, we3ches den Innenraum der Austauschkammer vollständig ausfüllt. Dieses Rohrbündel besteht aus einzelnen Rohren in der Form einer Vielzahl von Leitungen, wie dies in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichnet ist. Die Enden dieser Leitungen sind in dan Seitenwänden verankert, das Bündel ist um das einen Kern bildende Rohr 1 in Form von konzentrischen,schuppenförmig übereinander gelegenen Windungen gewickelt. Das Ende jeder Rohrleitung ist in eine öffnung 30 in der Seitenwand 2 eingesetzt.

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I Jedes Jtohrleitungsende weist im Bereich seiner Verbindung mit

I der Seitenwand einen Teil der Länge d zwischen der Seitenwand

I^I und einer Biegung 31 auf, die dem regelmässigen Aufwickeln

I der Rohrleitung auf dem Rohr 1 dient. Man erhält diesen Ab-

|f schnitt der Länge d beispielsweise dadurch, dass man einen

I Stab 32 geeigneter Länge in die Rohrleitung einführt, wenn

I man die Rohrleitung wickelt, und diesen anschliessend wieder

·; herauszieht. Das Aufwickeln erfolgt in regelmäßigen Wendeln

I 33, wobei der Wickelsinn von einer Wicklung zur anderen ver-

I schieden ist; die gleichmässige Wickelung erstreckt sich

I . über etwa 4/5 der Gesamtlänge. Im restlichen Bereich wird

I eine Schleife 34 ausgebildet, deren Ende in die öffnung 35

Jj r der Seitenwand 3 eingeführt wird, wobei wie im Bereich der

:| anderen Seitenwand 2 ein Abschnitt der Länge d vorgesehen

I Wird, welcher dem Einführen eines Befestigungs- und Dichtungs-

Werkzeuges dient, beispielsweise eines Werkzeuges einer Röhreneinwalzapparatür.

Die Schleife 34 wird um das den Kern bildende Rohr 1 im selben Sinn wie die Wendel herumgedrückt, wobei ihr eines Ende in der Seitenwand befestigt ist, während sie an einem zweiten Punkt an der letzten Wendel gehalten wird, die ihrerseits an der Wendel der darunterliegenden Wicklung mit Hilfe einer Klammer oder Krampe 36 befestigt ist.

Man bringt auf diese Weise soviele Wickellaaen auf, dass das gesamte Volumen der Äustauschkammer ausgefüllt ist. Die Enden der Rohrleitungen sind an den Seitenwänden 2 und 3 winkclmässig versetzt. Dadurch kann jede Lage vollständig ausgefüllt werden. Gleich viele Rohrleitungen v/erden nach links und nach rechts gewickelt.

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Man erhält dadurch einen interessanten Füllungskoeffizienten, der mit einer regelmässigen Wicklung einen optimalen Wärmeaustausch gestattet. Dadurch, dass man nur einen geringen Füllverlust hat, ergibt sich dank des hohen Wertes des thermischen Ubergangskoeffizienten auf das Sekundärmedium ein insgesamt hervorragender Wirkungsgrad»

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren beschrieben, mit welchem man ein nicht verformtes und regelmässiges, gewendeltes Rohrleitungsbündel herstellen kann, mit dessen Hilfe der Austauschwirkungsgrad erhöht werden kann. Dieses Herstellungsverfahren ist nicht Gegenstand des Schutzes des vorliegenden Gebrauchsmusters.

Man setzt das Ende einer Kupferrohrleitung in die Öffnung 30 in der Seitenwand ein und führt in das Ende des Rohres einen glatten Stab ein, dessen Durchmesser etwa dem der Rohrleitung entspricht, und der so lang ist, dass ein Abschnitt der Länge d der Rohrleitung gerade bleibt. In diesen Abschnitt kann später dann das Werkzeug zur Befestigung und Abdichtung eingeführt werden, beispielsweise das Werkzeug einer Rohrein- ] walzvorrichtung. j

Anschliessend biegt man die Rohrleitung derart ab, dass sie !

tangential an das den Innenkern bildende Rohr 1 herangeführt |

wird, und zwar mit einer Neigung, die der gewählten Steigung |

der Pendeln entspricht. Anschliessend wird die Rohrleitung t rit konstanter Steigung um das Rohr 1 gewickelt.

Etwa bei 4/5 der Gesamtlänge wird das Aufwickeln beendet, man biegt das freie Ende der Rohrleitung in geeignetem Sinne

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und mit einer Länge ab, die geeignet ist, einen Abschnitt der Länge d auszubilden. Dann führt nan das freie Ende in die entsprechende Öffnung in der Seitenwand 3 ein, man bildet eine Schleife aus und man führt den Stab ein. Das andere Ende dieser Schleife wird dadurch fixiert, dass man es mit Hilfe einer Klammer an einer benachbarten Windung befestigt, beispielsweise an der vorhergehenden, gleichsinnigen Wicklung. Daraufhin wird die an ihren beiden Endpunkten unbeweglich gehaltene Schleife in derselben Richtung eingerollt wie die Wicklungen.

Mit den folgenden Rohrleitungen verfährt man in der gleichen Weise und bildet auf diese Weise soviele Wicklungen aus, wie es nötig ist, um das gesamte Volumen der Mischkammer mit mehreren, aufeinanderfolgenden Wicklungslagen auszufüllen.

Die winkelmässige Versetzung, die Abwechslung des Wicklungssinnes und die konzentrische Anordnung der Öffnungen in den Seitenwänden ermöglichen die Herstellung einer homogenen Wicklung und regelmässiger Wicklungslagen, so dass sich ein guter Ausfüllungskoeffizient ergibt.

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19.September 1978 F-67300 Schiltigheim

Frankreich

Schutzansprüche:

1. Wärmetauscher mit einem gewickelten Rohrleitungsbündel/ das auf ein Rohr zwischen zwei Seitenwänden im wesent-

. liehen gleichmässig aufgewickelt ist und mehrere wendeiförmige Wicklungen auf v/eist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rohrleitung (29) des Rohrleitungsbündels etwa nach 4/5 der Gesamtlänge eine Schleife (34) aufweist, deren mit dem Ende der Rohrleitung (29) zusammenfallendes Ende in eine öffnung (35) in der Seitenwand (3) eingesetzt ist und deren anderes Ende am nächstliegenden GaLj einer wendelförmig aufgewickelten Rohrleitung festgehalten ist, so dass die Schleife (34) wie die wendelförmig aufgewickelte Rohrleitung um das Rohr (1) legbar ist, dass das Rohrleitungsbündel über seine gesamte Länge von einer zylindrischen Wand (4) umgeben ist, die eine einseitig· offene Austauschkammer (5) bildet und an dem gegenüberliegenden Ende eine radiale Verlängerung (9) aufweist, die zusammen mit einer schräg verlaufenden Abdeckplatte (14,15) eine Austrittskammer

(11) mit einer Schikane (10) bildet, und dass die Aussenwand (4) der Austauschkammer (5) und eine Aussenhülle

(6) des Wärmetauschers zur Verbesserung der Wärmeisolierung ein umgebendes Volumen (27) bilden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der das Rohrleitungsbündel aufbauenden

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Rohrleitungen (29) einen geradlinigen, senkrecht auf den Seitenwänden (2,3) stehenden Abschnitt der Länge d und daran anschließend eine Biegung aufweisen.