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Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen doppelwandigen,
ein von einem Wärmeträger durchströmtes Rohrbündel enthaltenden und nach dem Gegenstromprinzip
arbeitenden Wärmeaustauscher für Gase, bei dem der in der Doppelwand eingeschlossene
und mit der Zu- und Abführungsleitung der Gase verbundene Hohlraum durch mindestens
eine quer zu seiner Längsachse und zwischen der Zu- und Abführungsleitung angeordnete
Trennfläche unterteilt ist. Der Wärmeaustauscher ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennfläche mit den beiden Wänden der Doppelwand fest verbunden ist, und daß
der Wärmeübergang zwischen den verschieden warmen Gasen durch die Trennfläche verhindert
wird. Bei den bekannten doppelwandigen Wärmeaustauschern sind die Zu- und Abführungen
des z. B. zu kühlenden Mediums nicht vor gegenseitiger Wärmeübertragung geschützt,
so daß die gekühlten Gase bei ihrem Austritt aus dem Wärmeaustausoher infolge Berührung
mit den zuströmenden heißen Gasen wieder erwärmt werden. Ferner sind auch doppelwandige
Wärmeaustauscher bekannt, in denen durch eine verschiebbare Ouerwand der Hohlraum
in ungleich große Räume unterteilt werden kann und gegebenenfalls der kleinere Raum
mit der Zuführungsleitung der Gase verbunden ist. Diese Wärmeaustauscher arbeiten
jedoch nicht nach dem Gegenstromprinzip, und ein Wärmeübergang zwischen heißen und
gekühlten Gasen ist
schon allein dadurch nicht wirksam verhindert,
daß die Querwand die abgeteilten Räume nicht auf die Dauer gasdicht voneinander
trennen kann. Diese Nachtedle lassen sich bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Wärmeaustausche:r vermeiden, bei dessen Betrieb erreicht werden kann, daß z. B.
ein während eines verhältnismäßig kurzen Durchganges durch den Wärmeaustauscher
gekühltes Gas bei seinem Austritt aus dem Wärmeaustauscher dieselbeTemperatur aufweist
wie das zutretende frische Kühlmittel.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher steht bei Aufteilung des
Hohlraumes in ungleich große Räume der kleinere Raum in an sich bekannter Weise
mit der Zuführungsleitung der Gase in Verbindung. In weiterer Ausgestaltung der
Erfindung können mindestens in dem einen durch die Querwand abgetrennten Teil des
von der Doppelwand gebildeten Hohlraumes flächenförmige Elemente oder Schikanen
vorgesehen sein, die den Hohlraum unterteilen und nur mit der inneren der den Hohlraum
begrenzenden Wandfläche fest verbunden sind. Es empfiehlt sich, den mit der Ableitung
der Gase verbundenen -und zu einem Pufferraum erweiterten Hohlraum als Feuchtigkeitsabscheider
für das gekühlte Gas auszubilden. Auch kann an der äußeren Wand des Wärmeaustauschers
oder in dem Hohlraum an der Stelle der Trennfläche eine Kühleinrichtung vorgesehen
sein. Der Wärmeaustauscher kann in zweckentsprechender Weise so ausgebildet sein,
daß das mitsamt den an ihm befindlichen Umlenkfläehen an der Austrittsseite des
Wärmeträgers an dem einen Ende des Wärmeaustauschers aus dem Wärmeaustauschergejhäuse
herausziehbare Rohrbündel in an sich bekannter Weise nur einen begrenzten Teil des
Innern des Wärmeaustauschers ausfüllt, und daß in dem vom Rohrbündel freien Raum
die durch den Außenmantel am anderen Ende des Wärmeaustauschers durch eine an sich
bekannte Stopfbüchse hindurch eingeführte Zuführungsleitung für den das Rohrbündel
durchströmenden Wärmeträger angeordnet ist.
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Eine Ausführungsmöglichkeit eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung
ist beispielsweise in der Zeichnung schematisch dargestellt, der auch, ebenso wie
der nachstehenden Beschreibung, die Merkmale der Erfindung zu entnehmen sind.
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Fig, i zeigt einen Längsschnitt eines Wärmeaustauschers, während Fig.2
seinen Querschnitt an der Zuführungsleitung eines Gases darstellt.
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Wie in Fig. i gezeigt ist, besitzt der zweckmäßig zylinderförmig ausgebildete
Wärmeaustauscher einen Doppelmantel, dessen äußere Mantelfläche mit i und dessen
innere Mantelfläche mit 2 bezeichnet äst. In dem von der inneren Mantelfläche umgebenen
Hohlraum 3 befindet sich das vom Wärmeträger, z. B. Wasser, durchströmte: Rohrbündel
q., das zweckmäßig parallel zu der Längsachse dieses Hohlraumes angeordnet ist und
diesen Hohlraum in an sich bekannter Weise nur zu einem begrenzten Teil, vorzugsweise
unter Freilassen von zwei einander gegenüberliegenden Räumen ausfüllt. Die Rohre
dieses Bündels sind mit ihren Enden in den Böden 5 bzw. 6 befestigt. An den Rohren
sind quer zu diesen und in gewissen Abständen voneinander Umlenkflächen oder Schikanen
7 befestigt, von denen jede nur einen Teil des Querschnitts des Hohlraumes 3 abdeckt.
Die Umlenkflächen sind in ,an sich bekannter Wise gegeneinander derart versetzt,
daß sie in absatzförmiger Anordnung abwechselnd immer den von der vorhergehenden
Umlenkfläche frei gelassenen Raum abdecken. Zweckmäßig ist die eine Begrenzungskante
jeder Umlenkfläche eine Gerade und stimmt in ihrer Lage vorzugsweise mit den geraden
Begrenzungslinien eines Querschnitts durch das Rohrbündel überein, zwischen denen
die Rohre angeordnet sind.
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Durch den Stutzen 9 ist der Außenmantel i an seinem einen Ende mit
der Zuführungsleitung des beispielsweise zu kühlenden Mediums verbunden. Der Innenmantel
2 besitzt eine Durchtrittsöffnung io für das Medium, die sich vorzugsweise gegenüber
dem Stutzen 9 des Außenmantels befindet. Am anderen Ende des Außenmantels befindet
sich der in den von der Doppelwand gebildeten Hohlraum hineinragende Ableitungsstutzen
i i für das gekühlte Medium, für dessen Zutritt zu dem Hohlraum die Öffnung 12 in
dem inneren Mantel vorgesehen ist. Der mit der Ableitung ii des gekühlten Mediums
verbundene Hohlraum des Wärmeaustauschers ist zu einem Pufferraum 16 erweitert,
der gleichzeitig als Flüssigkeitsabscheider dient sowie eine Entwässerungsvorrichtung
17 aufweist. Durch diesen Pufferraum ist die Zuführungsleitung 18 des Kühlmittels
zu dem Rohrbündel ¢ im Innern des Wärmeaustauschers hindurchgeführt. Diese Leitung
tritt in den Pufferraum durch die an sich bekannte Stopfbüchse i9 ein, die als Ausdehnungskompensator
dient, da sich in ihr die Leitung z. B. nach Maßgabe der durch die Wärmedehnung
des inneren Mantels 2 verursachten Bewegung verschieben kann. Nach Lösen der entsprechenden
Befestigungsvorrichtungen kann das Rohrbündel #nitsamt den Umlenkflächen aus dem
inneren Hohlraum 3 des Wärmeaustauschers herausgezogen werden. Die am gegenüberliegenden
Ende des Rohrbündels befindliche Ableitung 2o des Kühlmittels ist im abnehmbaren
Abschlußdeckel zi des Wärmeaustauschers angebracht. Der Abschlußdeckel kann auch
als offener Wasserbehälter ausgebildet sein. In diesem Fall ergibt sich die Möglichkeit,
die Kühlrohre des Bündels auch während des Betriebes wasserseitig zu reinigen.
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Der in der Doppelwand i und 2 eingeschlossene Hohlraum ist durch eine
quer zu seiner Längsachse angeordnete Trennfläche 13 in zwei voneinander gasdicht
abgeschlossene Räumre unterteilt. Diese Trennfläche ist vorzugsweise in der Nähe
der Zuführungsleitung 9 des Mediums vorgesehen. In den derart voneinander getrennten
Hohlräumen sind noch weitere flächenförmig ausgebildete Elemente oder Schikanen
1q. angebracht, die jedoch nur mit der inneren Wandfläche :2 des Hohlraumes fest
verbunden
sind und die zwischen ihren äußeren Kanten und der Außenwand
des Hohlraumes einen möglichst kleinen Spalt freilassen. Derartige Schikanen können
auch in jedem der beiden voneinander getrennten Hohlräume angebracht sein. An der
äußeren Wand des Wärmeaustauschers, insbesondere an der Stelle der Trennwand 13
zwischen den beiden Teilen des Wandhohlraumes, ist eine Kühleinrichtung z2 vorgesehen.
Die Kühlung kann sich erforderlichenfalls auch auf eine größere Fläche der Innen-
und./oder Außenwand zu beiden Seiten der Trennwand 13 erstrecken. Sie kann auch
vorteilhaft in dem Hohlraum selbst an der Trennwand 13 angebracht sein. Durch diese
besonderen Kühleinrichtungen kann der Wärmeaustausch zwischen dem ein- und austretenden
Gas noch zusätzlich wirkungsvoll verringert werden.
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In Fig. 2 ist das Bild eines Querschnitts durch den Wärmeaustauscher
an der Eintrittsstelle des Stutzens 9 dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen
denen der Fig. i. Man erkennt, daß die Umlenkflächen 7 gegeneinander versetzt angeordnet
sind und. daß ihre geraden Begrenzungskanten 23 jeweils mit den geradenBegrenzungslinien
übereinstimmen, zwischen denen sich das Rohrbündel 4 unter Freilassen von zwei einander
gegenüberliegenden Räumen befindet.
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Ein derartiger Wärmeaustauscher läßt sich in üblicher Weise und mit
besonders guter Wirkung als Endkühler oder zwischen zwei Stufen eines Kolben- oder
Rotationsverdichters verwenden, bei dem das zu verdichtende Medium, z. B. Gas oder
Luft, zwischen diesen beiden Druckstufen gekühlt werden soll. Das Gas tritt hierbei
durch die Zuführungsleitung 9 und die Öffnung io in das Innere des Wärmeaustauschers
und umströmt im Gegenstrom das vom Kühlmittel durchflossene Rohrbündel 4. Durch
die absatzförmige Anordnung der Umlenkflächen 7 wird erreicht, daß das zu kühlende
Gas das Rohrbündel immer quer zur Längsachse der Rohre durchströmt. Da sich hierbei
eine reine Ouerströmung innerhalb der einzelnen, zwischen den Uml:enkflächen befindlichen
Räumen ergibt, während das Gegenstromprinzip für den gesamten Wärmeaustauscher gewahrt
bleibt, wirdeine außerordentlich wirksame Kühlung erzielt. Das so gekühlte Gas tritt
aus der Öffnung 12 in den zu einem Pufferraum erweiterten Hohlraum 16 zwischen der
inneren und äußeren Wand des Wärmeaustauschers, wobei der Pufferraum in wirkungsvoller
Weise dazu dient, etwaige Druckstöße des Gases auszugleichen. Entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases und der durch dieKreisbewegung hervorgerufenen Schleuderwirkung wird die
im Gas enthaltene Flüssigkeit abgeschieden und, über das Absperrorgan 17 abgeführt.
Das trockene und gekühlte Gas verläßt den Pufferraum durch die Ableitung i i.
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Das durch den Stutzen 9 eintretende Gas füllt den von den Mantelwandungen
gebildeten Hohlraum bis zur Trennfläche 13 aus, wobei auch dieser Eintrittshohlraum
als Pufferraum wirkt, während das aus der Öffnung 12 austretende gekühlte Gas in
den durch die Trennfläche abgetrennten anderen Teil des Wandhohlraumes eindringt
und. hierbei auf die in diesem Hohlraum befindlichen Schikanen 14 stößt. Nur durch
die jeweiligen schmalen Spaltöffnungen 15 der Schikanen kann das gekühlte. Gas in
die benachbarten Hohlräume eintreten. Da hierbei eine Zirkulation des Gases unmöglich
gemacht ist, findet ein Wärmeübergang von dem einen durch die Schikanen abgetrennten
Raum zu dem anderen kaum statt, und das in den Wärmeaustauscher heiß eintretende
Gas kann seine Wärme nicht mehr über die Innen- oder Außenwandungen des Austauschers
an das bereits gekühlte Gas abgeben. Durch den Einbau derartiger Schikanen in den
Hohlraum- des Doppelmantels gelingt es, die Temperatur des den Wärmeäustauscher
verlassenden, gekühlten Gases im Durchschnitt um einige Grade niedriger zu halten,
als es ohne Anwendung dieser Schikanen möglich wäre.