DE970630C

DE970630C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE970630C
Application number: DED15539A
Authority: DE
Inventors: David Dalin; Sten Soederstroem
Original assignee: Svenska Maskinverken AB
Current assignee: Svenska Maskinverken AB
Priority date: 1949-09-19
Filing date: 1950-09-17
Publication date: 1958-10-09

Description

Es sind bereits Wärmeaustauscher bekanntgeworden, bei denen die Wärmeübergangsfläche durch gekrümmte Metallstäbchen vergrößert ist, welche an einer wärmeübertragenden, die beiden Strömungsmittel voneinander trennenden Wand mit mindestens einem Ende befestigt sind.

Wenn ein Wärmeaustauscher aus zwei zueinander konzentrischen Rohren besteht und wenn zwischen diesen beiden Rohren stäbchenartige, gekrümmte Wärmeaustauschelemente vorgesehen sind, welche an der Oberfläche des einen dieser beiden Rohre mit einem ihrer beiden Enden befestigt sind, so ist es wesentlich, diese Stäbchen derart auszubilden, daß bei möglichst guter Wärmeaustauschwirkung der radiale Abstand der beiden Rohre möglichst gering gehalten werden kann.

Während bei den bisher bekannten Wärmeaustauschern mit gekrümmten, stäbchenartigen Wärmeaustauschelementen die freien Enden der Stäbchen die radial äußersten Punkte der Wärmeaustauschelemente bilden, wird nun vorgeschlagen, die mindestens auf der einen Seite der Wand vorgesehenen Stäbchen, welche mit mindestens einem Ende an der die beiden Wärmeaustauschmittel voneinander trennenden Wand befestigt sind, mit ihrem anderen Ende knieförmig an die Wand zurückzubiegen, derart, daß der lichte Raum zwischen dieser Wand und einer weiteren, diese letztere Wand umgebenden Wand von den haken-

förmig gekrümmten Stäbchen in radialer Richtung annähernd zweimal durchlaufen ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Gesamtoberfläche der Stäbchen groß ist im Verhältnis zu dem Raum, den die Stäbchen in radialer Richtung erfordern. Versuche haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform bei gleicher Wärmeaustauschwirkung des Wärmeaus tauschers eine erhebliche Stäbchenersparnis, eine ίο erhebliche Längenersparnis und insgesamt eine Gewichtsersparnis gegenüber bekannten Konstruktionen möglich ist.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. ι und 2 zeigen die Erfindung in ihrer Anwendung auf Öl vorwärmer;

Fig. ι zeigt einen Schnitt längs der Achse des Ölvorwärmers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der ,Linie H-II in Fig. ι;

Fig. 3 bis 20 zeigen verschiedene Formen von Stäbchen, in

Fig. 3, 6, 9, 12, 15 und 18 auf der im Schnitt gezeigten Außenfläche von Rohren und in Fig. 4, 7, 10, 13, 16 und 19 auf geraden oder planen Flächen, z. B. Zwischenwänden aus Blech in Luftvorwärmern. Diese Zwischenwände werden im Schnitt gezeigt;

Fig. 5 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig. 3 und 4;

Fig. 8 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig. 6 und 7;

Fig. 11 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig. 9 und 10;

Fig. 14 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig. 12 und 13;

Fig. 17 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig.15 und 16;

Fig. 20 ist ein Grundriß der Stäbchen nach Fig. 18 und 19;

Fig. 21 und 22 zeigen eine andere Ausführungsform eines Wärmeaustauschers, z. B. eines Ölvorwärmers, wobei

Fig. 21 einen axialen Längsschnitt und Fig. 22 in größerem Maßstabe einen/ Schnitt längs der Linie XXII-XXII in Fig. 21 darstellen; Fig. 23 bis 28 zeigen in gleicher Weise wie Fig. 3 bis 19 die Anordnung der Stäbchen in der letztgenannten Ausführungsform und bei planen Wänden.

Im folgenden wird zuerst der ölvorwärmer beschrieben, der in Fig. 1 und 2 gezeigt wird. In diesem Falle ist der Apparat für zwei Mittel mit erheblich verschiedenen Wärmeübergangszahlen bestimmt. Das Öl ist hier das Mittel, das die niedrigste Wärmeübergangszahl hat. Als Erhitzungsmittel wird kondensierter Wasserdampf verwendet, der eine hohe Wärmeübergangszahl aufweist.

Die Hauptteile des ölwärmers sind ein äußeres und ein inneres Rohr 1 und 2, die beide am einen Ende mit je einem Boden 3, 4 versehen sind. Das innere Rohr hat außerdem einen Deckel 5 und das äußere Rohr einen Flansch 6, gegen den der Deckel 5 mit Bolzen 17 festgeschraubt wird, so daß das Rohr 2, das einen kleineren Durchmesser hat als das Rohr 1, in einer Lage gehalten wird, die einen Zwischenraum oder einen Spalt zwischen den beiden Rohrwänden rings um das innere Rohr beläßt. Eine weitere Führung des Rohres 2 wird durch einen oder mehrere Absätze 16 erreicht. In der äußeren Rohrwand sind zwei Öffnungen 7 und 8 zum Anschluß von Rohrleitungen 9, 10 vorgesehen, wobei die Öffnung 7 den Einlaß und die Öffnung 8 den Auslaß für das Öl darstellen. Auch der Deckel 5 hat zwei öffnungen, und zwar innerhalb des Bereichs des inneren Rohres. In der einen Öffnung sitzt ein Rohr 12, das beinahe bis zum Boden des Innenrohres 2 heranreicht; es stellt den Einlaß für den Dampf dar. An die andere öffnung ist eine Ablauf leitung 13 für das Kondensat angeschlossen.

Erfindungsgemäß ist nun das innere Rohr auf seiner Außenseite mit den obenerwähnten Metallstäbchen 14, z. B. aus Kupfer oder Aluminium, versehen. Die Stäbchen sind möglichst dicht beeinander und zweckmäßig in Reihen angeordnet und einwärts gegen die Rohrwände gekrümmt, wie Fig. ι und 2 zeigen. Hierdurch erhalt man eine große Wärmeübergangsfläche innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Querschnittsfläche des Spalts. Mit anderen Worten: die Querschnittsfläche des Spalts kann im Verhältnis zu der von den Stäbchen repräsentierten Wärmeübergangsfläche klein gemacht werden. Dadurch erhält das Öl eine verhältnismäßig große Durchströmgeschwindigkeit. Durch Krümmung der Stäbchen wird außerdem erzielt, daß das Öl (oder generell gesehen das Mittel, das die Stäbchen bestreicht) einen Weg mit vielen RichtungsVeränderungen und dadurch einen guten Kontakt mit den von den Stäbchen gebildeten Oberflächenelementen erhält. Die Erfindung ist indessen nicht auf Wärmeaustauscher mit gekrümmten Flächen beschränkt, sondern kann auch an solchen mit geraden oder planen Flächen verwendet werden, wie in den Fig. 4, 7, 10, 13, 16 und 19 angedeutet ist. Auch können die Stäbchen auf vielerlei Art gekrümmt sein. Die Fig. 3 bis 20 zeigen verschiedene derartige Krümmungen.

Der Unterschied zwischen den Krümmungen der Stäbchen geht am besten aus einem Vergleich der Grundrisse und der entsprechenden Schnitte hervor. Dem Grundriß in Fig. 5 entsprechen die Fig. 3 und 4, dem Grundriß in Fig. 8 entsprechen die Fig. 6 und 7 usw. Die Stäbchen sind durch Schweißen oder Löten befestigt. Ihre Befestigungsenden sind mit 15 bezeichnet. Dieses Bezugszeichen verdient besondere Beachtung, damit die Grundrisse verständlich werden. Man sieht aus den Figuren, wie die Stäbchen in Reihen geordnet sind und wie in den Fig. 3 bis ii, 15 bis 20 alle in derselben Richtung oder in den Fig. 12 bis 14 die Reihen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt sind. Ferner sieht man, daß die Stäbchen quer zu der Strömungsrichtung des sie bestreichenden Mittels oder schräg zu dieser Rieh-

tung gekrümmt sein können. Die schräge Krümmung ist in Fig. 3 bis 8 gezeigt. In sämtlichen Fig. 3 bis 20 wird vorausgesetzt, daß die Strömungsrichtung für das Mittel, das die Stäbchen bestreicht, zu der Ebene der Zeichnung senkrecht ist. Man sieht, daß die Stäbchen reihenweise befestigt sind, daß die Krümmungen der Stäbchen in Reihe liegen und daß die Füße und/oder Köpfe einer nachfolgenden oder vorangehenden Stäbchenreihe in der von den genannten Krümmungen gebildeten Reihe gelegen sind.

Die Erfindung kann bei allen Arten von Wärmeaustauschapparaten verwendet werden, und "man kann dann mittels dieser Stäbchen den Wärme-Übergang beidseits der Wand so angleichen, daß er an beiden Seiten ungefähr gleich groß ist.

Zu diesem Angleichen können in gewissen Fällen an beiden Seiten der wärmeübertragenden Wand Stäbchen notwendig werden, In Fig. 21 und 22 wird ungefähr dieselbe Ausführungsform wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, aber mit dem Unterschied, daß die wärmeleitende Wand, d. h. das innere Rohr 2, auch auf der Innenseite mit Metallstäbchen 14a versehen ist. Diese Stäbchen werden gerade gezeigt, sie können aber auch gekrümmt sein. Im übrigen sind bei dieser Ausführungsform zu finden: das äußere Rohr 1, die Böden 3, 4, Einlaß und Auslaß 7 bzw. 8 für das zu erhitzende Mittel, Einlaß und Auslaß 12, 13 für das wärmeabgebende Mittel sowie die Stäbchen 14 und die Teile 6, 9, 10 und 17.

Die Stäbchen 14 bzw. 14a können in gewissen Fällen mit beiden Enden befestigt werden. Sie können auch als Abstandsorgan, z. B. zwischen den Blechen in Wärmeaustauschern, dienen.

Die Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden: der Apparat erhält hohe Werte, optimale Geschwindigkeiten, es können zum Einschweißen bestimmte dickwandige Rohre angewandt und die Apparate daher für jeden vorkommenden Druck auf einer oder auf beiden Seiten der wärmeübertragenden Wand oder Wände hergestellt werden. Der Apparat erhält außerdem ein niedriges Gewicht, und die ganze Wärmefläche ist auf eine einfache Weise zugänglich, indem die die Stäbchen tragenden Rohre oder Bleche aus ihren Gehäusen leicht herausgenommen werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen zwei Mitteln, bei denen die Wärmeübergangsfläche durch gekrümmte Metallstäbchen vergrößert ist, die in einer wärmeübertragenden, die 1>eiden Mittel voneinander trennenden Wand mit mindestens einem Ende befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens auf der einen Seite der Wand vorgesehenen Stäbchen mit den anderen Enden knieförmig an die Wand herangebogen sind, derart, daß der lichte Raum zwischen dieser Wand und einer weiteren, diese letztere Wand umgebenden Wand von den hakenförmig gekrümmten Stäbchen in radialer Richtung annähernd zweimal durchlaufen ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stäbchen in derselben Richtung knieähnlich gebogen sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen gruppenweise in derselben Richtung knieähnlich gebogen sind.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen einwärts gegen die Wand gebogen sind.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen reihenweise befestigt sind, daß die Stäbchenkrümmungen in einer Reihe liegen und daß die Füße benachbarter Stäbchen in einer Reihe gelegen sind.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen reihenweise befestigt- sind, daß die Stäbchenkrümmungen in einer Reihe liegen und daß die Köpfe einer benachbarten Stäbchenreihe in der von den genannten Krümmungen gebildeten Reihe gelegen sind.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Stäbchen im Winkel zu der Strömungsrichtung des Mittels, das die Stäbchen bestreicht, ge- gs bogen sind. '
'8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen auf einer Wand in der Form eines Rohres befestigt sind.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stäbchen an beiden Seiten der Wand vorhanden sind.
10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen auf der einen Seite der Wand gerade sind.
11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbchen Abstandsorgane zwischen zwei Wärmeübergangsflächen bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 721 855; britische Patentschrift Nr. 486257; französische Patentschrift Nr. 782357; USA.-Patentschrift Nr. 2 337 294.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 809 632/36 10.58