DEC0000673MA - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Für die Kühlung und Aufheizung von Gasen und Flüssigkeiten benutzt man in grossem Umfange Wärmeaustauschvorrichtungen, in denen die Gase und Flüssigkeiten unter Verwendung eines Rohrsystems in Wärmeaustausch mit anderen Gasen oder Flüssigkeiten von niederer oder höherer Temperatur gebracht werden. Die auf diesem Prinzip beruhenden Wärmeaustauscher sind in der Regel so ausgebildet, dass die zu kühlenden bzw. aufzuheizenden Gase oder Flüssigkeiten durch ein von einem Kühl- bzw. Heizmittel umgebenes Rohrsystem geführt werden, oder derart, dass umgekehrt das Kühl- oder Heizmittel durch Rohre geführt sind, während die zur kühlenden bzw. aufzuheizenden Gase oder Flüssigkeiten ausserhalb der Rohre durch die Vorrichtungen treten.

In dem Bestreben, die Kühl- bzw. Heizwirkung von Wärmeaustauschern zu erhöhen, ist man verschiedene Wege gegangen. Ein Weg besteht z.B. darin, die Rohrschlangen in mehreren Windungen, z.B. spiralförmig in dem Wärmeaustauscher anzuordnen, um auf diese Weise den Weg des Kühl- oder Heizmittels zu verlängern, bzw. um eine grössere Berührungsfläche zwischen dem zum Wärmeaustausch gelangenden Mitteln zu schaffen. Ein anderer Weg besteht darin, in der Wärmeaustauschvorrichtung Prall- oder Führungsflächen anzuordnen, die über die senkrecht angeordneten von dem Kühl- oder Heizmittel durchflossenen Rohre geschoben sind und den Strom der durch die Vorrichtung streichenden zu kühlenden oder aufzuheizenden Mitteln zwingen, ihren Weg mehrfach zu ändern. Gleichzeitig soll hierdurch eine Durchwirbelung der Gase oder Flüssigkeiten erzielt werden. Eine bekannte Vorrichtung dieser Art zur Kühlung von Luft ist in Höhenrichtung durch Zwischenböden unterteilt, die abwechselnd gegenüberliegend am Rande Durchgänge aufweisen und so die in Höhenrichtung durch die Vorrichtung tretende Luft zwingen, die von den Zwischenböden gebildeten Kammern in von Kammer zu Kammer wechselnder Richtung zu durchstreichen.

Durch die Erfindung wird die Wärmeaustauschwirkung von Vorrichtungen der letzterwähnten Art erheblich gesteigert. Die Erfindung besteht darin, dass die Tiefenanordnung der Wärmeaustauscherrohre, die in Eintrittsrichtung der zu kühlenden bzw. aufzuheizenden Gase und Flüssigkeiten in Reihen hintereinander angeordnet sind, grösser, zumindest aber nicht wesentlich geringer als die Breitenerstreckung der Rohrreihen ist und dass die Rohre im Wärmeaustauscher in einem mittleren geraden Durchgang angeordnet sind, der von seitlichen, das Rohrbündel begrenzenden Leitflächen gebildet ist. Hierdurch wird erreicht, dass die in den Wärmeaustauscher eintretenden und ihn von Kammer zu Kammer in wechselnder Richtung durchströmenden Gase oder Flüssigkeiten den Durchgangsquerschnitt des Rohrsystems voll ausfüllen, sodass sie mit allen Austauscherrohren in Berührung kommen und keine toten Winkel entstehen können, die von den Gasen oder Flüssigkeiten nicht oder nur wenig betroffen werden. Durch Anordnung von Öffnungen in den die Rohre seitlich begrenzenden Leitflächen wird erfindungsgemäss weiter bewirkt, dass zwischen den durch die horizontalen Leitflächen gebildeten Kammern, in denen von der Eintrittsstelle bis zur Austrittsstelle der Gase oder Flüssigkeiten ein verschiedener Druck herrscht, ein Druckausgleich herbeigeführt wird, durch den auch die auf den Druckunterschieden beruhenden singenden Geräusche des Wärmeaustauschers beseitigt werden.

Die Rohre können in an sich bekannter Weise so in dem System angeordnet sein, dass das Kühl- bzw. Heizmittel in einem dem Eintritt der zu kühlenden bzw. heizenden Mittel zu gelegenen Teil der Rohre in einer Richtung, in den übrigen Rohren dagegen in entgegengesetzter zum Austritt durch den Wärmeaustauscher geführt werden. Die Anordnung wird hierbei erfindungsgemäss vorteilhaft so getroffen, dass der dem Eintritt zugelegene Teil der Rohre den Hauptteil, beispielsweise 80% der Rohre umfasst, während der andere Teil aus dem Rest, beispielsweise 20% der Rohre besteht. Diese Anordnung der Rohre in dem System hat zur Folge, dass das im ersten Teil der Rohre in langsamem Durchgang erwärmte oder abgekühlte Mittel im zweiten Teil der Rohre mit einer, dem Rohrzahlverhältnis entsprechenden, beispielsweise vierfachen Geschwindigkeit aus dem Wärmeaustauscher abgeführt wird, nachdem es im ersten Teil der Rohre seine Aufgabe als Kühl- oder Heizmittel im wesentlichen erfüllt hat.

Ein Höchstmass der erfindungsgemäss erzielbaren Wirkungen ergibt sich in solchen Wärmeaustauschern der beschriebenen Ausbildung, bei denen die durch die Zwischenböden gebildeten Räume noch durch parallel zu den Böden verlaufende Richtbleche, sog. Lamellen aufgeteilt sind, durch die der durch die Kammern streichende Gas- oder Flüssigkeitsstrom in eine grössere Anzahl Einzelströme unterteilt wird. Nach der Erfindung ausgebildete Wärmeaustauscher dieser Art eignen sich in besonderem Masse als Nachkühler in Kompressorenanlagen.

Ein gemäss Erfindung ausgebildeter Wärmeaustauscher, der insbesondere als Nachkühler für Kompressorenanlagen gedacht ist, ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführung in drei Schnittbildern wiedergegeben. Abb. 1 zeigt einen Vertikalschnitt in der Richtung der Tiefen- anordnung und Abb. 2 einen Vertikalschnitt in Richtung der Breitenanordnung der Rohre, während Abb. 3 einen Schnitt nach I - I durch Abb. 1 wiedergibt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind im Inneren des Wärmeaustauschers 1 Rohre 2 für das Heiz- oder Kühlmittel angeordnet, die in die Böden 3 und 4 eingewalzt sind. Oberhalb des Bodens 3 befindet sich eine Kammer 5 und unterhalb des Bodens 4 eine durch eine Scheidewand 6 in zwei Räume 7 und 8 unterteilte Kammer. Der Raum 7 besitzt einen Rohranschluss 9 für den Eintritt und der Raum einen Rohranschluss 10 für den Austritt des Kühl- bzw. Heizmittels. Der Eintritt der zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Gase oder Flüssigkeiten erfolgt bei 11, ihr Austritt bei 12. Mit 13 ist ein Rohranschluss zur Ableitung des im Kühler gebildeten Kondensates bezeichnet. In dem Behälter sind Zwischenböden 14 angeordnet, die über die Rohre 2 geschoben sind und abwechselnd in einiger Entfernung von der Behälterwand enden, so dass Durchgänge 15 zwischen den Leitblechen und der Behälterwand gebildet sind.

Ausser den Zwischenböden 14 sind, wie im unteren Teil des Behälters erkennbar gemacht ist, noch Richtbleche, sog. Lamellen 16 vorgesehen, durch die der jeweils zwischen zwei Böden 14 durchstreichende Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom in eine grössere Anzahl Einzelströme unter- teilt wird. Die Richtbleche sind zweckmässig, um die Berührungsfläche zu vergrössern, wellenförmig ausgebildet.

Das aus Austauscherrohren, Böden und Lamellen bestehende Heiz- bzw. Kühlsystem ist im Tauchbad verlötet und bildet so eine geschlossene Einheit.

Bei dem dargestellten Wärmeaustauscher sind die Rohre 2 erfindungsgemäss derart angeordnet, dass das Verhältnis der Tiefe T (vgl. Abb. 3) des Bündels zu seiner Breite B 1 : 1 beträgt und das Rohrbündel ist weiterhin zwischen seitlich angeordneten geraden Leitflächen 17 angebracht, die das Rohrbündel auf den Seiten begrenzen und den durchströmenden Gasen bzw. Flüssigkeiten eine wirksame Berührung mit allen Rohren des Bündels sichern.

In den Seitenwänden 17 sind Öffnungen 18 angebracht, die einen Ausgleich der unterschiedlichen Drucke bewirken, die in den durch die Zwischenböden 17 gebildeten Kammern entstehen. Hierdurch und durch die Lamellen 16 wird bewirkt, dass die bei Wärmeaustauschern üblichen Geräusche in Fortfall kommen.

Erfindungsgemäss zweckmässig ist es, die Trennwand 6 zwischen den Räumen 8 und 7, wie aus Abb. 1 ersichtlich, so anzuordnen, dass der grösste Teil der nach dem Gaseintritt zu gelegenen Rohre 2, zweckmässig 80% derselben, von dem aufwärts strömenden frischen Kühl- bzw.

Heizmittels durchflossen wird, während der Rest der Rückführung des Heizmittels von oben nach unten zum Austritt 10 dient. Infolgedessen tritt das Heiz- bzw. Kühlmittel auf der Eintrittsseite in langsamem Strom und auf der Austrittsseite mit einer Geschwindigkeit durch die Rohre, die dem Verhältnis der Rohrzahl auf der Eintrittsseite zu der Rohrzahl auf der Austrittsseite entspricht.

Claims (5)

1). Wärmeaustauscher mit senkrecht angeordneten von dem Kühl- oder Heizmittel durchflossenen Rohren und quer zu den Rohren angebrachten Zwischenböden, die abwechselnd gegenüberliegend am Rande Durchgänge aufweisen, sodass Kammern gebildet sind, durch die das zweite Wärmeaustauschmittel in wechselnder Richtung hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenanordnung der Wärmeaustauscherrohre (2), die in Eintrittsrichtung das zweite Wärmeaustauschmittel in Reihen hintereinander angeordnet sind, grösser, zumindest aber nicht wesentlich geringer als die Anordnung der Rohe in der Breitenerstreckung der Rohrreihen ist und dass die Rohre im Wärmeaustauscher in einem mittleren Durchgang angeordnet sind, der von seitlichen, das Rohrbündel begrenzenden Leitflächen (17) gebildet ist.

2). Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Tiefenanordnung zur Breitenerstreckung der Wärmeaustauscherrohre 1 : 1 beträgt.

3). Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen, das Rohrbündel begrenzenden Leitflächen (17) mit Öffnungen (18) zum Ausgleich der Druckunterschiede in dem System versehen sind.

4). Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem so ausgebildet ist, dass der grösste Teil der nach dem Eintritt des zweiten Wärmeaustauschmittels (11) zu gelegenen Rohre (2), beispielsweise 80% derselben, von dem aufwärtsströmenden frischen Kühl- bzw. Heizmittel durchflossen wird, während der Rest der Rückführung des Kühl- bzw. Heizmittels von oben nach unten zum Austritt (10) dient.

5). Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Zwischenböden (14) gebildeten Räume durch parallel zu den Böden verlaufende zweckmässig wellenförmig ausgebildete Lamellen (16) unterteilt sind.