EP2954275A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher

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EP2954275A1
EP2954275A1 EP14702634.8A EP14702634A EP2954275A1 EP 2954275 A1 EP2954275 A1 EP 2954275A1 EP 14702634 A EP14702634 A EP 14702634A EP 2954275 A1 EP2954275 A1 EP 2954275A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
tubes
fluid
housing
exchanger according
Prior art date
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Granted
Application number
EP14702634.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2954275B1 (de
Inventor
Benjamin SCHNITTKA
Jan-Christoph HARDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Publication of EP2954275A1 publication Critical patent/EP2954275A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2954275B1 publication Critical patent/EP2954275B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1653—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/36—Adaptations of ventilation, e.g. schnorkels, cooling, heating, or air-conditioning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • F28D1/022—Heat exchangers immersed in a large body of liquid for immersion in a natural body of water, e.g. marine radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
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    • F28F1/045—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular with assemblies of stacked elements
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/14—Fastening; Joining by using form fitting connection, e.g. with tongue and groove

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger having the features specified in the preamble of claim 1.
  • seawater is usually used, which is passed from outside the submarine through the Druckêtdung to a heat exchanger, flows through this for heat exchange with the medium to be cooled and then led out of the submarine again.
  • the present invention seeks to provide a heat exchanger for heat exchange of a fluid with seawater for a submarine, which is compact and in the invention allows for easy maintenance and cleaning light.
  • the heat exchanger according to the invention for heat exchange of a fluid with seawater for a submarine has a housing in which a plurality of tubes is arranged. These tubes are intended to flow through with a liquid cooling medium and, for this purpose, are fluid-conductively connected at one end to a liquid inlet and at the other end to a liquid outlet.
  • the seawater surrounding the submarine is used as the cooling medium.
  • the liquid inlet for connection of the heat exchanger may be provided to a submarine-side sea water pipe, which opens at the outside of the pressure hull of the submarine.
  • the liquid outlet is in this case usefully connected to a second submarine-side seawater pipe, through which the seawater is discharged again from the submarine.
  • the heat exchanger is typically constructed so as to be resistant to the effects of a pressure to quench, that is to say the components of the heat exchanger according to the invention which are pressurized by the seawater are dimensioned and configured such that they withstand the external pressure acting on the submarine during dive travel. Moreover, when seawater is used as the cooling medium, these components are typically formed of a seawater resistant material.
  • the basic idea of the invention is to arrange the pipes provided for the flow through with the cooling medium and expediently straight in such a way that adjacent pipes form closed flow-through channels for the fluid to be cooled.
  • At least three directly juxtaposed tubes are arranged so that each of these tubes contacted its two adjacent tubes over its entire length, so that between these at least three tubes a flow channel is formed, in a plane transverse to the longitudinal formation of the tubes completely from the pipe walls of these tubes, which form the heat exchange surfaces of the heat exchanger according to the invention, is jacketed.
  • the flow channels formed between the tubes are fluid-conductively connected at one end to a fluid inlet and at the other end to a fluid outlet of the heat exchanger.
  • the fluid inlet and the fluid outlet in such a way that the throughflow in the flow-through channels coincides with the flow-through direction in the tubes, or the fluid inlet and the fluid outlet can be arranged in such a way that the flow-through channels are flowed through in countercurrent to the tubes, So the flow direction in the flow channels opposite to the flow direction in the tubes.
  • the heat exchanger according to the invention Due to the high arrangement density of the tubes in the plane transverse to their longitudinal extent, the heat exchanger according to the invention has a slender, compact construction, which is particularly advantageous when using the heat exchanger in a submarine.
  • results from the arrangement of the tubes a very large heat exchange surface based on the guided through the flow channels to be cooled fluid flow and, accordingly, a relatively high efficiency of the heat exchanger according to the invention.
  • the tubes have a polygonal outer cross section. D. h.,
  • the outer contour of the tubes is formed angular.
  • the inner cross section of the tubes expediently corresponds with the outer cross section.
  • the inner cross section of the tubes is preferably formed polygonal according to its outer cross section. The nature of the polygonal outer cross section of the tubes is arbitrary within wide limits, as long as the shape of the outer cross section ensures a honeycomb-like arrangement of the tubes with circumferentially closed flow channels formed therebetween.
  • the tubes are designed as square tubes with a preferably square external cross-section.
  • the tubes are connected in this case at their longitudinal edges, so that in plan view of the plane transverse to the longitudinal extent of the tubes results in an arrangement in which the tubes and the interposed fürströmkanäle, which then also have a square cross-section, checkerboard, so in the manner of a checkerboard pattern, alternate.
  • the tubes are preferably arranged in a housing with a square cross-section.
  • the tubes are advantageously detachably connected to one another.
  • a connection of adjacent pipes is advantageously provided by means of plug connections.
  • the tubes can advantageously have recesses in which a projection formed on another tube engages in order to form a positive cohesion of these two tubes.
  • the tubes are designed as square tubes, wherein the square tubes each have a recess at two opposite longitudinal edges and at the other two longitudinal edges each have a projection corresponding to the recesses.
  • a groove preferably extending over the entire length of the edge is formed on two longitudinal edges of the square tubes and on the other two longitudinal edges of the square tubes a preferably over the entire length of the edge extending, outwardly projecting projection is formed.
  • a square tube is arranged so that one of the projections formed on it engages in a recess of another square tube.
  • the tubes each have at their two ends a receptacle for a pipe extension.
  • the tube extensions are advantageous solvable, z. B. connected by means of connectors with the pipes.
  • the receptacles may expediently be formed by extensions of the flow channel running through the tube at the two ends of the tube, into each of which a tube piece can be inserted as a raw extension.
  • the pipe extensions serve to connect the pipes to the liquid inlet and to the liquid outlet of the heat exchanger.
  • the tube extensions are designed such that adjacent tube extensions in the housing parts adjoining the housing of the heat exchanger do not form closed flow channels for the fluid to be cooled, so that the tube extensions in the housing parts are freely flooded by the fluid to be cooled.
  • an outlet for the fluid is preferably formed on one of the housing parts in a region between the housing and the tube bottom formed thereon.
  • the heat exchanger according to the invention is particularly suitable for use in a submarine and in particular for use in a central cooling circuit for cooling heat-generating devices in a submarine.
  • the invention also relates to a submarine, which has a central fresh water flowing through as a cooling medium cooling circuit, wherein the cooling circuit has at least one heat exchanger having the features described above.
  • a heat exchanger is arranged, in which the fresh water circulating through the cooling circuit is passed through the formed between the pipes flow channels of the heat exchanger, where it flows from the tubes of the heat exchanger flowing through the cooling medium, which is preferably seawater is traded, cooled.
  • FIG. 2 shows the heat exchanger of FIG. 1 in a reduced perspective exploded view
  • FIG. 3 shows a tube of the heat exchanger according to Fig. 1 in an enlarged side view
  • FIG. 4 shows the tube of FIG. 3 in a front view
  • Fig. 5 shows the tube of FIG. 3 in a longitudinal section
  • Fig. 6 is a schematic diagram of the arrangement of several tubes in the
  • the heat exchanger shown in Figures 1 and 2 has a housing 2.
  • This housing 2 is essentially rectangular, with its front sides spaced apart from one another in the longitudinal direction of the housing 2 being open.
  • a respective flange 4 and 6 is formed on these, which extends, starting from the lateral surface of the housing 2 transversely to its longitudinal extent to the outside.
  • a housing part 8 is fixed in each case.
  • the internal cross-section of the housing parts 8 corresponds to the rectangular outer cross-section of the housing 2 in an area outside the flanges 4 and 6.
  • An open end of the housing parts 8 facing away from the flange 10 is in each case closed by a plate 12 which is screwed to a flange 14 formed on the housing part 8.
  • a plate 12 which is screwed to a flange 14 formed on the housing part 8.
  • a respective central opening is formed, wherein the opening on the plate 12, which is arranged on the right in Figures 1 and 2 housing part 8, a liquid inlet 16 and the opening on the plate 12, to the in the Figures 1 and 2 left housing part 8 is arranged, forms a liquid outlet 18 of the heat exchanger.
  • Seawater which is used in the heat exchanger as a cooling medium, is introduced into the heat exchanger via the liquid inlet 16 and discharged back out of the heat exchanger via the liquid outlet 18.
  • a pipe stub is arranged in each case on two mutually opposite lateral surfaces of the two housing parts 8, which leads into the interior of the housing part 8.
  • the pipe sockets arranged on the housing part 8 arranged on the left in FIGS. 1 and 2 form fluid inlets 20 for a fluid to be cooled in the heat exchanger, while the pipe sockets arranged on the housing part 8 arranged on the right in FIGS. 1 and 2 comprise fluid outlet outlets 22 form for this fluid.
  • a plurality of tubes 24 is arranged, which extend in the longitudinal direction of the housing 2 and whose length corresponds substantially to the length of the housing 2.
  • the tubes 24 are formed as square tubes and have a substantially square outer cross-section.
  • a flow channel 26 formed in the tubes 24 also has a square cross-section.
  • the longitudinal edges of the tubes 24 are formed chamfered, wherein two mutually directly opposite chamfers are provided with two extending in the longitudinal direction of the chamfer punctures 28, whereby between the recesses 28, a projection 30 is formed.
  • the tubes 24 are arranged in the housing 2 such that they contact each other at their longitudinal edges, wherein a projection 30 of a first tube 24 in a recess 32 of a second tube 24 engages to form a plug connection ,
  • four tubes 24 in this way completely grasp a free space with a square cross-section formed therebetween. These spaces form closed flow channels 34 for the fluid to be cooled.
  • the tubes 24 have a substantially square inner cross section, wherein at each of the two ends of the tubes 24, a cylindrical tube extension is formed. These tube expansions form receptacles 36 for cylindrically shaped tube extensions 38, which engage in the receptacles 36 (FIGS. 5 and 6).
  • a tube plate 40 is formed which divides the interior of the housing parts 8 into two chambers 42 and 44.
  • the tubesheets 40 each have a plurality of openings 46. In these openings 46 which remote from the tubes 24 ends of the tube extensions 38 engage.
  • a closed flow path for the seawater which is used as a cooling medium, is formed in the heat exchanger, which differs from the liquid inlet 16 formed on the housing part 8 shown on the right in FIG. 1 via the chamber 42, the tube extensions. gene 38, the tubes 24 extends to the housing part 8 shown on the left in Fig. 1, where it opens at the adjoining the chamber 42 fluid outlet 18.
  • a closed flow path through the heat exchanger is formed for the fluid to be cooled.
  • the fluid inlets 20, which open into the chamber 44 of the housing part 8 from the housing part 8 shown on the left in FIGS Tubes 24 formed flow channels 34 extends to the chamber 44 of the other housing part 8 and opens at the fluid outlets 22 arranged there.

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Abstract

Ein Wärmetauscher zum Wärmetausch eines Fluids mit Seewasser für ein Unterseeboot weist ein Gehäuse (2) auf, in welchem eine Vielzahl von Rohren (24) angeordnet ist. Die Rohre (24) sind zur Durchströmung mit Seewasser vorgesehen und an einem Ende mit einem Seewassereinlass (16) und an dem anderen Ende mit einem Seewasserauslass (18) fluidleitend verbunden. Ferner sind die Rohre (24) derart nebeneinander angeordnet, dass benachbarte Rohre (24) geschlossene Durchströmkanäle (34) für das zu kühlende Fluid bilden, diean einem Ende mit einem Fluideinlass (20) und an dem anderen Ende mit einem Fluidauslass (22) fluidleitend verbunden sind.

Description

Titel: Wärmetauscher
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
In Unterseebooten ist es häufig erforderlich, dort zu diversen Zwecken eingesetzte gasförmige und flüssige Medien zu kühlen. Hierzu wird in der Regel Seewasser verwendet, das von außerhalb des Unterseeboots durch dessen Druckkörperwandung zu einem Wärmetauscher geleitet wird, diesen zum Wärmetausch mit dem zu kühlenden Medium durchströmt und anschließend wieder aus dem Unterseeboot herausgeleitet wird.
Es ist bekannt, als Wärmetauscher in Unterseebooten solche in Rohrbündelbauweise und in Plattenbauweise zu verwenden. Im Hinblick auf das begrenzte Raumangebot in einem Unterseeboot haben Rohrbün- delwärmetauscher den Nachteil, dass sie vergleichsweise großbauend sind. Bei Plattenwärmetauschern macht es das bei Tauchfahrt des Unterseeboots hohe Druckniveau des Seewassers erforderlich, die Platten des Plattenwärmetauschers miteinander zu verschweißen. Dies erschwert die Wartung und mechanische Reinigung des Plattenwärme- tauschers, die sich im Übrigen auch bei Rohrbündelwärmetauschern schwierig gestalten.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zum Wärmetausch eines Fluids mit Seewasser für ein Unterseeboot zu schaffen, der kompakt ausgebildet ist und in Weiterbildung der Erfindung eine einfache Wartung und Reinigung ermög- licht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen die- ses Wärmetauschers ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in geeigneter Kombination miteinander die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher zum Wärmetausch eines Fluids mit Seewasser für ein Unterseeboot weist ein Gehäuse auf, in dem eine Vielzahl von Rohren angeordnet ist. Diese Rohre sind zur Durchströmung mit einem flüssigen Kühlmedium vorgesehen und hierzu an einem Ende mit einem Flüssigkeitseinlass und an dem anderen Ende mit einem Flüs- sigkeitsauslass fluidleitend verbunden. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher das das Unterseeboot umgebende Seewasser als Kühlmedium verwendet. So kann der Flüssigkeitseinlass zum Anschluss des Wärmetauschers an eine unterseebootseitige See- Wasserleitung vorgesehen sein, die an der Außenseite des Druckkörpers des Unterseeboots mündet. Der Flüssigkeitsauslass ist in diesem Fall zweckmäßigerweise an eine zweite unterseebootseitige Seewasserleitung anschließbar, über die das Seewasser wieder aus dem Unterseeboot abgeleitet wird. Der Wärmetauscher ist typischerweise tauch- druckfest ausgebildet, das heißt die Bauteile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, die von dem Seewasser druckbeaufschlagt werden, sind zweckmäßigerweise so dimensioniert und ausgestaltet, dass sie den bei Tauchfahrt auf dem Unterseeboot wirkenden Außendruck standhalten. Darüber hinaus sind diese Bauteile dann, wenn Seewasser als Kühlmedium verwendet wird, typischerweise aus einem seewasserbeständigen Material ausgebildet. Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die zur Durchströmung mit dem Kühlmedium vorgesehenen und zweckmäßigerweise gerade ausgebildeten Rohre derart nebeneinander anzuordnen, dass benachbarte Rohre geschlossene Durchström kanäle für das zu kühlende Fluid bilden. Demzufolge sind jeweils zumindest drei direkt nebeneinander befindliche Rohre so angeordnet, dass jedes dieser Rohre seine beiden benachbarten Rohre über seine gesamte Länge kontaktiert, so dass zwischen diesen zumindest drei Rohren ein Durchström kanal gebildet wird, der in einer Ebene quer zur Längsausbildung der Rohre vollständig von den Rohrwandungen dieser Rohre, welche die Wärmeaustauschflächen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bilden, ummantelt ist. Die zwischen den Rohren ausgebildeten Durchströmkanäle sind an einem Ende mit einem Fluideinlass und an dem anderen Ende mit einem Fluidauslass des Wärmetauschers fluidleitend verbunden. Hierbei be- steht die Möglichkeit, den Fluideinlass und den Fluidauslass so anzuordnen, dass die Durchströmung in den Durchströmkanälen mit der Durchströmrichtung in den Rohren übereinstimmt oder der Fluideinlass und der Fluidauslass können derart angeordnet sein, dass die Durchströmkanäle in Gegenstrom zu den Rohren durchströmt werden, also die Durchströmrichtung in den Durchströmkanälen entgegengesetzt zu der Durchströmrichtung in den Rohren ist. Aufgrund der hohen Anordnungsdichte der Rohre in der Ebene quer zu deren Längsausdehnung weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen schlanken, kompakten Aufbau auf, was insbesondere bei Verwendung des Wärmetau- schers in einem Unterseeboot von Vorteil ist. Darüber hinaus ergibt sich durch die Anordnung der Rohre eine sehr große Wärmeaustauschfläche bezogen auf den durch die Durchströmkanäle geleiteten zu kühlenden Fluidstrom und dementsprechend ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Vorteilhaft weisen die Rohre einen polygonen Außenquerschnitt auf. D. h., die Außenkontur der Rohre ist eckig ausgebildet. Zur Erzielung dünner Rohrwandungen, die einen guten Wärmeübergang von der Außenseite der Rohre in deren Inneres ermöglichen, korrespondiert der Innenquerschnitt der Rohre zweckmäßigerweise mit deren Außenquerschnitt. Demzufolge ist der Innenquerschnitt der Rohre bevorzugt ent- sprechend ihrem Außenquerschnitt polygonal ausgebildet. Die Art des polygonen Außenquerschnitts der Rohre ist in weiten Grenzen beliebig, solange die Form des Außenquerschnitts eine wabenartige Anordnung der Rohre mit dazwischen ausgebildeten umfangseitig geschlossenen Durchströmkanälen gewährleistet.
Eine besonders große Wärmeaustauschfläche von den Durchströmkanälen zu den darum angeordneten Rohren ergibt sich dann, wenn, wie es gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, die Rohre als Vierkantrohre mit einem vorzugsweise quad- ratischen Außenquerschnitt ausgebildet sind. Die Rohre sind in diesem Fall an ihren Längskanten miteinander verbunden, so dass sich in Draufsicht auf die Ebene quer zur Längsausdehnung der Rohre eine Anordnung ergibt, bei der sich die Rohre und die dazwischen angeordneten Durchströmkanäle, die dann ebenfalls einen quadratischen Querschnitt aufweisen, schachbrettartig, also in Art eines Schachbrettmusters, abwechseln. Hierbei sind die Rohre vorzugsweise in einem Gehäuse mit einem quadratischen Querschnitt angeordnet.
Um die Wartung und eine mechanische Reinigung des erfindungsge- mäßen Wärmetauschers zu erleichtern und um ggf. einzelne Rohre leicht austauschen zu können, sind die Rohre vorteilhafterweise lösbar miteinander verbunden. In diesem Zusammenhang ist zweckmäßigerweise eine Verbindung benachbarter Rohre mittels Steckverbindungen vorgesehen. So können die Rohre vorteilhaft Ausnehmungen aufwei- sen, in die ein an einem anderen Rohr ausgebilderter Vorsprung zur Bildung eines formschlüssigen Zusammenhalts dieser beiden Rohre eingreift. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Rohre als Vierkantrohre ausgebildet sind, wobei die Vierkantrohre an zwei gegenüberliegenden Längskanten jeweils eine Ausnehmung aufweisen und an den beiden übrigen Längskanten jeweils einen mit den Ausnehmungen korrespondierenden Vorsprung aufweisen. So ist an zwei Längskanten der Vierkantrohre eine sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Kante erstreckende Nut ausgebildet und an den beiden anderen Längskanten der Vierkantrohre ein sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Kante erstreckender, nach außen vorstehender Vorsprung ausgebildet. Zur Verbindung der Vierkantrohre miteinander wird jeweils ein Vierkantrohr so angeordnet, dass einer der an ihm ausgebildeten Vorsprünge in eine Ausnehmung eines anderen Vierkantrohrs eingreift. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weisen die Rohre jeweils an ihren beiden Enden eine Aufnahme für eine Rohrverlängerung auf. Um eine einfache Demontage und Neumontage bei Wartung und mechanischer Reinigung des Wärmetauschers zu ermöglichen, sind die Rohrverlängerun- gen vorteilhaft lösbar, z. B. mittels Steckverbindungen mit den Rohren verbunden. So können die Aufnahmen zweckmäßigerweise von an den beiden Enden des Rohres ausgebildeten Erweiterungen des durch das Rohr verlaufenden Strömungskanals gebildet sein, in die jeweils ein Rohrstück als Rohverlängerung einsetzbar ist. Die Rohrverlängerungen dienen zur Verbindung der Rohre mit dem Flüssigkeitseinlass und mit dem Flüssigkeitsauslass des Wärmetauschers.
Bei der Verwendung von Rohrverlängerungen an den Rohren ist weiter vorteilhaft vorgesehen, dass sich an den beiden offen ausgebildeten Stirnseiten des Gehäuses des Wärmetauschers jeweils ein Gehäuseteil anschließt, in welches die an den Rohren angeschlossenen Rohrverlängerungen hineinragen und an einem in dem jeweiligen Gehäuseteil ausgebildeten Rohrboden enden, wobei an einem der Gehäuseteile der Flüssigkeitseinlass und an dem anderen Gehäuseteil der Flüssig- keitsauslass ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise sind die Rohrverlängerungen derart ausgebildet, dass benachbarte Rohrverlängerungen in den an dem Gehäuse des Wärmetauschers anschließenden Gehäuseteilen keine geschlossene Durchströmkanäle für das zu kühlende Fluid bilden, so dass die Rohrverlängerungen in den Gehäuseteilen von dem zu kühlenden Fluid frei um- flutet werden. Zur Einleitung des Fluids in den Wärmetauscher ist bevorzugt an einem der Gehäuseteile in einem Bereich zwischen dem Gehäuse und dem daran ausgebildeten Rohrboden ein Auslass für das Fluid ausgebildet.
Wegen seiner Kompaktheit eignet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher in besonderem Maße zum Einsatz in einem Unterseeboot und insbesondere zum Einsatz in einem zentralen Kühlkreislauf zum Kühlen wärmeerzeugender Einrichtungen in einem Unterseeboot. Insofern betrifft die Erfindung auch ein Unterseeboot, welches einen zentralen von Frischwasser als Kühlmedium durchströmten Kühlkreislauf aufweist, wobei der Kühlkreislauf mindestens einen Wärmetauscher mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist. Dementsprechend ist in einem zentralen Kühlkreislauf des Unterseeboots ein Wärmetauscher angeordnet, in dem das durch den Kühlkreislauf zirkulierende Frischwasser durch die zwischen den Rohren ausgebildeten Durchströmkanäle des Wärmetauschers geleitet wird, wo es von dem die Rohre des Wärmetauschers durchströmenden Kühlmedium, bei dem es sich vorzugsweise um Seewasser handelt, gekühlt wird. Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: einen Wärmetauscher in einem Längsschnitt,
Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1 in einer verkleinerten perspektivischen Explosionsdarstellung,
Fig. 3 ein Rohr des Wärmetauschers nach Fig. 1 in einer vergrößerten Seitenansicht,
Fig. 4 das Rohr nach Fig. 3 in einer Frontansicht,
Fig. 5 das Rohr nach Fig. 3 in einem Längsschnitt und
Fig. 6 in einer Prinzipskizze die Anordnung mehrerer Rohre in dem
Wärmetauscher nach Fig. 1 .
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wärmetauscher weist ein Gehäuse 2 auf. Dieses Gehäuse 2 ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet, wobei seine in Längsrichtung des Gehäuses 2 voneinander beab- standeten Stirnseiten offen ausgebildet sind. In geringem Abstand von den beiden offenen Stirnseiten des Gehäuses 2 ist an diesen jeweils ein Flansch 4 bzw. 6 ausgebildet, der sich ausgehend von der Mantelfläche des Gehäuses 2 quer zu dessen Längsausdehnung nach außen erstreckt. An den Flanschen 4 und 6 ist jeweils ein Gehäuseteil 8 befestigt. Der Innenquerschnitt der Gehäuseteile 8 korrespondiert mit dem rechteckigen Außenquerschnitt des Gehäuses 2 in einem Bereich außenseitig der Flansche 4 und 6. Dies ermöglicht eine Verbindung der Gehäuseteile 8 mit dem Gehäuse 2, bei der ein außenseitig der Flansche 4 und 6 an- geordneter Gehäuseabschnitt des Gehäuses 2 in die Gehäuseteile 8 eingreift. Hierbei kommt ein an einem offenen Ende der Gehäuseteile 8 ausgebildeter Flansch 10 an dem Flansch 4 bzw. 6 zur Anlage, wo er mit dem Flansch 4 bzw. 6 verschraubt ist.
Ein von dem Flansch 10 abgewandtes offenes Ende der Gehäuseteile 8 wird jeweils von einer Platte 12 verschlossen, die mit einem an dem Ge- häuseteil 8 ausgebildeten Flansch 14 verschraubt ist. An den Platten 12 ist jeweils eine zentrale Öffnung ausgebildet, wobei die Öffnung an der Platte 12, die an dem in den Figuren 1 und 2 rechten Gehäuseteil 8 angeordnet ist, einen Flüssigkeitseinlass 16 und die Öffnung an der Platte 12, die an den in den Figuren 1 und 2 linken Gehäuseteil 8 angeordnet ist, einen Flüssigkeitsauslass 18 des Wärmetauschers bildet. Über den Flüssigkeitseinlass 16 wird Seewasser, welches in dem Wärmetauscher als Kühlmedium verwendet wird, in den Wärmetauscher eingeleitet und über den Flüssigkeitsauslass 18 wieder aus dem Wärmetauscher abgeleitet.
Wie aus Fig. 2 deutlich wird, ist an zwei einander gegenüberliegend angeordneten Mantelflächen der beiden Gehäuseteile 8 jeweils ein Rohrstutzen angeordnet, der in das Innere des Gehäuseteils 8 führt. Die an dem in den Figuren 1 und 2 links angeordneten Gehäuseteil 8 an- geordneten Rohrstutzen bilden Fluideinlässe 20 für ein in dem Wärmetauscher zu kühlendes Fluid, während die an dem in den Fig. 1 und 2 rechts angeordneten Gehäuseteil 8 angeordneten Rohrstutzen Flu- idauslässe 22 für dieses Fluid bilden. In dem Gehäuse 2 ist eine Vielzahl von Rohren 24 angeordnet, die sich in Längsrichtung des Gehäuses 2 erstrecken und deren Länge im Wesentlichen der Länge des Gehäuses 2 entspricht. Die Rohre 24 sind als Vierkantrohre ausgebildet und weisen einen im Wesentlichen quadratischen Außenquerschnitt auf. Ein in den Rohren 24 ausgebildeter Strö- mungskanal 26 weist ebenfalls einen quadratisch ausgebildeten Querschnitt auf. Die Längskanten der Rohre 24 sind angefast ausgebildet, wobei zwei einander direkt gegenüberliegend angeordnete Fasen mit zwei in Längsrichtung der Fase verlaufenden Einstichen 28 versehen sind, wodurch zwischen den Einstichen 28 ein Vorsprung 30 gebildet wird. An den beiden übrigen Fasen ist jeweils eine in Längsrichtung der Fase verlaufende Ausnehmung 32 ausgebildet, deren Kontur mit der Außenkontur der Vorsprünge 30 korrespondiert (Fig. 5).
Aus Fig. 6 wird deutlich, dass die Rohre 24 derart in dem Gehäuse 2 an- geordnet sind, dass sie einander an ihren Längskanten kontaktieren, wobei ein Vorsprung 30 eines ersten Rohres 24 in einer Ausnehmung 32 eines zweiten Rohres 24 zur Bildung einer Steckverbindung eingreift. Jeweils vier Rohre 24 fassen auf diese Weise einen dazwischen ausgebildeten Freiraum mit einem quadratischen Querschnitt vollständig ein. Diese Freiräume bilden geschlossene Durchström kanäle 34 für das zu kühlende Fluid.
Die Rohre 24 weisen einen im Wesentlichen quadratischen Innenquerschnitt auf, wobei an den beiden Enden der Rohre 24 jeweils eine zy- lindrische Rohrerweiterung ausgebildet ist. Diese Rohrerweiterungen bilden Aufnahmen 36 für zylindrisch ausgebildete Rohrverlängerungen 38, die in die Aufnahmen 36 eingreifen (Fig. 5 und 6).
In den beiden Gehäuseteilen 8 ist jeweils ein Rohrboden 40 ausgebil- det, der das Innere der Gehäuseteile 8 in zwei Kammern 42 und 44 teilt. Die Rohrböden 40 weisen jeweils eine Vielzahl von Durchbrechungen 46 auf. In diese Durchbrechungen 46 greifen die von den Rohren 24 abgewandten Enden der Rohrverlängerungen 38 ein. Auf diese Weise wird in dem Wärmetauscher ein geschlossener Strömungspfad für das Seewasser, welches als Kühlmedium verwendet wird, gebildet, der sich von dem an dem in Fig. 1 rechts dargestellten Gehäuseteil 8 ausgebildeten Flüssigkeitseinlass 16 über die Kammer 42, die Rohrverlängerun- gen 38, die Rohre 24 zu dem an dem in Fig. 1 links dargestellten Gehäuseteil 8 erstreckt, wo er an dem sich an die Kammer 42 anschließenden Flüssigkeitsauslass 18 mündet. Gleichzeitig wird so für das zu kühlende Fluid ein geschlossener Strömungspfad durch den Wärmetauscher ge- bildet, der sich von dem in Fig. 1 und 2 links dargestellten Gehäuseteil 8 angeordneten Fluideinlässen 20, die in die Kammer 44 des Gehäuseteils 8 münden, über die zwischen den Rohren 24 ausgebildeten Durchströmkanäle 34 zu der Kammer 44 des anderen Gehäuseteils 8 erstreckt und an den dort angeordneten Fluidauslässen 22 mündet. Bereits in der Kammer 44 findet eine erste Wärmeübertragung von dem zu kühlenden Fluid über die Wandungen der Rohrverlängerungen 38 auf das die Rohrverlängerungen 38 außen umströmende Seewasser statt.
Bezugszeichenliste
2 Gehäuse
4 Flansch
6 Flansch
8 Gehäuseteil
1 0 Flansch
1 2 Platte
14 Flansch
1 6 Flüssigkeitseinlass
1 8 Flüssigkeitsauslass
20 Fluideinlass
22 Fluidauslass
24 Rohr
26 Strömungskanal
28 Einstich
30 Vorsprung
32 Ausnehmung
34 Durchströmkanal
36 Aufnahme
38 Rohrverlängerung
40 Rohrboden
42 Kammer
44 Kammer
46 Durchbrechung

Claims

Ansprüche
Wärmetauscher zum Wärmetausch eines Fluids mit Seewasser für ein Unterseeboot, mit einem Gehäuse (2), in welchem eine Vielzahl von Rohren (24) angeordnet ist, die zur Durchströmung mit Seewasser vorgesehen sind und an einem Ende mit einem Flüssig- keitseinlass (16) und an dem anderen Ende mit einem Flüssigkeits- auslass (18) fluidleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) derart nebeneinander angeordnet sind, dass benachbarte Rohre (24) geschlossene Durchström kanäle (34) für das zu kühlende Fluid bilden, welche an einem Ende mit einem Fluideinlass (22) und an dem anderen Ende mit einem Fluidauslass (22) fluidleitend verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) einen polygonen Außenquerschnitt aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) Vierkantrohre sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) und die dazwischen angeordneten Durchströmkanäle in Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Rohre (24) mittels Steckverbindungen miteinander verbunden sind.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vierkantrohre an zwei gegenüberliegen- den Längskanten jeweils eine Ausnehmung (32) aufweisen und an den beiden übrigen Längskanten jeweils einen mit den Ausnehmungen (32) korrespondierenden Vorsprung (30) aufweisen.
7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) jeweils an ihren beiden Enden eine Aufnahme (36) für eine Rohrverlängerung (38) bilden.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrverlängerungen (38) lösbar mit den Rohren (24) verbun- den sind.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den beiden offen ausgebildeten Stirnseiten des Gehäuses (2) des Wärmetauschers jeweils ein Gehäuseteil (8) anschließt, in welches die an den Rohren (24) ange- schlossenen Rohrverlängerungen (38) hineinragen und an einem dort ausgebildeten Rohrboden (40) enden, wobei an einem der Gehäuseteile (8) der Flüssigkeitseinlass (16) und an dem anderen Gehäuseteil (8) der Flüssigkeitsauslass (16) ausgebildet ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Gehäuseteile (8) in einem Bereich zwischen dem
Gehäuse (2) und dem daran ausgebildeten Rohrboden (40) ein Einlass (20) für das zu kühlende Fluid ausgebildet ist und an dem anderen Gehäuseteil (8) in einem Bereich zwischen dem Gehäuse (2) und dem daran ausgebildeten Rohrboden (40) ein Auslass (22) für das Fluid ausgebildet ist.
1 1 . Unterseeboot, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zentralen Kühlkreislauf aufweist, welcher von Frischwasser als Kühlmedium durchströmt wird, wobei der Kühlkreislauf mindestens einen Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
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