DE814159C

DE814159C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE814159C
Application number: DEP48181A
Authority: DE
Inventors: Otto H Dr-Ing E H Hartmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-07-08
Filing date: 1949-07-08
Publication date: 1951-09-20

Description

Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten, und zwar bezweckt sie auf kleinem Raum die Unterbringung einer großen Wärmeübertragungsfläche, um auch bei Wärmeübertragungsmitteln mit schlechter innerer Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Gasen, überhitztem Dampf und 0l, eine gute Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Wärmeübertragung ein Wärmeaustauscher benutzt wird, der mit an sich bekannten Doppelrohren versehen ist, deren Mantelrohre kreisförmigen und deren Einsatzrohre sternförmigen Querschnitt besitzen, wobei die Mantelrohre je nach dem Verwendungszweck mit einem lichten Durchmesser von etwa 3o bis So mm und die Einsatzrohre je nach dem Durchmesser der Mantelrohre mit drei bis höchstens zwölf Falten versehen sind. Die kleinere Faltenzahl ist für die kleineren Mantelrohrdurchmesser bestimmt und die größere Faltenzahl für die größeren Doppelrohre, und das zu beheizende oder zu kühlende Mittel strömt in dem zwischen Mantelrohr und sternförmigen Einsatzrohr gebildeten Raum. Durch diese Anordnung wird eine große wirksame Heizfläche erreicht, denn der Strom des Heizmittels und des zu beheizenden Mittels wird in eine Anzahl von Flüssigkeitssträhnen mit kleinem Querschnitt zbrlegt, so daß alle dem Wärmeübergang unterliegenden Gas- oder Flüssigkeitsteilchen mit der zu beheizenden oder zu kühlenden Wand in Berührung kommen. Bei der getroffenen Anordnung ist die Entfernung des von den Heizflächen am weitesten abliegenden Stromlinienfadens geringer als bei bekannten Ausführungen. Die Führung des zu beheizenden oder zu kühlenden Mittels in dem zwischen Mantelrohr und Einsatzrohr gebildeten Raum ist für die Wärmeübertragung besonders vorteilhaft. Hierbei empfiehlt es sich, die wirksame Heizfläche des faltenförmigen Einsatzrohres gleich oder größer zu wählen als die wärmeleitende Fläche des Mantelrohres.
In Sonderfällen, wo z. B. zähflüssiges 01 o. dgl. beheizt oder gekühlt werden soll, ist es zweckmäßig, eine Anzahl Doppelrohre mit Umkehreinrichtungen hintereinanderzuschalten, damit auf diese Weise eine für die Wärmeübertragung günstige Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird.
Mit Hilfe solcher Doppelrohre läßt sich außerdem erreichen, daß ihre Innen- und Außenflächen von dem gleichen Mittel berührt werden. Dabei können das Heiz- bzw_ Kühlmittel und das zu beheizende Mittel im Gegenstrom strömen, wobei die Flächen des Einsatzrohres im Parallelstrom und die Außenflächen des Doppelrohres im Querstrom bestrichen werden.
Um eine besonders günstige Wirkungsweise zu erzielen, wird erfindungsgemäß der Querschnitt des sternförmigen Einsatzrohres annähernd ebenso groß gewählt wie der Querschnitt zwischen äußerem Mantelrohr und Einsatzrohr.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist die Ausbildung der Doppelrohre. Da sowohl die Mantel- als auch die sternförmigen Innenrohre bei einer Mehrzahl von solchen Doppelrohren in die Böden des Wärmeaustauschers eingewalzt oder eingedichtet werden müssen, so ist es zweckmäßig, die Ein- und Austrittsenden der sternförmigen Einsatzrohre kreisrund auszuführen, weil sie sich auf diese Weise leichter durch Einwalzen oder Einschweißen befestigen oder durch Stopfbüchsen in den Verteilungsgliedern dichten lassen.
Um den Wärmeaustauscher auch für unter Druck stehende, zu beheizende Arbeitsmittel verwenden zu können, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um die Sternform der inneren Faltenrohre aufrechterhalten zu können. Zu diesem Zweck werden die inneren Enden der Rohrfalten durch Einsatzringe oder durch Rohrstücke in der sternförmigen Lage gesichert, wobei es am einfachsten ist, wenn die beiden sich berührenden Teile, die Ringe und die innersten Stellen der Rohrfalten, durch Punktschweißung miteinander verbunden werden. Die Ringe besitzen den weiteren Vorteil, daß sie Wirbelbildungen im inneren Strömungskern hervorrufen, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird.
Die sternförmigen Einsatzrohre können erfindungsgemäß durch Ziehen oder Walzen aus runden Rohren hergestellt werden. Dabei werden die Rohrköpfe zweckmäßiger-weise, um sie für jede Rohrlänge verwenden zu können, für sich gepreßt und dann an die Rohrenden angeschweißt.
In der Zeichnung sind'der Wärmeaustauscher und seine Einzelteile dargestellt.
Fig. i zeigt einen beispielweisen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher. Er besteht aus zwei Kammern i und 2 für das zu beheizende Mittel, ferner aus Doppelrohren 3 und 3a, einem Außenmantel 4 mit unterem Deckel 49 und oberem Deckel 4b, aus Zwischenwänden 5, 6, 7, 8 und 9, durch welche die Doppelrohre hindurchgehen. Diese Figur stellt einen Wärmeaustauscher für Gas und Luft dar, wie er z. B. für Gasturbinenanlagen benutzt werden kann. Die zu beheizende Luft tritt mit etwa 6 at durch den Stutzen io in die Kammer i ein, durchströmt den zwischen dem Mantelrohr und dem Falteneinsatzrohr gebildeten Raum ii (s. Fig. 2) und tritt in die Kammer 2 aus, von wo die vorgewärmte Luft den Wärmeaustauscher durch den Stutzen 12 verläßt.
Das heiße Heizgas wird durch den Stutzen 13 im Deckel 4a dem unteren Teil des Gehäuses 4 zugeleitet. Von hier aus strömt ein Teil des Gases durch das Innere 3a der Doppelrohre 3 und kommt am oberen Ende abgekühlt in den oberen Sammelraum des Gehäuses 4 unter Deckel 4b heraus. Ein zweiter Teil der heißen Gase umströmt in der Pfeilrichtung die untere Sammelkammer 2 und bestreicht nachher die äußere Heizfläche der Mantelrohre im Querstrom, da sie durch die Querwände 5, 6, 7, 8 und 9 gezwungen werden, die Außenwand der Doppelrohre zu bespülen. Oben sammeln sich alle abgekühlten Heizgase gemeinsam unter dem oberen Decke14b des Gehäuses und fließen dort gemeinschaftlich mit den aus dem Innern der Doppelrohre kommenden Gasen durch den Stutzen 14 abgekühlt fort.
Um eine gleichmäßige Abkühlung der durch das Innere der Doppelrohre strömenden und der durch die Außenheizfläche bespülten Gase zu erhalten, ist am unteren Eintrittsende des Gehäuses 4 ein Ringschieber 15 vorgesehen, der die außen um die Doppelrohre herumstreichende Gasmenge regeln läßt, so daß auf beiden Wegen eine gleich hohe Gasaustrittstemperatur erreicht wird.
Es ist aber auch möglich, statt die Gaswege, wie dargestellt, parallel zu schalten, sie durch entsprechende Gasführung in Reihenschaltung hintereinander einzurichten oder auch umzukehren.
In Fig. 2 ist ein Doppelrohr im Schnitt mit den Zwischenböden 16 und 16a und den Außenböden 17 und 18 herausgezeichnet. Um eine unbehinderte Ausdehnung der inneren Einsatzrohre zu ermöglichen und um nötigenfalls sie zur Besichtigung des Innern herausziehen zu können, sind die oberen Enden der sternförmigen Faltenrohre im Außenboden 18 durch Stopfbüchsen i9 abgedichtet. Der ganze untere Deckel 17 mit den darin befestigten Einsatzrohren 311 kann nach Abnahme der unteren Verkleidung 4a herausgezogen werden.
In Fig. 2 sind auch die Ringe 2o eingezeichnet, welche die inneren Kanten der Falten des sternförmigen Einsatzrohres zusammenhalten.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Doppelrohr 3 von kleinstem zulässigen Durchmesser mit einem Einsatzrohr 3° mit drei Falten.
In Fig. 4 ist ein größeres Doppelrohr 3 mit einem Einsatzrohr 3a mit zwölf Falten im Schnitt und mit einem Versteifungsring 2o dargestellt.
Fig. 5 und 6 zeigen im Schnitt und in Ansicht in größerem Maßstab einen Rohrkopf 21. Dieser ist an die Enden der sternförmigen Einsatzrohre angeschweißt gedacht. Diese Rohrköpfe werden für die verschiedenen Abmessungen der sternförmigen Einsatzrohre in Massenfabrikation durch Pressen hergestellt, um sie billig liefern zu können.
Mit vorliegender Erfindung sind Vorschläge für einen Wärmeaustauscher gegeben, der sich vielseitig anwenden läßt. Durch richtige Wahl der Rohrdurchmesser können Apparate von großem Durchmesser und kleiner Länge und von kleinem Durchmesser und großer Länge hergestellt werden. Der Wärmeaustauscher kann stehend oder liegend sein. Das Material ist dem Verwendungszweck anzupassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Wärmeaustauscher für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten, die zur Wärmeübertragung an sich bekannte Doppelrohre benutzen, deren Mantelrohre kreisförmigen und deren Einsatzrohre sternförmigen Querschnitt besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzrohre je nach dem lichten Durchmesser des Mantelrohres von etwa 3o bis 8o mm mit drei bis höchstens zwölf Falten versehen sind, wobei die kleinere Faltenzahl für die kleineren Mantelrohrdurchmesser und die größere Faltenzahl für die größeren Doppelrohre bestimmt ist, und daß das zu beheizende oder zu kühlende Mittel in den zwischen Mantelrohr und Einsatzrohr gebildeten Raum strömt. z. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arbeitsmittel im Gegenstrom zueinander strömen, wobei die Flächen der Einsatzrohre im Parallelstrom und die Außenflächen der Doppelrohre im Querstrom bestrichen werden. 3. Wärmeaustauscher für Flüssigkeiten, z. B. zur Kühlung von 01 nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung ausreichender Strömungsgeschwindigkeit eine Anzahl von Doppelrohren hintereinandergeschaltet wird. 4. Doppelrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des sternförmigen Einsatzrohres annähernd ebenso groß ist wie der Querschnitt zwischen Mantelrohr und Einsatzrohr. 5. Doppelrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austrittsenden des sternförmigen Einsatzrohres kreisrund ausgeführt werden. 6. Doppelrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten des sternförmigen Innenrohres in zweckmäßigen Abständen durch eingesetzte, etwa durch Punktschweißung befestigte Ringe oder Rohrstücke in Sternform gehalten werden. Doppelrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sternförmige Einsatzrohr durch Ziehen oder Walzen aus runden Rohren hergestellt wird. B. Doppelrohr für Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrköpfe für die Enden des sternförmigen Einsatzrohres für sich hergestellt, z. B. gepreßt und dann an die Enden angeschweißt oder angelötet oder auf andere Weise befestigt werden.