EP0278961B1 - Countercurrent heat-exchanger with helical bank of tubes - Google Patents
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- EP0278961B1 EP0278961B1 EP87905169A EP87905169A EP0278961B1 EP 0278961 B1 EP0278961 B1 EP 0278961B1 EP 87905169 A EP87905169 A EP 87905169A EP 87905169 A EP87905169 A EP 87905169A EP 0278961 B1 EP0278961 B1 EP 0278961B1
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Definitions
- the present invention relates to a counterflow heat exchanger with at least one coil tube bundle and a coil flow channel for the flow of a primary fluid and a secondary fluid in counterflow, the coil tubes at the ends of each tube bundle being connected to a central distributor or central collector for the primary fluid and each tube bundle consisting of coil tubes are wound in a corresponding helical surface with a constant pitch around a common longitudinal axis and are strung together without gaps to form a closed helical flow channel between a core tube and a jacket tube.
- GB-A-791843 describes a heat exchanger of this type with two tube bundles each consisting of three spiral tubes or one tube bundle consisting of four spiral tubes, which are connected radially to a distribution box and parallel to the longitudinal axis to a collecting box.
- the helical tubes are almost in contact, do not have to be in contact with one another, do not form completely tight partition walls and delimit a not completely sealed helical channel.
- the arrangement described here is unlikely to be intended or suitable for a heat exchanger with a large number of spiral tubes and tube bundles.
- Known heat exchangers of the type mentioned at the outset generally have a small number of helical tubes and tube bundles. Connecting the hard-to-reach ends of the helical tubes that are lined up usually requires a significant bending of the tube ends from the corresponding helical surface in order to connect them to a conventional distributor or collector (e.g. by welding or soldering), is intrinsically complicated and becomes significant as the number of tubes increases difficult.
- Known heat exchangers with a small number of spiral tubes and a correspondingly limited heat exchange surface have a limited range of applications.
- the helical tubes are strung together to form practically closed helical surfaces without gaps, in order to form closed helical channels and to ensure operation in the countercurrent flow with optimum efficiency.
- corrosion-resistant materials is also particularly desirable or necessary, and plastic pipes could be particularly suitable for this purpose.
- the object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned at the outset, which can have a larger number of spiral tubes and can also be produced simply and inexpensively.
- auxiliary distributor or auxiliary collector which consists of a perforated connection plate which is perpendicular to the corresponding spiral surface and a removable cover for connection to the central distributor or central collector for the primary fluid and is arranged between the core tube and the jacket tube in such a way that the ends of the spiral tubes are connected to the auxiliary distributor or auxiliary collector without substantial deviation from the corresponding spiral surface.
- This perforated connection plate of each auxiliary distributor or auxiliary collector is in each case provided with staggered bores, the ends of the adjoining helical tubes being accommodated in corresponding staggered bores of the connection plate without substantial deviation from the corresponding helical surface and being firmly connected to the latter.
- the terminal plate each he f indungsgemäss
- the auxiliary manifold or auxiliary collector provided is provided with two rows of staggered bores, which run parallel to the corresponding helical surface at a small distance on both sides thereof, the ends of the helical tubes alternately being slightly bent on both sides of this helical surface, then running parallel to this helical surface and are alternately connected to corresponding holes in the two rows.
- each tube bundle consists of flexible helical tubes which rest freely on support arms, these support arms being firmly connected to the core tube and being distributed in the corresponding helix area around the core tube, so that the helical tubes are supported against each other in an immovable position.
- the flexible spiral tubes can advantageously be curved and supported in opposite axial directions by the support arms in the corresponding spiral surface.
- the spiral tubes and the auxiliary distributors or auxiliary collectors according to the invention can advantageously be made of any suitable plastics, for example Teflon.
- the ends of the helical tubes can easily be tightly connected in the corresponding bores of the connection plate by means of a fusion connection.
- All parts of the heat exchanger can preferably consist of the same plastics, or at least be covered with them, in order to achieve the highest possible resistance of the entire heat exchanger to chemical attacks and thereby to achieve a maximum service life.
- the support arms are advantageously provided with teeth for receiving the helical tubes and profiled for stiffening.
- These support arms are also advantageously inclined with respect to the common longitudinal axis, preferably alternately in opposite axial directions.
- the support arms perform various functions with regard to the construction of the spiral tube bundles on the core tube, which can be explained as follows.
- the pipes are each tensioned as a result of the required tensile force so that the pipe coils formed one after the other come to lie close together.
- This tensile force hugs the first or innermost tube coil on the core tube and each additional tube coil on the previous one.
- This tensile force exerts a radial force on the pipes, which can be broken down into two components, one of which is parallel and the other is directed transversely to the longitudinal axis of the support arm.
- each support arm acts as a beam clamped on one side (on the core tube).
- the outer ends of the support arms can be held by lateral tensioning straps, so that the support arms are supported by these straps and thus stiffened, and that their overall height can be kept correspondingly small.
- the support arms are distributed in different radial planes and are connected to one another at their free ends by tensioning straps in each radial plane.
- tensioning straps are thus advantageously arranged in such a way that on the one hand they keep the distances between the superimposed support arms constant, so that the height or the cross section of the spiral flow channels is kept the same everywhere.
- the tensioning straps secure the outermost windings, which can be particularly important when moving the spiral tube bundle arrangement relative to the jacket tube.
- the heat exchanger according to the invention in particular when using metallic helical tubes, can be rotatably mounted about its common longitudinal axis and connected to a drive which is designed such that it can set the heat exchanger in an oscillating rotary movement.
- the heat transfer in the countercurrent heat exchanger according to the invention with helical tube bundles is increased here in that the entire heat exchanger is rotated back and forth in a constant sequence about its longitudinal axis.
- the heat transfer between a flowing fluid and a pipe wall is known to be greatest in the start-up section, and depending on the flow conditions in the start-up section it can be many times greater than after a certain section through which flow passes. This phenomenon is exploited here in that the heat exchanger can be rotated back and forth around its longitudinal axis.
- the additional speeds of the two liquids with respect to the pipe wall, which overlap the basic currents constantly swell up and down both in the pipes and outside.
- Are the additional relative speeds and the basic flow within the same order of magnitude are thereby repeatedly brought about in time with the oscillating rotary movement, hydrodynamic starting conditions which lead to an increase in the heat transfer on the inside and outside of the tube wall.
- FIG. 1 shows an embodiment of the heat exchanger with two spiral tube bundles 1A, 1B for the flow of a primary fluid in countercurrent flow with a secondary fluid which flows through two corresponding spiral flow channels 2A, 2B, which are formed between the two parallel spiral tube bundles 1A and 1B.
- the primary fluid is fed from a primary inlet 3 via a central distributor 4 and two auxiliary distributors 5A, 5B to the upper end of the spiral tube bundles 1A, 1B and at its lower end via two auxiliary collectors 6A, 6B, one Central collector 7 and an upper primary outlet 8 discharged.
- the auxiliary distributors 5A, 5B and the auxiliary collectors 6A, 6B consist of a two-part connection chamber and are referred to below as the connection chamber.
- each tube bundle 1A, 1B with their corresponding connection chambers 5A, 5B and 6A, 6B are arranged in a closed annular space between a core tube 9 and a coaxial jacket tube 10 with a common longitudinal axis of the heat exchanger.
- each tube bundle 1A, 1B consists of ten helical tubes which are wound around the common longitudinal axis in a corresponding helical plane with a constant pitch and are closely lined up between the core tube 9 and the jacket tube 10.
- the heat exchanger housing consists of the casing tube 10 with an outer flange 11, a bottom 12 and an end cover 13, which here consists of one piece with the core tube 9 and is tightly connected to the outer flange 11. Together with the core tube 9, the casing tube 10 and the base 12, this closing cover 13 forms the closed annular space which encloses the tube bundles 1A, 1B with their four connection chambers 5A, 5B, 6A, 6B, a secondary inlet 14 in the base 12 supplying a secondary fluid , which flows through the spiral flow channels 2A, 2B upwards and is discharged through a lateral secondary outlet 15 at the upper end of the casing tube 10.
- connection chambers 5A, 5B and 6A, 6B The structure of the connection chambers 5A, 5B and 6A, 6B is shown in cross-section in FIG. 2 and consists of a perforated connection plate 16 and a removable cover 17 attached thereon with a pipe section 18 which connects the connection chamber to the corresponding central distributor arranged in the core tube 9 4 or central collector 7 connects.
- connection plate 16 of the connection chambers 5A, 5B, 6A, 6B is arranged perpendicular to the corresponding spiral plane and is provided with bores which are offset in two rows to accommodate the ends of the spiral pipes and which run parallel to the spiral plane at a short distance.
- the ends of the helical tubes lined up in a row are received in the corresponding offset bores of the two rows in the connection plate 16, tightly connected to it and thus connected in parallel to the corresponding connection chamber 5A, 5B or 6A, 6B.
- the lid 17 is attached to the connection plate 16 in any suitable way, e.g. tightly connected with screws and sealants.
- the ends of the helical tubes only have to be bent slightly in order to be inserted and fastened alternately in rows of corresponding bores arranged offset in two adjacent planes parallel to the corresponding helical plane in the perforated connection plate 16.
- connection chambers offer decisive advantages over known pipe connections, which require a significant bending of the pipe ends in order to connect them tightly with a conventional connection plate or the like.
- the arrangement of the connection chambers thus bypasses the important problems when connecting the tube bundles in a very simple manner, whereby the complicated bending for connecting numerous inaccessible adjacent tubes and any impairment of their strength due to their deformation when bending with an insufficient bending radius are simply avoided.
- the entire insert consisting of the end cover 13 with the core tube 9 and the tube bundles 1A, 1B with the connection chambers 5A, 5B and 6A, 6B, the primary inlet 3, the central distributor 4 and the central collector 7 with the primary outlet 8 are pulled out of the jacket tube 10 as a whole.
- the tube bundles can thus be exposed in a particularly simple manner and by suitable means, e.g. with liquid jets or brushes that are inserted laterally, can be cleaned quickly and effectively as required.
- the embodiment of the heat exchanger described above comprises two helical tube bundles, the number of which can be increased slightly.
- both the number of adjacent spiral tubes of the tube bundle and the number of tube bundles can be increased without any particular difficulty by appropriately equipping the heat exchanger with the connection chambers required in each case.
- connection chambers in several transverse planes as the number of tube bundles increases. with respect to the common longitudinal axis so that any number of tube bundles with the same pitch at both ends thereof can be equipped according to the invention with auxiliary distributors and auxiliary collectors between the core tube and the jacket tube.
- the tube bundles of the heat exchanger consist of tubes with low rigidity, e.g. made of plastic tubes or soft metal tubes
- the tube bundles made of flexible tubes are supported by staggered support arms, as shown in FIGS. 3 to 7.
- the heat exchanger shown in cross-section in FIG. 3 essentially corresponds to the arrangement described in accordance with FIGS. 1, 2, parts of the same type being identified in all figures with the same reference symbols.
- FIG. 3 shows the four spiral tube bundles 1A to 1D with the four auxiliary distributors or connection chambers 5A to 5D, as well as support arms 20 and tensioning straps 21.
- the heat exchanger is equipped with a plurality of support arms 20, each of which supports a coil tube bundle, is fastened to the core tube 9 and is distributed in the coil planes corresponding to the tube bundles, the coil tubes abutting against these support arms 20 and are supported.
- these support arms 20 extend radially outward from the core tube 9 to the inside of the jacket tube 10, wherein they are held at their free outer end by tensioning straps 21.
- the support arms 20 are distributed in different radial planes, so that they are each aligned in corresponding rows parallel to the common longitudinal axis, as can be seen in particular from FIG. 6, the axial distance between the support arms in each row corresponding to the distance between the adjacent turns of the tube bundle and thus determines the axial height of each spiral flow channel.
- Fig. 4 shows, for simplification of the drawing, only two helical tube sections and two support arms 20 fastened to the core tube 9, which are arranged in the corresponding helical plane and are slightly inclined outward in opposite directions with respect to the perpendicular to the longitudinal axis.
- the helical tubes alternately lie freely on opposite sides of the successively arranged support arms 20 and are thereby alternately slightly curved in opposite axial directions.
- FIG. 5 shows the development of a helical tube which is supported in this way by the support arms 20 and is alternately slightly bent.
- the spiral tubes are braced on the support arms 20 by such a wave-like arrangement and are thus held in their position on each support arm.
- tensioning straps 21 for holding the support arms 20 at their free ends in the same radial plane and with the required distance, which determines the axial height of the spiral flow channels.
- These straps 21 each consist of a longitudinal band with a smooth outside, have approximately the same width as the support arms 20 and are folded at regular intervals, which correspond to the required axial height of the spiral flow channels.
- These folded tensioning straps 21 thus have a series of parallel inward support surfaces 22 for supporting the corresponding support arms 20, each of which is provided with an incision 23 at its free end.
- the position of the support arms 20 is secured here with a snap connection, which consists of the incision 23 at the end of each support arm 20 and a corresponding barb 24 which protrudes from the support surface 22 and is provided for hooking into the incision 23.
- Fig. 7 essentially shows the shape of the tensioning strap 21 and its interaction with a support arm 20.
- the tensioning straps 21 shown here can e.g. are made from metal strips of 0.2 mm thickness, which due to their folded shape have a high rigidity.
- the helical tubes are arranged adjacent to one another on the support arms 20, the outermost windings each being secured in their position at the end of the support arms 20 in that the Barbs 24 of the straps 21 are adapted to be received in the corresponding incisions 23 at the ends of the support arms 20.
- the straps 21 secure both the required outer radius of the tube bundle and their exact adaptation to the inner diameter of the casing tube 10, thereby ensuring the required sealing of the spiral flow channels and their constant axial height on the circumference of the tube bundle.
- These lateral straps 21 are also used to absorb forces that may act on the outermost pipe windings due to an axial movement of the jacket tube 10 with respect to the tube bundle, especially when the jacket tube is removed for cleaning the tube bundle.
- the arrangement of the tensioning straps 20 shown in FIGS. 6 and 7 does not result in a significant reduction in the flow cross-section of the helical flow channels and the outer surface of the helical tube bundle.
- FIG. 8 shows an embodiment with helical tube bundles 1A, 1B, 1C, which bear on both sides on double-flange support arms 120 with crossbars 121.
- each tensioning strap according to FIG. 8 consists of a flat longitudinal strap 122 and is connected to the outermost web of the support arm 120 by suitable fastening means, e.g. inward protruding locking pins which snap into corresponding openings in the outermost web of the double-flanged support arm 120 in order to act as a snap lock.
- suitable fastening means e.g. inward protruding locking pins which snap into corresponding openings in the outermost web of the double-flanged support arm 120 in order to act as a snap lock.
- the side straps can also have any other suitable shape to achieve interaction with the support arms.
- the embodiment according to FIG. 8 is particularly suitable for applications which require the heat exchanger to be made of plastic in order to ensure sufficient resistance to corrosive media.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstromwärmeaustauscher mit mindestens einem Wendelrohrbündel und einem Wendelstromkanal zum Durchfluss eines Primärfluids und eines Sekundärfluids im Gegenstrom, wobei die Wendelrohre an den Enden jedes Rohrbündels an einen Zentralverteiler bzw. Zentralsammler für das Primärfluid angeschlossen sind und jedes Rohrbündel aus Wendelrohren besteht, die in einer entsprechenden Wendelfläche mit konstanter Ganghöhe um eine gemeinsame Längsachse herum gewunden und lückenlos aneinandergereiht sind, um einen geschlossenen Wendelstromkanal zwischen einem Kernrohr und einem Mantelrohr zu bilden.The present invention relates to a counterflow heat exchanger with at least one coil tube bundle and a coil flow channel for the flow of a primary fluid and a secondary fluid in counterflow, the coil tubes at the ends of each tube bundle being connected to a central distributor or central collector for the primary fluid and each tube bundle consisting of coil tubes are wound in a corresponding helical surface with a constant pitch around a common longitudinal axis and are strung together without gaps to form a closed helical flow channel between a core tube and a jacket tube.
Der Stand der Technik in bezug auf Wärmeaustauscher dieser Art kann beispielsweise anhand der folgenden Patentveröffentlichungen erläutert werden: GB-A-791843, FR-A-2482717 und FR-A-2214093.The prior art relating to heat exchangers of this type can be explained, for example, by means of the following patent publications: GB-A-791843, FR-A-2482717 and FR-A-2214093.
In der GB-A-791843 wird ein Wärmeaustauscher dieser Art mit zwei Rohrbündeln aus je drei Wendelrohren bzw. einem Rohrbündel aus vier Wendelrohren beschrieben, die radial an einen Verteilerkasten und parallel zur Längsachse an einen Sammelkasten angeschlossen sind. In der Beschreibung wird erwähnt, dass die Wendelrohre beinahe in Berührung sind, nicht in Berührung miteinander sein müssen, nicht ganz dichte Zwischenwände bilden und einen nicht ganz dichten Wendelkanal begrenzen. Die hier beschriebene Anordnung dürfte kaum für einen Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von Wendelrohren und Rohrbündeln vorgesehen bzw. geeignet sein.GB-A-791843 describes a heat exchanger of this type with two tube bundles each consisting of three spiral tubes or one tube bundle consisting of four spiral tubes, which are connected radially to a distribution box and parallel to the longitudinal axis to a collecting box. In the description it is mentioned that the helical tubes are almost in contact, do not have to be in contact with one another, do not form completely tight partition walls and delimit a not completely sealed helical channel. The arrangement described here is unlikely to be intended or suitable for a heat exchanger with a large number of spiral tubes and tube bundles.
Bekannte Wärmeaustaustauscher der eingangs geannten Art weisen im allgemeinen eine geringe Anzahl von Wendelrohren und Rohrbündeln auf. Das Anschliessen der schwer zugänglichen Enden der aneinandergereihten Wendelrohre erfordert meistens eine bedeutende Umbiegung der Rohrenden aus der entsprechenden Wendelfläche, um sie mit einem herkömmlichen Verteiler bzw. Sammler (z.B. durch Schweissen oder Löten) zu verbinden, ist an sich kompliziert und wird bei zunehmender Rohrzahl erheblich erschwert. Bekannte Wärmeaustauscher mit einer geringen Anzahl von Wendelrohren und einer entsprechend begrenzten Wärmeaustauschfläche haben jedoch einen beschränkten Anwendungsbereich.Known heat exchangers of the type mentioned at the outset generally have a small number of helical tubes and tube bundles. Connecting the hard-to-reach ends of the helical tubes that are lined up usually requires a significant bending of the tube ends from the corresponding helical surface in order to connect them to a conventional distributor or collector (e.g. by welding or soldering), is intrinsically complicated and becomes significant as the number of tubes increases difficult. Known heat exchangers with a small number of spiral tubes and a correspondingly limited heat exchange surface have a limited range of applications.
Bei einem Gegenstromwärmeaustauscher der eingangs genannten Art werden die Wendel roh re zu praktisch geschlossenen Wendelflächen lükkenlos aneinandergereiht, um geschlossene Wendelkanäle zu bilden und den Betrieb im Gegegnstromfluss mit optimalem Wirkungsgrad zu sichern.In a countercurrent heat exchanger of the type mentioned, the helical tubes are strung together to form practically closed helical surfaces without gaps, in order to form closed helical channels and to ensure operation in the countercurrent flow with optimum efficiency.
Die Herstellung von solchen Wärmeaustauschern war bisher bestenfalls mit einer geringen Anzahl von Wendelrohren mglich und wird bei zunehmender Rohrzahl insofern besonders problematisch, als das Anschliessen der aneinanderliegenden Wendelrohre infolge der Unzugänglichkeit der Rohrenden besonders schwierig wird und mit herkmmlichen Anschlüssen nicht möglich ist.The production of such heat exchangers was previously possible at best with a small number of spiral tubes and becomes particularly problematic with an increasing number of tubes in that the connection of the adjacent spiral tubes becomes particularly difficult due to the inaccessibility of the tube ends and is not possible with conventional connections.
Die diesbezüglichen Probleme lassen sich unter anderem dadurch erklären, dass Rohrwendel sich nicht so genau formen lassen, dass sie ohne Spannungen zu verursachen aneinandergereiht werden können. Bei der seitlichen Berührung von runden Rohren entlang einer Spirallinie, wirken sich Spannungen so aus, dass bei geringen Strungen, ein Wendelrohr vom anderen abrutschen kann. Die konvexen Rohrwandungen, die gegeneinander drücken, sind somit im instabilen Gleichgewicht, so dass eine kleine auslenkende Kraft ungesicherte Wendelrohre aus ihrer richtigen Lage bringen kann.The problems in this regard can be explained, among other things, by the fact that coiled tubing cannot be shaped so precisely that they can be strung together without causing tension. When round tubes are touched along the side of a spiral line, tensions have the effect that, in the case of low interference, one spiral tube can slide off the other. The convex tube walls that press against each other are thus in an unstable equilibrium, so that a small deflecting force can bring unsecured spiral tubes out of their correct position.
Es ist einerseits besonders schwierig, starre Rohre zu genau aneinanderliegenden Wendeln umzubiegen und auf sichere Weise mit einem herkömmlichen Verteiler bzw. Sammler zu verbinden.On the one hand, it is particularly difficult to bend rigid pipes into coils that lie exactly against one another and to connect them in a safe manner to a conventional distributor or collector.
Flexible Rohre lassen sich andererseits viel leichter wickeln, müssen aber in ihrer gewünschten Stellung im Rohrbündel gesichert werden, um stabile Wendelrohrbündel zu erzielen.Flexible pipes, on the other hand, are much easier to wind, but must be secured in their desired position in the tube bundle in order to achieve stable spiral tube bundles.
Die Fertigung von kompakten Gegenstromwärmeaustauschern mit einer möglichst grossen Anzahl von Wendelrohren wäre besonders vorteilhaft, um sehr grosse Wärmaustauschflächen mit einem optimalen Wirkungsgrad zu erzielen und damit eine erhebliche Erweiterung des Anwendungsbereiches solcher Wärmeaustauscher zu ermöglichen.The production of compact countercurrent heat exchangers with as large a number of spiral tubes as possible would be particularly advantageous in order to achieve very large heat exchange surfaces with an optimal efficiency and thus to enable a considerable expansion of the application range of such heat exchangers.
Für gewisse Anwendungen ist ferner die Verwendung von korrosionsbeständigen Werkstoffen besonders erwünscht bzw. erfoderlich und Kunststoffrohre könnten zu diesem Zweck besonders geeignet sein.For certain applications, the use of corrosion-resistant materials is also particularly desirable or necessary, and plastic pipes could be particularly suitable for this purpose.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine grössere Anzahl von Wendelrohren aufweisen kann und dabei auch einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.The object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned at the outset, which can have a larger number of spiral tubes and can also be produced simply and inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wendelrohre an den Enden jedes Rohrbündels mit einem Hilfsverteiler oder Hilfssammler verbunden sind, der aus einer senkrecht zur entsprechenden Wendelfläche stehenden gelochten Anschlussplatte und einem abnehmbaren Deckel zum Anschluss an den Zentralverteiler bzw. Zentralsammler für das Primärfluid besteht und zwischen dem Kernrohr und dem Mantelrohr so angeordnet ist, dass die Enden der Wendelrohre ohne wesentliche Abweichung derselben von der entsprechenden Wendelfläche an den Hilfsverteiler bzw. Hilfssammler angeschlossen sind. Diese gelochte Anschlussplatte jedes Hilfsverteilers bzw. Hilfssammlers ist jeweils mit versetzt angeordneten Bohrungen versehen, wobei die Enden der aneinanderliegenden Wendelrohre ohne wesentliche Abweichung derselben von der entsprechenden Wendelfläche in entsprechenden versetzt angeordneten Bohrungen der Anschlussplatte aufgenommen und mit dieser fest verbunden sind.This object is achieved according to the invention in that the helical tubes are connected at the ends of each tube bundle to an auxiliary distributor or auxiliary collector which consists of a perforated connection plate which is perpendicular to the corresponding spiral surface and a removable cover for connection to the central distributor or central collector for the primary fluid and is arranged between the core tube and the jacket tube in such a way that the ends of the spiral tubes are connected to the auxiliary distributor or auxiliary collector without substantial deviation from the corresponding spiral surface. This perforated connection plate of each auxiliary distributor or auxiliary collector is in each case provided with staggered bores, the ends of the adjoining helical tubes being accommodated in corresponding staggered bores of the connection plate without substantial deviation from the corresponding helical surface and being firmly connected to the latter.
Die Anschlussplatte jedes erfindungsgemäss vorgesehenen Hilfsverteilers bzw. Hilfssammlers ist mit zwei Reihen von versetzt angeordneten Bohrungen versehen, die parallel zur entsprechenden Wendelfläche in geringem Abstand an beiden Seiten derselben verlaufen, wobei die Enden der Wendelrohre abwechselnd an beiden Seiten dieser Wendelfläche leicht abgebogen sind, anschliessend parallel zu dieser Wendelfläche verlaufen und abwechselnd an entsprechenden Bohrungen der beiden Reihen angeschlossen sind.The terminal plate each he f indungsgemäss The auxiliary manifold or auxiliary collector provided is provided with two rows of staggered bores, which run parallel to the corresponding helical surface at a small distance on both sides thereof, the ends of the helical tubes alternately being slightly bent on both sides of this helical surface, then running parallel to this helical surface and are alternately connected to corresponding holes in the two rows.
Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Wärmeaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohrbündel aus flexiblen Wendelrohren besteht, die an Stützarmen frei anliegen, wobei diese Stützarme mit dem Kernrohr fest verbunden und in der entsprechenden Wendelfläche um das Kernrohr herum verteilt sind, so dass die Wendelrohre gegeneinander in unverückbarer Lage abgestützt sind.According to a preferred embodiment of the invention, the heat exchanger is characterized in that each tube bundle consists of flexible helical tubes which rest freely on support arms, these support arms being firmly connected to the core tube and being distributed in the corresponding helix area around the core tube, so that the helical tubes are supported against each other in an immovable position.
Die flexiblen Wendelrohre können vorteilhaft durch die Stützarme in der entsprechenden Wendelfläche in entgegengesetzten Axialrichtungen gekrümmt und abgestützt sein.The flexible spiral tubes can advantageously be curved and supported in opposite axial directions by the support arms in the corresponding spiral surface.
Die Wendelrohre sowie die erfindungsgemässen Hilfsverteiler bzw. Hilfssammler können vorteilhaft aus beliebigen geeigneten Kunststoffen, beispielsweise aus Teflon, bestehen. In diesem Fall können die Enden der Wendelrohre in den entsprechenden Bohrungen der Anschlussplatte auf einfache Weise durch eine Schmelzverbindung dicht angeschlossen werden. Alle Teile des Wärmeaustauschers können vorzugsweise aus denselben Kunststoffen bestehen, oder zumindest mit diesen bedeckt sein, um eine möglichst hohe Beständigkeit des gesamten Wärmeaustauschers gegen chemische Angriffe und dadurch eine maximale Lebensdauer zu erzielen.The spiral tubes and the auxiliary distributors or auxiliary collectors according to the invention can advantageously be made of any suitable plastics, for example Teflon. In this case, the ends of the helical tubes can easily be tightly connected in the corresponding bores of the connection plate by means of a fusion connection. All parts of the heat exchanger can preferably consist of the same plastics, or at least be covered with them, in order to achieve the highest possible resistance of the entire heat exchanger to chemical attacks and thereby to achieve a maximum service life.
Die Stützarme sind vorteilhaft mit einer Verzahnung für die Aufnahme der Wendelrohre versehen und zur Versteifung profiliert.The support arms are advantageously provided with teeth for receiving the helical tubes and profiled for stiffening.
Diese Stützarme sind ferner vorteilhaft in bezug auf die gemeinsame Längsachse, vorzugsweise abwechselnd in entgegengesetzten Axialrichtungen geneigt.These support arms are also advantageously inclined with respect to the common longitudinal axis, preferably alternately in opposite axial directions.
Die in der entsprechenden Wendelfläche in Axialrichtung sowie in Umfangsrichtung versetzten Stützarme, die am Kernrohr einseitig befestigt und an denen alle Wendelrohre eines Rohrbündels jeweils frei anliegen und gleichmässig abgestützt sind, ermöglichen die Einhaltung der wendelförmigen Konfiguration des gesamten Rohrbündels.The support arms offset in the corresponding helical surface in the axial direction and in the circumferential direction, which are attached on one side to the core tube and on which all the helical tubes of a tube bundle lie freely and are evenly supported, enable the helical configuration of the entire tube bundle to be maintained.
Die Stützarme erfüllen verschiedene Funktionen in bezug auf den Aufbau der Wendelrohrbündel auf dem Kernrohr, die wie folgt erläutert werden können. Beim Wickeln von flexiblen Rohren aus Kunststoff oder weichem Metall werden die Rohre jeweils infolge der erforderlichen Zugkraft gespannt, damit die nacheinander geformten Rohrwendeln dicht aneinander zu liegen kommen. Diese Zugkraft schmiegt somit die erste bzw. innerste Rohrwendel am Kernrohr und jede weitere Rohrwendel an die vorhergehende an. Diese Zugkraft übt auf die Rohre eine radiale Kraft aus, die sich in zwei Komponenten zerlegen lässt, wovon eine parallel und die andere quer zur Längsachse des Stützarmes gerichtet ist. Die zum Stützarm parallel gerichtete Komponente drückt die jeweils durch Krümmen entstehende Rohrwendel zu der inneren, vorherigen Wendel hin, und die Querkomponente drückt die Rohrwendel gegen den Stützarm. Statisch gesehen wirkt jeder Stützarm als einseitig (am Kernrohr) eingespannter Träger.The support arms perform various functions with regard to the construction of the spiral tube bundles on the core tube, which can be explained as follows. When winding flexible pipes made of plastic or soft metal, the pipes are each tensioned as a result of the required tensile force so that the pipe coils formed one after the other come to lie close together. This tensile force hugs the first or innermost tube coil on the core tube and each additional tube coil on the previous one. This tensile force exerts a radial force on the pipes, which can be broken down into two components, one of which is parallel and the other is directed transversely to the longitudinal axis of the support arm. The component directed parallel to the support arm presses the pipe helix that arises in each case towards the inner, previous coil, and the transverse component presses the pipe helix against the support arm. From a static point of view, each support arm acts as a beam clamped on one side (on the core tube).
Es ist bekannt, dass das maximale Biegemoment eines einseitig eingespannten Trägers, der am anderen Ende frei aufliegt, mehrmals kleiner ist als beim einseitig eingespannten, freitragenden Träger.It is known that the maximum bending moment of a beam clamped on one side, which lies freely on the other end, is several times smaller than that of the cantilever beam clamped on one side.
Wenn die Stützarme eine relativ grosse Länge bzw. Tragweite haben sollen, um eine entsprechend grosse Anzahl Rohrwendel abzustützen, können die äusseren Enden der Stützarme durch seitliche Spannbänder gehalten werden, so dass die Stützarme durch diese Bänder abgestützt und damit versteift sind, und dass ihre Bauhöhe entsprechend klein gehalten werden kann.If the support arms are to have a relatively large length or range in order to support a correspondingly large number of coils, the outer ends of the support arms can be held by lateral tensioning straps, so that the support arms are supported by these straps and thus stiffened, and that their overall height can be kept correspondingly small.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführung sind die Stützarme in verschiedenen Radialebenen verteilt und an ihrem freien Ende durch Spannbänder in jeder Radialebene miteinander verbunden.According to an advantageous embodiment, the support arms are distributed in different radial planes and are connected to one another at their free ends by tensioning straps in each radial plane.
Solche Spannbänder werden damit auf vorteilhafte Weise so angeordnet, dass sie einerseits die Abstände zwischen den übereinanderliegenden Stützarmen konstant halten, so dass die Höhe bzw. der Querschnitt der Wendelstromkanäle überall gleich gross gehalten wird. Andererseits sichern die Spannbänder die äussersten Windungen, wobei dies insbesondere beim Verschieben der Wendelrohrbündel-Anordnung relativ zum Mantelrohr wichtig sein kann.Such tensioning straps are thus advantageously arranged in such a way that on the one hand they keep the distances between the superimposed support arms constant, so that the height or the cross section of the spiral flow channels is kept the same everywhere. On the other hand, the tensioning straps secure the outermost windings, which can be particularly important when moving the spiral tube bundle arrangement relative to the jacket tube.
Um den Wärmeaustausch zu verbessern kann der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher, insbesondere bei Verwendung von metallischen Wendelrohren, um seine gemeinsame Längsachse drehbar gelagert und mit einem Antrieb verbunden sein, der so ausgebildet ist, dass er den Wärmeaustauscher in eine pendelnde Drehbewegung versetzen kann.In order to improve the heat exchange, the heat exchanger according to the invention, in particular when using metallic helical tubes, can be rotatably mounted about its common longitudinal axis and connected to a drive which is designed such that it can set the heat exchanger in an oscillating rotary movement.
Die Wärmeübertragung im erfindungsgemässen Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit Wendelrohrbündeln wird hier dadurch gesteigert, dass der gesamte Wärmeaustauscher in steter Folge um seine Längsachse hin- und hergedreht wird. Die Wärmeübertragung zwischen einem strömenden Fluid und einer Rohrwand ist bekanntlich in der Anlaufstrecke am grössten, wobei sie je nach den Strömungsverhältnissen in der Anlaufstrecke vielfach grösser sein kann als nach einer gewissen durchströmten Strecke. Dieses Phänomen wird hier dadurch ausgenützt, dass man den Wärmeaustauscher sich um seine Längsachse hin- und herdrehen lässt. Dadurch schwellen die zusätzlichen Geschwindigkeiten der beiden Flüssigkeiten gegenüber der Rohrwand, die sich den Grundströmungen überlagern, sowohl in den Rohren, wie auch ausserhalb, ständig an und ab. Liegen die zusätlichen Relativgeschwindigkeiten und die Grundströmung innerhalb derselben Grössenordnung, werden dadurch im Takt mit der pendelnden Drehbewegung immer wieder hydrodynamischeAnlaufbedinungen hervorgerufen, die zur Steigerung des Wärmeüberganges an der Innen- und Aussenseite der Rohrwand führen.The heat transfer in the countercurrent heat exchanger according to the invention with helical tube bundles is increased here in that the entire heat exchanger is rotated back and forth in a constant sequence about its longitudinal axis. The heat transfer between a flowing fluid and a pipe wall is known to be greatest in the start-up section, and depending on the flow conditions in the start-up section it can be many times greater than after a certain section through which flow passes. This phenomenon is exploited here in that the heat exchanger can be rotated back and forth around its longitudinal axis. As a result, the additional speeds of the two liquids with respect to the pipe wall, which overlap the basic currents, constantly swell up and down both in the pipes and outside. Are the additional relative speeds and the basic flow within the same order of magnitude are thereby repeatedly brought about in time with the oscillating rotary movement, hydrodynamic starting conditions which lead to an increase in the heat transfer on the inside and outside of the tube wall.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Längschnitt einer Ausführung des Wärmeaustauschers.
- Fig. 2 einen Querschnitt einer Anschlusskammer der Ausführung gemäss Fig. 1.
- Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführung mit vier Rohrbündeln und Stützarmen.
- Fig. 4 eine teilweise perspektivische Ansicht von Stützarmen auf einem Kernrohr.
- Fig. 5 die Abwicklung eines gemäss Fig. 4 abgestützten Wendelrohrs.
- Fig. 6 einen teilweisen Längschnitt eines mit Spannbändern versehenen Ausführung des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 3.
- Fig. 7 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Spannbands der Ausführung gemäss Fig. 6.
- Fig. 8 einen teilweisen Längschnitt einer weiteren Ausführung des Wärmeaustauschers mit einer Variante der Stützarme und Spannbänder.
- Fig. 1 is a schematic longitudinal section of an embodiment of the heat exchanger.
- 2 shows a cross section of a connection chamber of the embodiment according to FIG. 1.
- Fig. 3 shows a cross section of a further embodiment with four tube bundles and support arms.
- Fig. 4 is a partial perspective view of support arms on a core tube.
- 5 shows the development of a helical tube supported according to FIG. 4.
- 6 shows a partial longitudinal section of an embodiment of the heat exchanger according to FIG. 3 provided with tensioning straps.
- 7 is a partial perspective view of a strap of the embodiment according to FIG. 6.
- Fig. 8 is a partial longitudinal section of another embodiment of the heat exchanger with a variant of the support arms and straps.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung des Wärmeaustauschers mit zwei Wendelrohrbündeln 1A, 1B zum Durchfluss eines Primärfluids im Gegenstromfluss mit einem Sekundärfluid, das zwei entsprechende Wendelstromkanäle 2A, 2B durchfliesst, die zwischen den zwei parallel verlaufenden Wendelrohrbündeln 1A und 1B gebildet sind.1 shows an embodiment of the heat exchanger with two
Wie durch Pfeile zu oberst in Fig. 1 angezeigt, wird das Primärfluid von einem Primäreintritt 3 über einen Zentralverteiler 4 und zwei Hilfsverteiler 5A, 5B dem oberen Ende der Wendelrohrbündel 1A, 1B zugeführt und an ihrem unteren Ende über zwei Hilfssammler 6A, 6B, einen Zentralsammler 7 und einen oberen Primäraustritt 8 abgeführt.As indicated by arrows at the top in FIG. 1, the primary fluid is fed from a
Die Hilfsverteiler 5A, 5B sowie die Hilfssammler 6A, 6B bestehen aus einer zweiteiligen Anschlusskammer und werden nachfolgend als Anschlusskammer bezeichnet.The
Wie aus Fig. 1 ersichtlich sind die Rohrbündel 1A, 1B mit ihren entsprechenden Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B in einem geschlossenen Ringraum zwischen einem Kernrohr 9 und einem koaxialen Mantelrohr 10 mit einer gemeinsamen Längsachse des Wärmeaustauschers angeordnet. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt besteht jedes Rohrbündel 1A, 1B aus zehn Wendelrohren, die um die gemeinsame Längsachse herum in einer entsprechenden Wendelebene mit konstanter Ganghöhe gewunden und zwischen dem Kernrohr 9 und dem Mantelrohr 10 eng aneinandergereiht sind.As can be seen from FIG. 1, the tube bundles 1A, 1B with their
Das Wärmeaustauschergehäuse besteht aus dem Mantelrohr 10 mit einem Aussenflansch 11, einem Boden 12 und einem Abschlussdeckel 13, der hier aus einem Stück mit dem Kernrohr 9 besteht und mit dem Aussenflansch 11 dicht verbunden wird. Dieser Abschtussdecket 13 bildet zusammen mit dem Kernrohr 9, dem Mantelrohr 10 und dem Boden 12 den geschlossenen Ringraum, der die Rohrbündel 1A, 1B mit ihren vier Anschlusskammern 5A, 5B, 6A, 6B umschliesst, wobei ein Sekundäreintritt 14 im Boden 12 ein Sekundärfluid zuführt, das die Wendelstromkanäle 2A, 2B aufwärts durchfliesst und durch einen seitlichen Sekundäraustritt 15 am oberen Ende des Mantelrohrs 10 abgeführt wird.The heat exchanger housing consists of the
Der Aufbau der Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt und besteht aus einer gelochten Anschlussplatte 16 und einem darauf angebrachten abnehmbaren Deckel 17 mit einem Rohrstück 18, das die Anschlusskammer jeweils mit dem entsprechenden im Kernrohr 9 angeordneten Zentralverteiler 4 oder Zentralsammler 7 verbindet.The structure of the
Die Anschlussplatte 16 der Anschlusskammern 5A, 5B, 6A, 6B ist senkrecht zur entsprechenden Wendelebene angeordnet und mit Bohrungen versehen, die zur Aufnahme der Enden der Wendelrohre in zwei Reihen versetzt angeordnet sind und parallel zur Wendelebene in kurzem Abstand verlaufen. Die Enden der aneinandergereihten Wendelrohre sind in den entsprechenden versetzten Bohrungen der zwei Reihen in der Anschlussplatte 16 aufgenommen, mit dieser dicht verbunden und damit an die entsprechende Anschlusskammer 5A, 5B oder 6A, 6B parallel angeschlossen.The
Der Deckel 17 wird nach dem Anschliessen der Wendelrohre mit der Anschlussplatte 16 auf irgende eine geeignete Weise, z.B. mit Schrauben und Dichtungsmitteln dicht verbunden.The
Zum Anschliessen an die vorgesehenen Anschlusskammern müssen die Enden der Wendelrohre nur geringfügig verbogen werden, um abwechselnd in zwei benachbarten Ebenen versetzt angeordneten Reihen von entsprechenden Bohrungen parallel zur entsprechenden Wendelebene in der gelochten Anschlussplatte 16 eingesetzt und befestigt zu werden.To connect to the provided connection chambers, the ends of the helical tubes only have to be bent slightly in order to be inserted and fastened alternately in rows of corresponding bores arranged offset in two adjacent planes parallel to the corresponding helical plane in the
Diese spezielle Anordnung der Anschlusskammern bietet entscheidende Vorteile gegenüber bekannten Rohranschlüssen, die eine bedeutende Verbiegung der Rohrenden erfordern, um sie mit einer herkömmlichen Anschlussplatte oder dergleichen dicht zu verbinden. Die Anordnung der Anschlusskammern umgeht damit auf sehr einfache Weise die wichtigen Probleme beim Anschliessen der Rohrbündel, wobei das komplizerte Abbiegen zum Anschliessen von zahlreichen unzugänglichen aneinandergrenzenden Rohren sowie jede Beinträchtigung ihrer Festigkeit durch ihre Verformung beim Abbiegen mit einem zu kleinen Biegeradius einfach umgangen werden.This special arrangement of the connection chambers offers decisive advantages over known pipe connections, which require a significant bending of the pipe ends in order to connect them tightly with a conventional connection plate or the like. The arrangement of the connection chambers thus bypasses the important problems when connecting the tube bundles in a very simple manner, whereby the complicated bending for connecting numerous inaccessible adjacent tubes and any impairment of their strength due to their deformation when bending with an insufficient bending radius are simply avoided.
Nach dem Lösen des Abschlussdeckels 13 vom Aussenflansch 11 kann der gesamte Einsatz, bestehend aus dem Abschlussdeckel 13 mit dem Kernrohr 9 und den Rohrbündeln 1A, 1B mit den Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B, dem Primäreintritt 3, dem Zentralverteiler 4 und dem Zentralsammler 7 mit dem Primäraustritt 8, als ganzes aus dem Mantelrohr 10 herausgezogen werden.After loosening the end cover 13 from the
Dank dieser speziellen Anordnung der Wendelrohrbündel 1A, 1B mit den Anschlusskammern 5A, 5B und 6A, 6B auf dem Kernrohr 9, können damit die Rohrbündel auf besonders einfache Weise freigelegt und durch geeignete Mittel, z.B. mit Flüssigkeitsstrahlen oder Bürsten, die seitlich eingebracht werden, nach Bedarf rasch und wirksam gereinigt werden.Thanks to this special arrangement of the spiral tube bundles 1A, 1B with the
Dies stellt insofern einen besonders wichtigen Vorteil der Wärmeaustauscheranordnung dar, als eine wirksame Reinigung der Wendelrohrbündel bei vielen Anwendungen unerlässlich ist, insbesondere wenn das Sekundärfluid auf der Aussenfläche der Wendelrohre einen Belag bildet, der den Wärmeaustausch mehr oder minder rasch beinträchtigt.This represents a particularly important advantage of the heat exchanger arrangement in that an effective cleaning of the spiral tube bundle is essential in many applications, in particular if the secondary fluid forms a coating on the outer surface of the spiral tubes, which affects the heat exchange more or less quickly.
Die oben beschriebene Ausführung des Wärmeaustauschers umfasst zwei Wendelrohrbündel, wobei ihre Anzahl leicht erhöht werden kann.The embodiment of the heat exchanger described above comprises two helical tube bundles, the number of which can be increased slightly.
Im Gegensatz zu bekannten Wärmeaustauschern derselben Art, kann jedoch sowohl die Anzahl der aneindergrenzenden Wendelrohre des Rohrbündels als auch die Anzahl der Rohrbündel durch eine entsprechende Ausrüstung des Wärmeaustauschers mit den jeweils erforderlichen Anschlusskammern ohne besondere Schwierigkeit erhöht werden.In contrast to known heat exchangers of the same type, however, both the number of adjacent spiral tubes of the tube bundle and the number of tube bundles can be increased without any particular difficulty by appropriately equipping the heat exchanger with the connection chambers required in each case.
Es ist ferner möglich, bei zunehmender Anzahl der Rohrbündel, die Anschlusskammern in mehreren Querebenen anzuordnen d.h. in bezug auf die gemeinsame Längsachse so zu versetzen, dass eine beliebige Anzahl Rohrbündel mit gleicher Ganghöhe an beiden Enden derselben erfindungsgemäss mit Hilfsverteilern und Hilfssammlern zwischen dem Kernrohr und dem Mantelrohr ausgerüstet werden kann.It is also possible to arrange the connection chambers in several transverse planes as the number of tube bundles increases. with respect to the common longitudinal axis so that any number of tube bundles with the same pitch at both ends thereof can be equipped according to the invention with auxiliary distributors and auxiliary collectors between the core tube and the jacket tube.
Wenn die Rohrbündel des Wärmeaustauschers aus Rohren mit geringer Steifigkeit bestehen, z.B. aus Kunststoffrohren oder weichen Metallröhrchen, werden die Rohrbündel aus flexiblen Rohren durch versetzt angeordnete Stützarme abgestützt, wie in Fig. 3 bis 7 gezeigt.If the tube bundles of the heat exchanger consist of tubes with low rigidity, e.g. made of plastic tubes or soft metal tubes, the tube bundles made of flexible tubes are supported by staggered support arms, as shown in FIGS. 3 to 7.
Der im Querschnitt in Fig. 3 gezeigte Wärmeaustauscher entspricht im wesentlichen der beschriebenen Anordnung gemäss Fig. 1, 2, wobei gleichartige Teile in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.The heat exchanger shown in cross-section in FIG. 3 essentially corresponds to the arrangement described in accordance with FIGS. 1, 2, parts of the same type being identified in all figures with the same reference symbols.
Die Ausführung gemäss Fig. 3 weist jedoch vier Wendelrohrbündel 1A bis 1D mit je vier entsprechenden Hilfsverteilern und Hilfssammlern auf, die jeweils der beschriebenen Anschlusskammer gemäss Fig. 2 entsprechen.3, however, has four spiral tube bundles 1A to 1D, each with four corresponding auxiliary distributors and auxiliary collectors, each of which corresponds to the described connection chamber according to FIG. 2.
In Fig. 3 sind die vier Wendelrohrbündel 1A bis 1D mit den vier Hilfsverteilern bzw. Anschlusskammern 5A bis 5D, sowie Stützarme 20 und Spannbänder 21 gezeigt.3 shows the four spiral tube bundles 1A to 1D with the four auxiliary distributors or
Bei den Ausführungen gemäss Fig. 3 bis 8 ist der Wärmeaustauscher mit einer Mehrzahl von Stützarmen 20 ausgerüstet, die jeweils ein Wendelrohrbündel abstützen, am Kernrohr 9 befestigt und in den den Rohrbündeln entsprechenden Wendelebenen verteilt sind, wobei die Wendelrohre an diesen Stützarmen 20 frei anliegen und abgestützt sind.3 to 8, the heat exchanger is equipped with a plurality of
Es ist ferner aus Fig. 3 und 6 ersichtlich, dass diese Stützarme 20 sich vom Kernrohr 9 radial nach aussen bis zur Innenseite des Mantelrohrs 10 erstrecken, wobei sie an ihrem freien äusseren Ende durch Spannbänder 21 festgehalten werden.It can also be seen from FIGS. 3 and 6 that these
Die Stützarme 20 sind in verschiedenen Radialebenen verteilt, so dass sie jeweils in entsprechenden Reihen parallel zur gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, wobei der axiale Abstand zwischen den Stützarmen in jeder Reihe dem Abstand zwischen den benachbarten Windungen der Rohrbündel entspricht und damit die axiale Höhe jedes Wendelstromkanals bestimmt.The
Fig. 4 zeigt zur Vereinfachung der Zeichnung nur zwei Wendelrohrabschnitte und zwei am Kernrohr 9 befestigte Stützarme 20, die in der entsprechenden Wendelebene angeordnet und in bezug auf die Senkrechte zur Längsachse in entgegegengesetzten Richtungen leicht nach aussen geneigt sind. Dabei liegen die Wendelrohre abwechselnd an entgegengestzten Seiten der aufeinanderfolgend angeordneten Stützarme 20 frei an und sind dadurch in entgegegengesetzten Axialrichtungen abwechselnd leicht gekrümmt.Fig. 4 shows, for simplification of the drawing, only two helical tube sections and two
In Fig. 5 ist die Abwicklung eines Wendelrohrs gezeigt, das auf diese Weise durch die Stützarme 20 abgestützt und abwechselnd geringfügig verbogen ist. Die Wendelrohre werden durch eine derartige wellenartige Anordnung an den Stützarmen 20 verspannt und damit in ihrer Stellung an jedem Stützarm gehalten.5 shows the development of a helical tube which is supported in this way by the
Fig. 6 und 7 zeigen insbesondere eine Ausführung der Spannbänder 21 zum Festhalten der Stützarme 20 an ihren freien Enden in derselben Radialebene und mit dem erforderlichen Abstand, der die axiale Höhe der Wendelstromkanäle bestimmt. Diese Spannbänder 21 bestehen je aus einem Längsband mit einer glatten Aussenseite, haben etwa dieselbe Breite wie die Stützarme 20 und sind in regelmässigen Abständen gefaltet, die der erforderlichen axialen Höhe der Wendelstromkanäle entsprechen.6 and 7 show in particular an embodiment of the tensioning straps 21 for holding the
Diese gefalteten Spannbänder 21 weisen damit eine Reihe von parallelen nach innen gerichteten Stützflächen 22 zum Tragen der entsprechenden Stützarme 20. auf, die an ihrem freien Ende je mit einem Einschnitt 23 versehen sind. Die Stellung der Stützarme 20 wird hier mit einer Schnappverbindung gesichert, die aus dem Einschnitt 23 am Ende jedes Stützarmes 20 und einem entsprechenden Widerhaken 24 besteht, der von der Stützfläche 22 hervorsteht und zum Einhaken im Einschnitt 23 vorgesehen ist. Fig. 7 zeigt im wesentliche die Form des Spannbandes 21 und seine Zusammenwirkung mit einem Stützarm 20. Die hier gezeigten Spannbänder 21 können z.B. aus Metallstreifen von 0,2 mm Dicke hergestellt werden, wobei sie infolge ihrer gefalteten Form eine hohe Steifheit aufweisen.These folded tensioning straps 21 thus have a series of parallel inward support surfaces 22 for supporting the
Wie aus Fig. 6 and 7 ersichtlich, sind die Wendelrohre aneinanderliegend an den Stützarmen 20 angeordnet, wobei die äussersten Windungen jeweils in ihrer Stellung am Ende der Stützarme 20 dadurch gesichert sind, dass die Widerhaken 24 der Spannbänder 21 zur Aufnahme in den entsprechenden Einschnitten 23 an den Enden der Stützarme 20 angepasst sind.As can be seen from FIGS. 6 and 7, the helical tubes are arranged adjacent to one another on the
Die Spannbänder 21 sichern hier sowohl den erforderlichen Aussenradius der Rohrbündel als auch ihre genaue Anpassung an den Innendurchmesser des Mantelrohrs 10, wobei damit die erforderliche Abdichtung der Wendelstromkanäle sowie ihre konstante axiale Höhe am Umfang der Rohrbündel gesichert werden.The
Diese seitlichen Spannbänder 21 dienen ferner zur Aufnahme von Kräften, die eventuell auf die äussersten Rohrwindungen infolge einer axialen Bewegung des Mantelrohrs 10 in bezug auf die Rohrbündel, auf diese einwirken, insbesondere wenn das Mantelrohr zwecks Reinigung der Rohrbündel entfernt wird.These lateral straps 21 are also used to absorb forces that may act on the outermost pipe windings due to an axial movement of the
Die in Fig. 6 und 7 gezeigte Anordnung der Spannbänder 20 ergibt keine bedeutende Verringerung des Durchflussquerschnitts der Wendelstromkanäle und der Aussenfläche der Wendelrohrbündel.The arrangement of the tensioning straps 20 shown in FIGS. 6 and 7 does not result in a significant reduction in the flow cross-section of the helical flow channels and the outer surface of the helical tube bundle.
Fig. 8 zeigt eine Ausführung mit Wendelrohrbündeln 1A, 1B, 1C, die beidseitig an doppelflanschigen Stützarmen 120 mit Querstegen 121 anliegen.8 shows an embodiment with helical tube bundles 1A, 1B, 1C, which bear on both sides on double-
In diesem Fall besteht jedes Spannband gemäss Fig. 8 aus einem flachen Längsband 122 und ist mit dem äussersten Steg des Stützarmes 120 durch geeignete Befestigungsmittel verbunden, z.B. nach innen ragende Sperrstifte, die in entsprechenden Öffnungen im äussersten Steg des doppelflanschigen Stützarms 120 einrasten, um als Schnappverschluss zu wirken.In this case, each tensioning strap according to FIG. 8 consists of a flat
Die seitlichen Spannbänder können auch jede andere geeignete Form aufweisen, um die Zusammenwirkung mit den Stützarmen zu erzielen.The side straps can also have any other suitable shape to achieve interaction with the support arms.
Die Ausführung gemäss Fig. 8 ist insbesondere für Anwendungen geeignet, die eine Ausführung des Wärmeaustauschers aus Kunststoff erfordern, um eine ausreichende Beständigkeit gegen korrosive Medien zu sichern.The embodiment according to FIG. 8 is particularly suitable for applications which require the heat exchanger to be made of plastic in order to ensure sufficient resistance to corrosive media.
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