DE10213544A1

DE10213544A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE10213544A1
Application number: DE10213544A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Koenig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-07-10

Abstract

Es wird ein Wärmeübertrager für flüssige Medien vorgeschlagen, dessen Wärmeübertragsfläche durch einen von beiden wärmeübertragenden Medien durchströmten Verband ineinander verschachtelter Hohlkörper gebildet wird und deren Oberflächen Ausgestaltungen zur zwangsweisen Strömung der betreffenden Medien aufweisen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der Verband der verschachtelte Verband der Hohlkörper aus ineinander geschobene Hohlzylinder, sogenannte Rohrringe, ausgeführt, die einen Rohrringverband bilden. Die Rohrringwände sind in Abhängigkeit von der konkreten Ausführungsform lamellenartig gestaltet, weisen Ringstege auf oder können doppelwandig ausgeführt sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager insbesondere für flüssige strömende Medien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Wärmeübertrager gehören zum bekannten Stand der Technik und werden in einer großen Breite von Anwendungsgebieten verwendet. Der Wirkungsgrad von Wärmeübertragern wird in entscheidender Weise von der Güte des Wärmekontaktes zwischen den wärmeübertragenden Medien bestimmt. Diese wiederum ist durch die Konstruktion des Wärmeübertragers in entscheidender Weise vorgegeben. Dabei spielen die geometrische Form der Wärmeübertragungsfläche, das Material der Wärmeübertragungsfläche und die Art und Weise der Medienströmung innerhalb des Wärmeübertragers eine wichtige Rolle.
Für die Wärmeübertragung zwischen flüssigen Medien werden vor allem in den Gebieten des Chemieanlagen- und Maschinenbaus Rohrbündelwärmeübertrager eingesetzt. Dabei wird ein Verband aus Rohren von einem Primärmedium durchströmt, welches mit einem den Rohrverband umströmenden Sekundärmedium Wärme in einem Wärmekontakt steht. Hinsichtlich des Wirkungsgrades des Wärmetauschprozesses lassen die herkömmlichen Rohrbündelwärmeübertrager jedoch beträchtliche Kapazitäten ungenutzt. Um Wärme zwischen dem Primärmedium innerhalb des Rohrverbandes und diesen umströmenden Sekundärmedium zu übertragen und das Primärmedium entsprechend zu kühlen oder aufzuheizen, ist verhältnismäßig große Menge des Sekundärmediums erforderlich, da dieses mehr oder weniger frei das Rohrbündel umströmt.
Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, einen Wärmeübertrager für flüssige Medien anzugeben, der einen gegenüber den herkömmlichen Rohrbündelwärmeübertragern erhöhten Wirkungsgrad aufweist. Insbesondere ist die Strömungsführung der wärmeübertragenden Medien innerhalb des Wärmeübertragers so zu gestalten, daß ein gezielter und damit intensiverer Wärmekontakt zwischen Primär- und Sekundärmedium, bei Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche, gewährleistet ist, als dies bei den bekannten Rohrbündelwärmeübertragern möglich ist.
Die Lösung der gestellten Aufgaben erfolgt mit einem Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei die nachfolgenden Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen des Hauptanspruches beinhalten.
Das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers besteht darin, daß eine zur Wärmeübertragung dienende Wärmeübertragungsfläche durch einen Verband ineinander verschachtelter Hohlkörper gebildet wird, die von den wärmeübertragenden Medien in einer für den Wärmeübergang optimalen Weise durchströmt werden.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Rohrbündel durch einen Verband aus Hohlkörpern, insbesondere Hohlzylindern oder dergleichen ineinander verschachtelte Körper zu ersetzen. Die zwischen den Hohlkörpern vorhandenen lichten Querschnitte werden dabei sowohl vom Primärmedium, als auch vom Sekundärmedium in gleicher Weise durchströmt. Der bei einem herkömmlichen Rohrbündelwärmeübertrager bestehende Unterschied im Strömungsverhalten zwischen Primär- und Sekundärmedium wird dabei aufgehoben.
Zweckmäßigerweise besteht der Verband der ineinandergeschachtelten Hohlkörper aus zylindrischen Körpern. Dies ist insbesondere in Hinblick auf eine einfache und rationelle Herstellung des Wärmeübertragers sehr vorteilhaft. Außerdem werden Hohlzylinder besonders effektiv von Flüssigkeiten durchströmt, wie aus dem Rohrleitungs- und Apparatebau bekannt ist. Im folgenden werden die zylindrischen Hohlkörper als Rohrringe bezeichnet.
Die Rohrringe bestehen aus einer Rohrringwand mit einer Innen- und Außenfläche. Sie sind innerhalb eines Rohrringverbandes so ineinander geschoben, daß ein lichter Abstand zwischen der Innenfläche eines jeweils in seinem lichten Durchmesser größeren und äußeren Rohrringes und der Außenfläche eines in seinem Durchmesser jeweils kleineren und inneren Rohrringes besteht. Der auf die Längsrichtung des Rohrringverbandes extrudierte Abstand zwischen einem jeweils kleineren und inneren Rohrring und den ihn umgebenden größeren und äußeren Rohrring bildet ein lichtes Volumen, das von jeweils einem der wärmeübertragenden Medien durchströmt wird und je nach Verwendungszweck des Wärmeübertragers und den Fließeigenschaften der wärmeübertragenden Medien bemessen ist. Dieses Volumen wird als Fließvolumen bezeichnet.
Um ein optimales Strömungsverhalten des die Stirnseiten des Rohrringverbandes passierenden Mediums zu gewährleisten, ist die Stirnseite des Rohrringverbandes konkav geformt. Dies wird dadurch dadurch erreicht, daß die inneren Rohrringe mindestens auf einer Stirnseite eine verkürzte Länge aufweisen, die in Richtung der äußeren Rohrringe hin zunimmt, so daß eine konkave Kegelform entsteht. Das stirnseitig in den Rohrringverband eintretende bzw. austretende Medium kann sich infolge der konkaven Stirnseite vorteilhaft beispielsweise in einer sich an den Rohrringverband anschließenden Kalotte sammeln, wobei ein Stauverhalten des strömenden Mediums vermieden wird.
Die Rohrringwände, die Rohrringe selbst oder deren Oberflächen sind mit Ausgestaltungen versehen. Diese Ausgestaltungen dienen der Vergrößerung der Oberflächen der Rohrringe sowie der Strömungsführung der wärmeübertragenden Medien. Um einen möglichst intensiven Wärmekontakt zwischen den strömenden Medien zu erzielen, ist das durch sie durchströmte Fließvolumen durch diese Ausgestaltungen nachhaltig modifiziert.
Bei einer ersten Ausführungsform der Ausgestaltungen der Rohrringe ist die Rohrringwand der Rohrringe lamellenförmig ausgestaltet. Die Wand des Rohrrings ist hierbei aus einer wechselseitigen Aneinanderreihung von nach innen bzw. nach außen orientierten Kreisbögen, den Rohrlamellen, zusammengesetzt. Deren Radien sind kleiner als die Radien des lichten Querschnitts der Rohrringe. Die Rohrlamellen zweier aufeinander folgender Rohrringe sind so ausgeführt, daß sich deren Rohrringwände mindestens an einer Stelle berühren. Dadurch wird des Fließvolumen stark unterteilt, wodurch eine Zwangsströmung der wärmeübertragenden Medien entlang der durch die Rohrlamellen geformten Hohlräume des Fließvolumens erreicht wird. Zusätzlich dazu ist die Wärmeübertragungsfläche sehr stark vergrößert, was den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers beträchtlich erhöht. Die Rohrlamellen verlaufen in einer einfachen Ausführungsform im wesentlichen parallel zur Längsachse der Rohrringe. Dadurch werden beide wärmeübertragenden Medien in ihrer Strömungsrichtung längs entlang der Rohrring-Oberflächen geführt.
Die Längsachse der Rohrlamellen ist bei einer vorteilhaften Fortbildung dieser Ausgestaltung bezüglich der Längsachse der Rohrringe in einem spitzen Winkel verdreht, so daß die Rohrlamellen eine um die Längsachse der Rohrringe gewundene Struktur, die Lamellenverwindung, bilden. Dadurch vergrößert sich die Wärmeübertragungsfläche zusätzlich, weil die wärmeübertragenden Medien entlang eines um die Längsachse des Rohrringverbandes verlaufenden spiralförmigen und damit längeren Weges strömen.
Als eine weitere Ausgestaltung ist die Richtung der Lamellenverwindung bei aufeinander folgenden Rohrringen in unterschiedlich ausgeführt. Dadurch strömen die wärmeübertragenden Medien außerhalb bzw. innerhalb des durch die Rohrringe getrennten Fließvolumina kreuzförmig zueinander, wobei der Wärmekontakt zwischen ihnen zusätzlich intensiviert ist. Zudem erhöht die kreuzförmige Anordnung der Rohrlamellenverwindung die Steifigkeit des Rohrringverbandes, indem aus Druck bzw. thermischer Ausdehnung resultierende Kräfte aufgenommen, gleichmäßig über den Rohrringverband verteilt und sowohl an den Außenmantel des Wärmeübertragers, als auch an beidseitig stirnseitig des Rohrringverbandes angeordnete Aufhänge- bzw. Arretierungsvorrichtungen übertragen werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Oberfläche der Rohrringe sind die Außenseiten der Rohrringe mit lotrecht zu dieser angeordneten und in Längsrichtung der Rohrringe orientierten Ringstegen versehen. Auch dadurch wird eine Vergrößerung der Rohrring-Oberfläche und einen intensiverer Wärmekontakt erreicht, bzw. eine Zwangsströmung der Medien ermöglicht. Die Ringstege sind zweckmäßigerweise gleichmäßig entlang des Umfangs der Rohrringwände verteilt, womit gewährleistet ist, daß das Fließvolumen in gleichartiger Weise durch die Ringstege der Oberflächen der Rohrringe modifiziert ist.
Die Höhe der Ringstege ist so ausgeführt, daß diese den lichten Querschnitt des Fließvolumens gleichmäßig sektoriell bezüglich seines Querschnitts unterteilen. Damit ist ein gleichmäßig entlang der Rohrringe angeordnetes Ringkanalsystem gegeben, das von beiden wärmeübertragenden Medien durchströmt wird.
Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche, als auch der Stabilität des gesamten Rohrringverbandes ist es zweckmäßig, die Querschnitte der Ringstege konisch zu gestalten.
Auch in dieser Ausführungsvariante ist es möglich, die Längsachse der Ringstege gegenüber der Längsachse der Rohrringe um einen spitzen Winkel verdreht auszuführen, so daß die Ringstege sich eine um die Längsachse der Rohrringe windende Struktur bilden. Auch bei dieser Ausführungsvariante kann die Verwindungsrichtung bei aufeinanderfolgenden Rohrringen wechseln, was analog zu der bereits beschriebenen Ausführungsform der in ihrer Verwindungsrichtung wechselnden Rohrlamellen eine erhöhte Versteifung des Rohrringverbandes und damit eine Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit des Wärmeübertragers mit sich bringt.
Die Ringstege selbst können auf ihrer Längsrichtung mit weiteren Formausgestaltungen versehen sein. Insbesondere können dies Unterbrechungen, Biegungen, Bohrungen und/oder Ausstanzungen entweder in einzelner Ausführung oder in beliebiger Kombination zueinander sein.
Analog zu der Ausführungsform der Rohrringe mit Rohrlamellen wird dadurch auch eine weitere Ausgestaltung der Zwangsströmung der wärmeübertragenden Medien, eine längere Kontaktzeit und ein höherer Wirkungsgrad des Wärmeübertragers durch den intensivierten Wärmekontakt zwischen beiden Medien erreicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine doppelwandige Gestaltung der Rohrringe als Doppelrohrringe möglich. Hierbei sind die Rohrringe nicht allein durch Ausgestaltungen ihrer Oberfläche modifiziert, sondern die Rohrringwand selbst ist als ein Reihe kreisförmig angeordneter Kanäle ausgeführt. Hierbei bestehen die Rohrringwände aus einem Paar zueinander konzentrisch angeordneter Teilwände, die miteinander mit parallel zur Längsachse der Rohrringe verlaufenden und senkrecht gegenüber jedem der beiden Teilwände orientierten und sich über die gesamte Länge der Rohrringe erstreckenden Distanzstegen verbunden sind. Ein solcher sich daraus ergebender Doppelrohrring ist aus sektoriell gleichmäßig über den Umfang des Doppelrohrrings verteilten Ringkanälen zusammengesetzt.
Sämtliche Rohrringe des Rohrringverbandes weisen zur Zuführung der wärmeübertragenden Medien mindestens jeweils zwei an beliebiger Stelle angeordnete Durchbrüche auf, die dergestalt angelegt sind, daß diese bei ineinander geschobenen Rohrringen vom äußeren zum inneren Rohrring in einer geraden, senkrecht zur Längsachse des Rohrringverbandes orientierten Linie passierbar sind. Ein aus Richtung eines äußeren Rohrring hereinfließendes Medium fließt durch die Durchbrüche in den inneren Teil der Rohrringverbandes, bzw. verläßt den inneren Teil auf die entsprechende Weise. Um die Strömungen der wärmeübertragenden Medien getrennt zu halten, sind die Durchbrüche in geeigneter Weise miteinander verbunden.
Hierbei wird eine Verbindung zwischen dem Durchbruch jedes zweiten Rohrrings mit dem Durchbruch des auf diesen folgenden Rohrrings so ausgeführt, daß das zwischen den Rohrringen vorhandene gelegene Fließvolumen dadurch überbrückt wird. Eine stoffliche Durchmischung des diese Durchbrüche durchfließenden Mediums mit dem im überbrückten Fließvolumen befindlichen Medium ist damit ausgeschlossen.
Derartige Verbindungen sind an beiden Orten, an denen die Durchbrüche in die Rohrringwände des Rohrringverbandes eingearbeitet sind, vorgesehen, wobei die Durchbrüche der Rohrringwände zweckmäßigerweise übereinander liegen. Die Verbindungen zwischen den Durchbrüchen sind hierbei in genau der gleichen Weise, wie an den ersten Durchbrüchen der Rohrringe ausgeführt, so daß zwei getrennte für die unterschiedlichen Medien vorgesehene Fließvolumina vorhanden sind.
Diese Ausgestaltungen dienen somit dazu, die wärmeübertragenden Medien voneinander zu trennen, indem diese in die jeweiligen Fließvolumina eingeleitet werden. Dabei befindet sich das Primärmedium in einem Fließvolumen, das durch die Wand eines Rohrrings von einem benachbarten Fließvolumen abgetrennt ist, in dem das Sekundärmedium strömt.
Abhängig von den geforderten Wartungsmöglichkeiten des Wärmeübertragers und insbesondere des Rohrringverbandes sind die Verbindungen zwischen den Durchbrüchen entweder lösbar oder unlösbar ausgeführt.
Bei einer lösbaren Ausführungsform der Verbindungen zwischen den Durchbrüchen der Rohrringe werden diese durch die jeweiligen Ränder der Durchbrüche mindestens teilweise umgreifenden und miteinander formschlüssig verbundene Ringflansche gebildet. Diese formschlüssige Verbindung kann in Abhängigkeit von der geforderten Verbindungsfestigkeit bzw. den erwarteten Betriebsbelastungen des Wärmeübertragers durch einen Renkverschluß oder eine Gewindeverbindung ausgeführt sein.
Die Ausgestaltung der Durchbrüche, ihre gegenseitige Lage zueinander im Rohrringverband und die Ausgestaltung der Verbindungen zwischen ihnen ist dabei so ausgeführt, daß diese gesamte Anordnung einen strömungsgünstigen Verteilerkanal bildet. Durch diesen Verteilerkanal werden die entsprechenden Fließvolumina des Rohrringverbandes mit dem Sekundärmedium beschickt bzw. von diesem entleert. Zur Gestaltung eines günstigen Strömungsverlaufs behält der Verteilerkanal seinen lichten Querschnitt entlang seines Verlaufs über den Halbmesser des Rohrringsverbandes in seiner Größe bei oder verkleinert sich in Richtung des Inneren des Rohrringverbandes.
Eine weitere Ausführungsform der Verbindungen zwischen den Durchbrüchen der Rohrringe wird durch das Aushalsen des Randes eines Durchbruchs des jeweils weiter innen oder weiter außen im Rohrringverband angeordneten Rohrrings erreicht, wobei der ausgehalste Rand unlösbar mittels einer Schweiß-, Löt- oder dergleichen Verbindung mit dem Rand des Durchbruchs des jeweils weiter außen im Rohrringverband angeordneten Rohrrings verbunden ist.
Bei einer anderen Gestaltungsmöglichkeit einer unlösbaren Verbindung zwischen den Durchbrüchen sind Rohrstutzen zwischen die Ränder der Durchbrüche eingebracht, die mit diesen mittels eines Schweiß-, Löt- oder eines vergleichbaren Verfahrens verbunden werden.
Dies gewährleistet, daß der Rohrringverband einen durch den Verteilerkanal hergestellten kompakten einheitlichen Verband bildet, wobei die unlösbare Verbindung zwischen den Rohrringen so ausgeführt ist, daß ein Hindurchtreten eines Mediums zum anderen ausgeschlossen ist.
Die Stirnseiten des Rohrringverbandes sind mit Ausgestaltungen versehen, die die Rohrringe in ihrer gegenseitigen Lage zueinander fixieren und/oder zentrieren bzw. den Rohrringverband innerhalb des Außenmantels positionieren. Sie dienen dazu, einen genau definierten Abstand zwischen den Außenseiten und den Innenseiten der Rohrringe zu gewährleisten und die Fließvolumina über die gesamte Länge des Rohrringverbands offen zu halten. Zusätzlich dazu gewährleisten sie eine stabile Lage des Rohrringverbands innerhalb des Außenmantels des Wärmeübertragers und verschließen die durch das Sekundärmedium durchströmten Fließvolumina.
Zur konzentrischen Stabilisierung des Rohrringverbandes dienen Zentrierringe, deren Dicke dem Querschnitt der Fließvolumina entsprechen und die konzentrisch in die ringartigen Querschnitte der Fließvolumina der Stirnseiten des Rohrringverbands eingesetzt sind. Die Zentrierringe erfüllen im wesentlichen zwei Funktionen. Zum einen stabilisieren sie jeweils zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rohrringe und halten das Fließvolumen in einem definierten Querschnitt offen. Zum anderen dichten diese die vom Sekundärmedium durchströmten Fließvolumina gegen das Primärmedium ab und verhindern ein Durchmischen der wärmeübertragenden Medien.
Aus diesem Grund ist der Durchmesser eines Satzes von Zentrierringen so bemessen, daß diese alternierend ein vom Sekundärmedium durchströmtes und über die Verteilerkanäle beschicktes Fließvolumen stirnseitig verschließen und dementsprechend die entsprechenden Fließvolumina für das Primärmedium offenhalten.
Zweckmäßigerweise sind die Zentrierringe unlösbar in die stirnseitigen Abschlüsse der Fließvolumina eingepaßt. Dies kann mittels eines Schweiß-, Löt- oder dergleichen Fügeverfahren erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmeübertragers sind die Zentrierringe durch an den Stirnseiten des Rohrringverbandes angeordnete und die entsprechenden Fließvolumina dicht verschließende Blindfalze ersetzt, welche an der Stirnseite zwischen den jeweiligen Rohrringen verschweißt oder mit einer vergleichbaren Fügetechnik dicht verschlossen sind.
Innerhalb der Stirnseite des Außenmantels werden die Zentrierringe durch ein mit dem Außenmantel des Wärmeübertragers lösbar befestigtes Zentrierblech verbunden. Dabei ist das Zentrierblech so gestaltet, daß eine formschlüssige, lösbare oder unlösbare Verbindung mittels Aussparungen, Nuten, Ausformungen oder dergleichen Ausgestaltungen am Zentrierblech möglich ist, in welche die Zentrierringe einrasten können. Diese Verbindung kann mit Befestigungsmitteln zusätzlich versehen sein. Zur weiteren Stabilisierung des Rohrringverbandes kann ein Satz mindestens zweier zueinander kreuzförmig angeordneter und entweder lösbar oder unlösbar miteinander verbundener Zentrierbleche vorgesehen sein.
Den Zentrierblechen zugeordnet und mit diesen verbunden ist ein Satz strömungsregulierender Leitbleche an mindestens einer Stirnseite des Rohrringverbandes angeordnet. Diese dienen einer optimalen Verteilung des an den Stirnseiten des Rohrringverbandes eintretenden bzw. austretenden Mediums.
Eine vorteilhafte und das Strömungsprofil an den Stirnseiten des Rohrringverbandes berücksichtigende Ausgestaltungsform des Leitblechsatzes besteht darin, diese in einer Form von Kegelmänteln auszuführen, wobei diese im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind.
Sowohl die Zentrierbleche als auch die Leitbleche sind vorzugsweise starr und unlösbar miteinander verbunden. In Abhängigkeit von den zu erwartenden Betriebsparametern können auch lösbare Verbindungen mit entsprechenden Befestigungsmitteln vorgesehen sein.
Zur Strömungsregulierung kann an Stelle der Leitblechanordnung Lochplatten dienen, die mindestens an einer Stirnseite des Rohrringverbandes angeordnet ist. Die Lochplatte ist mit weniger Aufwand als eine Leitblechanordnung zu fertigen. Eine vorteilhafte Gestaltung der Lochplatte hinsichtlich ihrer Stabilität und der Strömungsverteilung des Mediums ergibt sich durch eine in Richtung des Rohrringverbandes konkave Form. Eine weitere Verbesserung ihrer Funktion wird durch Aushalsungen ihrer Löcher erreicht.
Entsprechend der Funktion des Wärmeübertragers besteht der Rohrringverband aus einem wärmefesten, korrosionsbeständigen und gut wärmeleitenden Material, insbesondere Edelstahl, Kupfer, sonstigen Metalllegierungen und dergleichen metallischen Werkstoffen.
Ebenso ist der Außenmantel sowie die an ihm angeordneten Teile, wie Stutzen, Flansche, Kalotten und dergleichen Ausgestaltungen aus wärme- und korrosionsbeständigen Materialien ausgeführt. Der Außenmantel besteht zur Vermeidung von Wärmeverlusten aus einem thermisch isolierenden Material oder ist gegen die Umgebung thermisch isoliert.
Bei einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist der Rohrringverband so ausgeführt, daß dieser eine Wärmeübertragung zwischen einem Primärmedium und prinzipiell beliebig vielen Sekundärmedien erlaubt. Eine Ausführungsform dieser Art erlaubt eine raumsparende und somit effektive Aufstellung der entsprechenen Wärmeübertragungsvorrichtung, verbunden mit einer Kopplung verschiedener im Wärmeübertragungsprozeß stehender strömender Medienkreisläufe.
Bei dieser Ausführungsform ist der Rohrringverband so ausgeführt, daß die Länge der Rohrringe mit zunehmendem Durchmesser abnimmt. Die innen angeordneten Rohrringe mit dem kleinsten Durchmesser weisen die größte Länge auf, während die äußeren Rohrringe am kürzesten sind. Der gesamte Rohrringverband ist in Längsrichtung zweckmäßigerweise symmetrisch gestaltet. Dies erleichtert den Anschluß zuführender bzw. ableitender Rohrleitungen.
Die Fließvolumina sind bei einem Rohrringverband dieser Ausführungsform an den Stirnseiten des Rohrringverbandes sämtlich dicht verschlossen, was durch die Strömungsweise der im Verband strömenden Medien vorgegeben ist und sich aus der weiteren Beschreibung ergibt.
Jeder Rohrring weist in dieser Ausführungsform vorzugsweise in der Nähe seiner Endbegrenzungen Rohrdurchbrüche auf, die mit je einer seitlichen Rohrzuführung zum stirnseitig abgeschlossenen Fließvolumen ausgestaltet ist. Durch diese Rohrdurchbrüche erfolgt der Ein- bzw. Austritt der wärmeübertragenden Medien.
Die in die Rohrdurchbrüche mündenden Rohrzuführungen sind dabei in folgender Weise ausgestaltet:

- jede zweite Rohrzuführung ist durch eine gemeinsame Rohrverbindung miteinander verbunden;
- in die übrigen Rohrzuführungen münden separate Rohrleitungen.

Eine solche Ausgestaltung besteht an beiden Stirnseiten des Rohrringverbandes dieser Konstruktionsvariante des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines Rohrringverbandes für eine Wärmeübertragung zwischen einem Primär- und mehreren Sekundärmedien wird der Rohrringverband seitlich durch ineinander verschachtelte Rohrzuführungen mit den Sekundärmedien versorgt, die mit entsprechenden Fließvolumina verbunden sind. Zweckmäßigerweise wird auch hier jedes zweite Fließvolumen von jeweils einem Sekundärmedium durchströmt, während die übrigen Fließvolumina vom Primärmedium durchflossen werden. Eine solche Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die Rohrringe des Verbandes eine gleiche Länge aufweisen, sodass der gesamte Rohrringverband für eine Wärmeübertragung nutzbar ist.
Die Rohrzuführungen sind dabei als Flanschverbindungen ausgebildet, können aber auch als Gewindeverschraubungen, Verpressungen, Lötungen, durch Kleben und Schweißverbindungen ausgelegt sein.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Wärmeübertragers zu sichern, sind die Rohrzuführungen, Rohrleitungen und Rohrverbindungen thermisch gegen die Umgebung isoliert, bzw. bestehen aus einem thermisch isolierenden Material.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Anwendungsbeispiels näher erläutert werden. Zur Veranschaulichung dienen die beigefügten Darstellungen Fig. 1 bis Fig. 12. Für gleichartige bzw. gleichwirkende Teile werden die selben Bezugsziffern verwendet. Es zeigt:
Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Rohrringverband aus glatten zylinderförmigen Hohlkörpern,
Fig. 2 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem durch Rohrlamellen ausgestalteten Rohrringverband,
Fig. 3 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem durch Ringstege ausgestalteten Rohrringverband,
Fig. 4 eine Detailansicht von mit Ringlamellen ausgestalteten Rohrringen,
Fig. 5a eine Stirnseitenansicht eines mit Rohrlamellen ausgestalteten Rohrringverbandes,
Fig. 5b eine Darstellung der Lamellenverwindung,
Fig. 5c eine Darstellung verschiedener Ausführungsformen von Ringstegen,
Fig. 5d eine Darstellung weiterer möglicher Rohrringprofile
Fig. 6 eine Detailansicht von mit Ringstegen ausgestalteten Rohrringen,
Fig. 7 eine Darstellung eines Rohrringverbandes aus Doppelrohrringen,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines im Rohrringverband vorliegenden Medienflusses,
Fig. 9 eine Seitenansicht eines Verteilerkanals sowie von Stirnseitenarretierungen des Rohrringverbandes,
Fig. 9a eine perspektivische Darstellung eine Stirnseitenarretierung des Rohrringverbandes mit einer sternförmigen Anordnung aus Zentrierblechen,
Fig. 9b eine Darstellung eines Zentrierbleches in einer geraden Ausführungsform mit einem angedeuteten Rohrringverband,
Fig. 9c eine Darstellung eines Zentrierbleches in einer konischen Ausführungsform,
Fig. 9d eine Darstellung einer lösbaren Rohrringverbindung mittels einer Verbindung verschraubter Einsatzringe,
Fig. 9e eine Darstellung verschiedener Ausführungsformen einer unlösbaren Verbindung mittels eines Rohrstutzens 87 in Form eines Kegelstumpfes sowie eines Rotationsparaboloides,
Fig. 10 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Stirnseitenarretierungen des Rohrringverbandes mit Leitblechen,
Fig. 10a eine Darstellung einer Konstruktion aus Zentrierblech 50 und Leitblechen 53 in Form von Zylindermänteln,
Fig. 10b eine perspektivische Darstellung einer Anordnung aus zylindrischen Leitblechen,
Fig. 10c eine Darstellung einer Anordnung von Leitblechen mit eine Kegelstumpfgestalt,
Fig. 10d eine perspektivische Darstellung einer kegelstumpfartigen Leitblechanordnung in Form eines Verteilerkegels,
Fig. 10e Darstellungen einer strömungsverteilenden Lochplatte in einem eingebauten Zustand, in einer Detailansicht und mit einer perspektivischen Darstellung ausgehalster Löcher,
Fig. 11 eine Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauchers zur Wärmeübertragung zwischen einem Primärmedium und mehr als zwei Sekundärmedien.
Fig. 12 eine Seitenansicht der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform des Wärmeübertragers.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines Wärmeübertragers mit einem Rohrringverband 19a, der aus zylinderförmig geformten Rohrringen 20 zusammengesetzt und in einem Außenmantel 10 untergebracht ist. Der Wärmeübertrager weist einen Primäreingang 11, sowie einen Sekundäreingang 13 für das Primär- bzw. Sekundärmedium auf. Primär- und Sekundärmedium verlassen den Wärmeübertrager über den Sekundärausgang 14 und den Primärausgang 12. Die als Stutzen 18 am Außenmantel 10 ausgeführten Ein- und Ausgänge sind mit Flanschen 15 versehen, die Verbindungen zu zu- bzw. abführenden Rohrleitungen herstellen. Der Außenmantel 10 ist dabei stirnseitig mittels Flanschen 15 durch Kalotten 17 verschlossen. In Fig. 1 ist ein Rohrringverband 19a dargestellt, der in diesem Bild aus zylindrisch geformten Rohrringen 20 besteht, in den Außenmantel 10 eingeschoben, wobei die ihm angehörenden Rohrringe 20 keine weiteren Oberflächengestaltungen aufweisen. Zusätzlich ist in Fig. 1 der Fluß des Primärmediums von 11 nach 12 und der Fluß des Sekundärmediums von 13 nach 14 angedeutet.
Fig. 2 zeigt einen Wärmeübertrager mit einem aus lamellenförmigen Rohrringen 20 bestehenden Rohrringverband 19c, der in ansonsten gleicher Weise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform innerhalb eines Außenmantels 10 bzw. den ihn abschließenden Kalotten 17 untergebracht ist. Die Anschlüsse für das Primär- und Sekundärmedium sind dabei in gleicher Weise ausgeführt.
In Fig. 3 ist ein aus mit Ringstegen versehenen Rohrringen 20 gebildeter in den Außenmantel 10 bzw. die Kalotten 17 eingeschobener Rohrringverband 19b dargestellt. Die Anschlüsse für das Sekundär- und Primärmedium liegen dabei wie in allen vorangegangenen Ausführungsformen an der gleichen Stelle. Prinzipiell kann somit der Wärmeübertrager mit unterschiedlich gestalteten Rohrringverbänden 19a, 19b, 19c betrieben werden.
Im folgenden werden Ausführungsformen des Rohrringverbandes 19 beschrieben, deren Rohrringe 20 Ausgestaltungen entweder in Form von Rohrlamellen 21 bzw. Ringstegen 40 aufweisen.
In Fig. 4 ist ein Detail eines Rohrringverbandes 19c dargestellt, dessen Rohrringe 20 mit Rohrlamellen 21 versehen sind. Die Rohrringwand 24 besteht dabei aus im wesentlichen halbkreisförmigen und zueinander versetzten Abschnitten, die die Rohrlamellen 21 bilden. Dabei berühren sich die Rohrlamellen 21 jeweils benachbarter und zueinander konzentrisch liegender Rohrringe 20 mindestens an einem Punkt der Rohrringwand 24, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Das Fließvolumen 23 zwischen den Rohrringwänden 24 ist dabei durch die Rohrlamellen in sehr starker Weise modifiziert, wobei die Rohrlamellen die als Wärmetauschwand dienende Rohrringwand 24 in entscheidender Weise vergrößern und zusätzlich eine geleitete Strömung des Medien innerhalb der beidseitig der Rohrringwand 24 vorhandenen Fließvolumina 23 ermöglichen. Alternativ zu bogenförmigen Rohrlamellen ist es auch möglich, dreiecks-, rauten-, sägezahnartige oder rechteckige Lamellenformen einzusetzen.
Fig. 5a zeigt einen Rohrringverband 19c aus mit bogenförmigen Rohrlamellen 21 ausgestalteten Rohrringen 20. Dargestellt ist die Rohrringwand 24, die das Fließvolumen 23 formt. Die Rohrlamellen 21 weisen dabei eine in Fig. 5b dargestellte Verwindung um die Rohrlängsachse auf. Fig. 5b zeigt einen Rohrringverband 19c mit Rohrringen 20, die mit Rohrlamellen 21 versehen sind, in perspektivischer Ansicht. Zu erkennen ist, daß die Längsachse der Rohrlamellen 21 gegenüber der Längsachse des Rohrringverbands 19c eine Verwindung aufweist. Die im Fließvolumen 23 strömenden Medien werden innerhalb des Rohrringverbands 19c entlang dieser Verwindungen geführt. Da die Verwindungsrichtung 22 der Rohrlamellen 21 bei konzentrisch aufeinander folgenden Rohrringen 20 wechselt, werden die wärmeübertragenden Medien innerhalb aufeinander folgender Fließvolumina 23 leicht kreuzweise geführt, wobei sich ihr Wärmekontakt intensiviert. Zusätzlich dazu erhöht sich die mechanische Belastbarkeit des Rohrringverbandes gegenüber thermischen oder Druckbeanspruchungen.
Eine weitere Ausgestaltung der Oberflächen der Rohrringe ist durch Ringstege 40 möglich, die im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohrringverbandes 19 verlaufen.
Zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche ist es möglich, den Querschnitt der Ringstege konisch zu gestalten.
Die Form der Ringstege kann auch in Richtung ihrer Längsachse sowohl zur Optimierung des Medienflusses und der damit verbundenen Intensivierung des Wärmekontaktes, als auch zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche unterschiedlich ausgeformt sein.
Fig. 5c zeigt in Ausführungsformen A bis 6 einige Varianten unterschiedlich in Längsrichtung geformter Ringstege. Die einfachte Ausführungsform stellt hierbei die gerade/geschlossene Form dar, welche in Fig. 5c mit A bezeichnet ist. Die Ringstege können mit Durchbrüchen versehen sein (Variante B, E und F), sie können gebogen sein (Variante C und D), die gebogene Ausführung kann mit einer unterbrochenen Ausführung kombiniert sein (Variante G). Zusätzlich dazu ist es möglich, die Ringstege (40) mit Bohrungen und/oder Ausstanzungen zu versehen (Variante E und G) oder an ihnen Ausbiegungen vorzusehen (Variante G).
In Fig. 5d sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Rohrringe aufgezeigt. Neben der beschriebenen lamellenförmigen Ausgestaltung sind auch sägezahnförmige, rechteckige oder rautenförmig spitz nach innen oder außen zulaufende Formen möglich. Auch das Querschnittsprofil der Ringstege kann variiert werden. So sind insbesondere konische Formen möglich, die vor allem in Hinblick auf mechanische Widerstandsfähigkeit gegenüber Strömungsbeanspruchungen und in Hinblick auf einen verbesserten Wärmeübergang vom Ringsteg zum Rohrring von Vorteil sind.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltungsform 19b des Rohrringverbands 19 mit auf den Außenseiten der Rohrringwände 24 senkrecht angeordnete Ringstege 40 ist in Fig. 6 in einer Darstellung des Gesamtaufbaues dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird das Fließvolumen 23 durch die Ringstege 40 in sektorielle Abschnitte unterteilt. Die Höhe der Ringstege 40 entspricht aus diesem Grund dem lichten Querschnitt der Fließvolumina 23. Damit strömen die wärmeübertragenden Medien innerhalb des Fließvolumens 23 in einer durch die Ringstege 40 geführten Weise. Des weiteren können die Ringstege 40 eine wie im Fall der Rohrringlamellen 21 gegenüber der Längsachse des Rohrringverbands 19b verwunden sein. Damit wird eine analoge Verbesserung des Wärmekontakts zwischen den wärmeübertragenden Medien wie im Fall der Ausführungsform des Rohrringverbands 19c mit Ringlamellen 21 durch eine Zwangsströmung gewährleistet.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Rohrringverbandes 19 sind Doppelrohrringe 59 vorgesehen, die zu einem Doppelrohrringverband 19d ineinander geschoben sind. Wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist, bestehen die Doppelrohrringe 59 aus Teilwänden 60, die konzentrisch ineinander geschoben sind und durch Distanzstege 61 sektoriell in Ringkanäle 62 um den Umfang des Doppelrohrrings 59 unterteilt sind. Bei dieser Ausführungsform strömen die wärmeübertragenden Medien entlang der Längsachse des Doppelrohrringverbandes 19d durch die Ringkanäle 62 bzw. durch den Zwischenraum zwischen den Doppelrohrringen 59, wobei die Teilwände 60 als Wärmeübertragungsfläche dienen. Die Ringstege innerhalb der Doppelrohrringe können ebenfalls zur Erhöhung der Wärmekontaktfläche Ausgestaltungen in ihrem Querschnittsprofil und/oder in Längsrichtung aufweisen.
Fig. 8 zeigt Durchflusswege der wärmeübertragenden Medien durch einen Rohrringverband 19 in schematischer Weise. Das Primärmedium tritt in diesem Anwendungsbeispiel am Primäreingang 11 in den Rohrringverband 19 ein und verläßt diesen am Primärausgang 12. In Fig. 8 tritt das Sekundärmedium am Sekundäreingang 13 ein, durchfließt den Rohrringverband 19 und verläßt diesen am Sekundärausgang 14. Die Primäreingänge und -ausgänge 11 und 12 sowie die Sekundärein- und -ausgänge 13 und 14 sind insbesondere durch Flansche 15 mit den zu- bzw. abführenden Leitungen verbunden. Der Außenmantel 10 weist zu diesem Zweck Stutzen 18 auf, die mit den Flanschen 15 verbunden sind. An der Stirnseite des Außenmantels 10 sind Kalotten 17 lösbar befestigt, die Stutzen für den Primärein- bzw. den Primärausgang 11 und 12 aufweisen. Die Stutzen 18 können in beliebiger Art an den Kalotten 17 angeordnet sein. So sind Ausführungen als Tangentialstutzen oder als gebogene Stutzen möglich.
Die Zuführungen bzw. die Ableitungen des Sekundärmediums innerhalb des Rohrringverbands 19 sind dabei durch Verteilerkanäle 30 ausgeführt. Diese bewirken, daß das Primärmedium in die ihm zugewiesenen Fließvolumina 23 über den Rohrringverband 19 verteilt wird.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des Verteilerkanals 30 in einer detaillierten Ansicht. Dargestellt ist der Rohrringverband 19 innerhalb des Außenmantels 10, der in Fig. 9 von rechts nach links vom Primärmedium durchströmt wird. Das Sekundärmedium tritt in Fig. 9 von unten kommend in den Verteilerkanal 30 ein und wird in die ihm zugewiesenen Fließvolumina 23 geleitet. Der Verteilerkanal 30 besteht dabei aus einer Reihe geeignet angeordneter dicht ausgeführter Verbindungen 31, die das vom Primärmedium durchströmte Fließvolumen 23 vom Sekundärmedium trennen. Diese Verbindungen können lösbar oder unlösbar ausgeführt sein.
Die Rohrringe 20 im Rohrringverband 19 weisen innerhalb des Rohrringverbandes 19 zueinander fluchtende Durchbrüche 29 auf, die hier in Fig. 9 einen zum Inneren des Rohrringverbands 19 hin abnehmenden Durchmesser aufweisen. Je nach Ausführungsform können die Durchbrüche 29 auch mit einem gleichbleibenden Durchmesser gestaltet sein. Zweckmäßigerweise sind diese so ausgeführt, daß sich ihre Außenränder konzentrisch um eine gemeinsame Achse gruppieren. Die Verbindungen 31 zwischen den Rohrringen 20 sind so ausgeführt, daß sie die vom Primärmedium durchströmten Fließvolumina 23 vom Sekundärmedium fernhalten, indem sie jedes zweite Fließvolumen 23 überbrücken. Sie verbinden somit die Durchbrüche jedes zweiten Rohrrings 20 mit dem auf ihn folgenden Rohrring. Welche Rohrringe miteinander verbunden werden, hängt von der konkreten Ausführungsform ab. Zweckmäßigerweise sind die Verbindungen 31 so ausgeführt, daß eine alternierende Folge den Verteilerkanal 30 überbrückender bzw. zum Verteilerkanal 30 offener Fließvolumina 23 entsteht. An einer anderen Stelle des Wärmeübertragers, an der das Sekundärmedium den Rohrringverband 19 verläßt, sind die Verbindungen 31 in der gleichen Weise ausgeführt. Im allgemeinen sind die Verbindungen 31 unlösbar gestaltet. Insbesondere können sie durch einen Falz 36 eines Durchbruchs 29 ausgeführt sein, dessen Kante mit der Kante des jeweils benachbarten Durchbruchs durch eine Schweiß-, Löt- oder dergleichen unlösbare Fügetechnik verbunden ist.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines stirnseitigen Verschlusses der Fließvolumina 23 unter Verwendung von Blindfalzen 32, die durch Schweißnähte 33 verschlossen sind. Die Stirnseite des Rohrringverbands 19 ist dabei durch ein die Querschnittsfläche des Rohrringverbands 19 teilweise überdeckendes und die Blindfalze 32 formschlüssig umgreifendes Zentrierblech 50 stabilisiert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für Zentrierbleche 50 und Verbindungen 31 beschrieben. Dazu dienen die Fig. 9a bis 9e.
In den Fig. 9a, 9b und 9c sind die Zentrierbleche detaillierter dargestellt. Das in Fig. 9a dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine sternförmige Anordnung mehrerer Zentrierbleche 50 auf, die den Rohrringverband mittels Aussparungen 50a an den stirnseitigen Rohrringenden umgreifen. Die Aussparungen entsprechen der Wanddicke der jeweiligen Rohrringe. Sowohl eine lösbare als auch eine unlösbare Verbindung zwischen Zentrierblech und Rohrringverband 19 ist möglich. Unlösbare Ausführungsarten können mittels Schweiß-, Löt- oder dergleichen Verfahren ausgeführt sein.
Fig. 9b und 9c zeigen Gestaltungsvarianten der Zentrierbleche 50. Diese können eine gerade Form, wie in Fig. 9b gezeigt oder eine pfeilartige Form aufweisen, wie dies in Fig. 9c dargestellt ist. Eine pfeilartige Form der Zentrierbleche nach Fig. 9c wird dann angewendet, wenn die jeweilige Stirnseite des Rohrringverbandes aus Strömungsgründen kegelförmig konkav ausgeführt ist.
Die Verbindungen 31 können, wie aus der Darstellung in Fig. 9d zu entnehmen ist, lösbar ausgeführt sein. Dazu dient eine Schraubverbindung zwischen einem oberen Einsatzring 85 und einem unteren Einsatzring 86. Die Abstände der Durchbrüche der Rohrringe 20 werden mittels Distanzstücken 84 gesichert. Die unteren Einsatzringe sind mit ihren jeweiligen Rohrringen durch Schweißnähte 33 unlösbar verbunden. Bei einer Montage werden die jeweils äußeren Rohrringe über die mit den unteren Einsatzringen 86 versehenen Öffnungen geschoben, wobei die äußeren Einsatzringe 85 in die jeweiligen unteren Einsatzringe geschraubt werden. Zur Erleichterung des Schraubvorganges dienen Schlüsselansätze 85a, die an die Einsatzringe angegossen oder -geschweißt sein können.
Weisen die Durchbrüche, die mittels der Einsatzringe verbunden werden keinen gleichen Durchmesser auf, sind die Einsatzringe 85, 86 entsprechend kegelförmig ausgebildet. Diese Ausführungsform ist nicht bildlich dargestellt.
Ausführungsformen für eine unlösbare Verbindung 31 der Durchbrüche sind in Fig. 9e dargestellt. Bei einer ersten Ausführungsform A ist ein kegelstumpfartiger Rohrstutzen 87 in kegelförmig zulaufende Durchbrüche eingepasst und mittels Schweißnähten 33 unlösbar mit den Rohrringen 20 verbunden. Alternativ dazu ist auch eine Verbindung mittels eines Rohrstutzens 87 in Form eines Rotationsparaboloiden nach Ausführungsform B möglich.
Stirnseitig des Rohrringverbands sind zur Regulierung der Strömung des Mediums Leitbleche 53 vorgesehen, die auf den Zentrierblechen 50 aufsitzen und mit ihnen lösbar oder unlösbar verbunden sind, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. In den Fig. 10a-d sind Ausführungsformen der Leitbleche näher erläutert. Fig. 10a zeigt links einen Verband aus konzentrisch angeordneten Zylinderförmigen Leitblechen, sowie rechts eine Darstellung einzelner Leitbleche. Der Leitblechverband ist in Fig. 10b ein weiteres Mal perspektivisch abgebildet. In dieser Darstellung sind die Leitbleche von gleicher Länge und schließen in einer Ebene ab. In Fig. 10c ist ein Leitblechverband dargestellt, der aus kegelstumpfförmigen Leitblechen besteht. Auch hier ist der Verband einmal in seiner Gesamtheit und in seinen Einzelteilen dargestellt. Angedeutet sind durch die Bezugsziffer 53b weitere Leitblechformen, die nach den jeweiligen Strömungsverhältnissen innerhalb der Wärmeübertragers angewendet werden können. Die perspektivische Darstellung in Fig. 10d zeigt einen Leitblechverband aus den in Fig. 10c dargestellten Leitblechen, bei denen von außen nach innen die kleineren Leitbleche in Richtung Stirnseite vorgeschoben sind und somit einen Strömungskegel für verbesserte Strömungsverhältnisse ausbilden.
Alternativ zu einem Einsatz von Leitblechen können auch Lochplatten 54 zur Strömungsregulierung eingesetzt werden. Fig. 10e offenbart eine beispielhafte Ausführungsform einer Lochplatte. In Bild A der Fig. 10e ist eine Lochplatte 54 in Form eines in Richtung des Rohrringverbandes konkaven Kugelabschnittes gezeigt, der eine Vielzahl von mit Aushalsungen 55 versehenen Löchern aufweist. Diese Aushalsungen dienen einem optimalen Strömungsdurchsatz durch die Lochplatte. In den Bildern B und C ist die Lochplatte detaillierter in einer Schnittdarstellung und einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
Ein Rohrringverband 19e einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Wärmeübertragers für ein Primärmedium und mehrere unterschiedliche Sekundärmedien ist in Fig. 11 dargestellt. Der Rohrringverband 19e wird in dem bildlich dargestellten Ausführungsbeispiel durch 5 unterschiedliche Sekundärmedien durchströmt, die mit einem Primärmedium im Wärmekontakt stehen. Weitere Sekundärmedien sind durch entsprechende Erweiterungen möglich. Die Rohrringe 20 weisen bei diesem Anwendungsbeispiel eine variable Länge dergestalt auf, daß diese mit wachsendem Durchmesser der Rohrring 20 abnimmt. Im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen der Rohrringverbände 19 erfolgt die Zu- bzw. Abführung der wärmeübertragenden Medien nicht über die Stirnseite des Rohrringverbandes 19, sondern mit Ausnahme des innere Rohrringes 20 über seitlich in die Rohrringwände 24 eingearbeitete Rohrdurchbrüche 80. Diese sind mit Rohrzuführungen 1 versehen, die als Flansch- oder Schweißverbindungen ausgeführt sein können.
Jede zweite Rohrzuführung 81 mündet in eine Rohrverbindung 82 ein. Die anderen Rohrleitungen 83 verlaufen jeweils separat in die entsprechenden Rohrzuführungen 81 hinein.
Der Rohrringverband 19e wird über die durch die Rohrverbindungen 82 kurzgeschlossenen Rohrzuführungen 81 mit dem Primärmedium beschickt, während durch die separaten Rohrleitungen 83 die jeweils unterschiedlichen Sekundärmedien fließen. Durch die Art der Verschaltung der Zuführungs- bzw. Abführungsleitungen grenzt jedes vom Primärmedium durchflossene Fließvolumen 23 beidseits von einem Fließvolumen 23 an.
Zweckmäßigerweise besteht auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers aus einem korrosions- und wärmebeständigen Material. Zur Minimierung von Wärmeverlusten, sind die Zu- bzw. abführenden Rohrleitungen 83, die Rohrverbindungen 82, sowie die Rohrzuführungen 81 gegen die Umgebung wärmeisoliert. Aus konstruktiven Gründen ist die von den durch die Rohrverbindung 82 verbundenen Rohrzuführungen 81 gebildete Ebene gegenüber der durch die separaten Rohrleitungen 83 gebildete Ebene gekippt, wie insbesondere in Fig. 12 verdeutlicht ist.
In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform für einen Rohrringverband 19e mit mehreren Sekundärmedien dargestellt. Bei dieser Variante erfolgt die Zuleitung und/oder die Abführung der Sekundärmedien durch seitlich in den Rohrringverband hineinführende verschachtelte Rohrzuführungen, die mit jeweils jedem zweiten Fließvolumen des Rohrringverbandes verbunden sind. Durch die verschachtelten Zuführungen wird jeweils ein Fließvolumen gezielt mit einem Sekundärmedium versorgt, bzw. von diesem entleert. In der Figur sind beispielhaft in den Rohrringverband einströmende Medien durch Pfeile angedeutet. Das Primärmedium wird an den Stirnseiten des Rohrringverbandes zugeführt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Rohrringe des Rohrringverbandes eine einheitliche Länge aufweisen und der gesamte Rohrringverband zur Wärmeübertragung. Bezugszeichenliste 10 Außenmantel
11 Primäreingang
12 Primärausgang
13 Sekundäreingang
14 Sekundärausgang
15 Flansch
16 Kondensatauslaß
17 Kalotte
18 Stutzen
19 Rohrringverband allgemein
19a Rohrringverband mit zylindrischen Rohrringen ohne Ausgestaltungen der Rohrringwand
19b Rohrringverband mit Ringstegen als Ausgestaltungen der Rohrringwände
19c Rohrringverband mir Rohrlamellen als Ausgestaltungen der Rohrringwände
19d Doppelrohrringverband
19e Rohrringverband für ein Primärmedium und mehrere Sekundärmedien
20 Rohrringe
21 Rohrlamellen
22 Lamellenverwindung
23 Fließvolumen
24 Rohrringwand
29 Durchbruch
30 Verteilerkanal
31 Verbindung
32 Blindfalz
33 Schweißnaht
34 unterbrochenes Fließvolumen
35 offenes Fließvolumen
36 Aushalsung für Durchbrüche
40 Ringsteg
50 Zentrierblech
50a Aussparung
50b innerer Rohrring/Haltebolzen
51 Zentrierring
53 Leitblech
53a Leitblechaussparung
53b Aussparung für inneren Rohrring/Haltebolzen
53c Verteilerkegel
54 Lochplatte
55 Aushalsung für Lochplattenlöcher
59 Doppelrohrring
60 Teilwände
61 Distanzstege
62 Ringkanäle
70 Auflager
80 Rohrdurchbruch
81 Rohrzuführung
82 Rohrverbindung
83 separate Rohrleitungen
84 Distanzstück
85 Oberer Einsatzring
85a Schlüsselansatz
86 Unterer Einsatzring
87 Rohrstutzen
88 Verschachtelte Rohrzuführungen

Claims

1. Wärmeübertrager insbesondere für flüssige strömende Medien bei Anwendung beliebiger Strömungsprinzipien und in beliebiger Aufstellungsart, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wärmeübertragung bewerkstelligende Wärmeaustauschfläche durch einen von den Medien durchströmten Verband ineinander verschachtelter Hohlkörper gebildet wird.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verband ineinander verschachtelter Hohlkörper aus ineinander geschobenen im wesentlichen zylindrischen Rohrringen (20) besteht.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringe (20) bei einer ersten Ausführungsform die gleiche Länge aufweisen.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rohrringe (20) bei einer zweiten Ausführungsform dergestalt variabel ist, dass deren Länge vom äußeren zum inneren Rohrring (20) abnimmt, so dass mindestens eine Stirnseite eines Rohrringverbandes (19) eine konkave Form aufweist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringe (20) so ineinander gefügt sind, dass ein als Fließvolumen (23) bezeichneter lichter Abstand zwischen der Außenseite des jeweils inneren zur Innenseite des jeweils äußeren Rohrringes den Durchtritt flüssiger Medien erlaubt.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringwand (24), die Rohrringe (20) und/oder ihre Oberfläche Ausgestaltungen aufweisen.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ausgestaltungen das Fließvolumen (23) in entscheidender Weise beeinflussen und formen.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialquerschnitt der Rohrringe (20) mit Rohrlamellen (21) so ausgestaltet ist, dass der Rohrring (20) lokal aus einer wechselseitigen Aneinanderreihung von nach innen, bzw. nach außen orientierten Kreisbögen zusammengesetzt ist, deren Radien kleiner als die Radien des lichten Querschnittes der Rohrringe (20) sind.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrlamellen (21) zweier aufeinanderfolgender Rohrringe (20) bezüglich der Differenz der Radien der lichten Querschnitte der Rohrringe (20) so bemessen sind, dass sich die Rohrringwände (24) mindestens an einer Stelle berühren.

10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Ausführungsform die Rohrlamellen (21) im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Rohrringe (20) verlaufen.

11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform die Längsachse der Rohrlamellen (21) bezüglich zur Längsachse der Rohrringe (20) in einem Winkel kleiner als 90° in der Weise geneigt ist, dass die Rohrlamellen (21) eine um die Längsachse der Rohrringe (20) ausgebildete Lamellenverwindung (22) bilden.

12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Lamellenverwindung (22) bei aufeinanderfolgenden Rohrringen (20) wechselt.

13. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform die Rohrringe (20) mit lotrecht zur Außenseite der Rohrringwände (24) orientierten und im wesentlichen in Richtung der Längsachse der Rohrringe (20) verlaufenden Ringstegen (40) versehen sind.

14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege (40) gleichmäßig entlang des Umfanges der Rohrringwände (24) verteilt sind.

15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege (40) die Fließvolumina (23) gleichmäßig sektoriell unterteilen.

16. Wärmeübetrager nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege (40) entlang ihrer Längsrichtung weitere Formausgestaltungen, insbesondere Unterbrechungen, Bohrungen, Ausstanzungen und/oder Ausbiegungen aufweisen.

17. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform die Längsachse der Ringstege (40) zur Längsachse des Rohrringes (20) um einen Winkel geneigt ist, so dass die Ringstege (40) eine um die Längsachse der Rohrringe verwundene Struktur bilden.

18. Wärmeübetrager nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ringstege (40) konisch geformt ist.

19. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform eine doppelwandige Gestaltung der Rohrringe (20) vorgesehen ist.

20. Wärmeübertrager nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrringwände (24) bei einer doppelwandigen Ausführung der Rohrringe aus einem Paar zueinander im konzentrisch angeordneter Teilwände (60) bestehen, die miteiander mit parallel zur Längsachse der Rohrringe (20) verlaufenden und senkrecht radial von der inneren zur äußeren Teilwand (60) verlaufenden und sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrringe (20) erstreckenden Distanzstegen (61) verbunden sind, so dass der sich daraus ergebende Doppelrohrring (59) aus sektoriell über den Umfang des Doppelrohrringes (59) verteilten Ringkanälen (62) zusammengesetzt ist.

21. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringe (20) jeweils mindestens zwei in die Rohrringwände (24) eingearbeitete Durchbrüche (29) aufweisen, die so angeordnet sind, dass die Durchbrüche (29) der ineinandergeschobenen Rohrringe (20) im Rohrringverband (19) vom äußeren zum inneren Rohrring (20) in gerader, senkrecht zur Längsachse des Wärmeübertragers orientierter Linie passierbar sind.

22. Wärmeübertrager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrringverband (19) der Rohrringe (20) in der Weise ausgeführt ist, dass die Ränder der Durchbrüche (29) zweier aufeinanderfolgender Rohrringe (20) Verbindungen (31) aufweisen, die so angeordnet sind, dass jedes zweite sich zwischen den Rohrringen (20) befindliche Fließvolumen (23) so überbrückt ist, dass eine stoffliche Durchmischung des die Verbindungen (31) der Durchbrüche (29) durchfließenden Mediums mit dem im überbrückten Fließvolumen (34) befindlichen Medium ausgeschlossen ist.

23. Wärmeübertrager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Durchbrüchen (29) angeordneten Überbrückungen lösbar ausgeführt sind.

24. Wärmeübertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Ausführung der Überbrückungen zwischen den Durchbrüchen (29) durch miteinander verschraubte, den Rand der Durchbrüche (29) mindestens teilweise umgreifende und formschlüssig verbundene obere bzw. untere Ringflansche (85, 86) ausgeführt ist.

25. Wärmeübertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die überbrückten Durchbrüche (29) an ihren Rändern durch Distanzstücke (84) in einem, den überbrückten Fließvolumina (23) entsprechenden Abstand fixiert sind.

26. Wärmeübertrager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (29) in ihrer gegenseitige Lage zueinander im Rohrringverband (19) und die Ausgestaltung der Verbindungen (31) so ausgestaltet sind, dass diese einen Verteilerkanal (30) bilden.

27. Wärmeübertrager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Querschnitt des Verteilerkanals zum Inneren des Rohrringsverbandes (19) hin gleich bleibt oder abnimmt.

28. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (31) durch eine Aushalsung (36) des Randes des Durchbruchs (29) eines jeweils weiter innen im Rohrringverband (19) angeordneten Rohrringes (20) ausgeführt ist und dass der Rand des Falzes (36) unlösbar und dicht mit dem Rand des Durchbruchs (29) des jeweils weiter außen im Rohrringverband (19) angeordneten Rohrringes (20) verbunden ist.

29. Wärmeübertrager nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Falzes (36) mit dem Rand des jeweiligen Durchbruchs (29) durch eine Schweiß-, Löt- oder dergleichen weitere dichte Verbindung ausgeführt ist.

30. Wärmeübertrager nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (31) durch Rohrstutzen und/oder Ringe ausgeführt ist, die stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung mit den Rändern der jeweiligen Durchbrüche (29) verbunden sind.

31. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten des durchströmten Verbandes ineinander verschachtelter Hohlkörper mit Ausgestaltungen versehen sind, die die Hohlkörper in ihrer gegenseitigen Lage zueinander fixieren und/oder zentrieren bzw. den Rohrringverband (19) innerhalb des Außenmantels (10) in seiner Lage positionieren.

32. Wärmeübertrager nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass Zentrierringe (51) vorgesehen sind, die in die ringartigen Querschnitte der Fließvolumina (23) der Stirnseiten des Rohrringverbandes (19) eingesetzt sind.

33. Wärmeübertrager nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken der Zentrierringe (51) der jeweiligen stirnseitigen Querschnitte der Fließvolumina (23) entsprechen, so dass sie diese vollständig und dicht verschließen.

34. Wärmeübertrager nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierringe (51) so ausgeführt sind, dass die Durchmesser der Zentrierringe (51) mit dem Durchmesser jedes zweiten stirnseitigen Querschnitte der Fließvolumina (23) dergestalt übereinstimmen, dass die Verteilerkanäle (30) beschickten Fließvolumina (23) stirnseitig dicht verschlossen sind.

35. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierringe (51) unlösbar in den jeweiligen stirnseitigen Abschlüssen der entsprechenden Fließvolumina (23) fixiert sind.

36. Wärmeübertrager nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform anstelle der Zentrierringe (51) an den Stirnseiten des Rohrringverbandes (19) entsprechenden Fließvolumina (23) dicht verschließende Blindfalze (32) angeordnet sind.

37. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einer Stirnseite des Rohrringverbandes (19) ein Satz von mindestens zwei, vorzugsweise kreuzweise zueinander angeordneter Zentrierbleche (50) vorgesehen ist, der mit den Zentrierringen (51) bzw. den Blindfalzen (32) und/oder den Rohrringen (19) verbunden ist.

38. Wärmeübetrager nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierringe (51), bzw. die Blindfalze (32) mit dem Zentrierblech (50) mittels einer Schweiß-, Löt- oder dergleichen Verbindung nicht lösbar und starr verbunden sind.

39. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein bezüglich des Rohrringverbandes (19) stirnseitig angeordneter, strömungsregulierender Satz von konzentrisch angeordneten Leitblechen (53) vorgesehen ist.

40. Wärmeübertrager nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (53) jeweils die Form eines Kegelmantels aufweisen, wobei diese teleskopartig ineinander geschoben sind und einen Stromverteilerkegel bilden.

41. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierbleche (50) und die Leitbleche (53) miteinander und innerhalb des Leitblechverbandes mittels einer Schweiß-, Löt- oder dergleichen weitere unlösbare und starre Verbindung zusammengefügt sind.

42. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiteren Ausführungsform an der Stirnseite des Rohrringverbandes eine Lochplatte (54) zur Strömungsregulierung angeordnet ist.

43. Wärmeübertrager nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte eine in Richtung des Rohrringverbandes konkave Wölbung aufweist.

44. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 42 und 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher der Lochplatte Aushalsungen (55) aufweisen.

45. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringe (20) des Rohrringverbandes (19) sowie deren Ausgestaltungen aus einem gut wärmeleitenden und/oder korrosionsbeständigen Material ausgeführt sind.

46. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (10) aus einem thermisch isolierenden Material besteht oder thermisch gegen die Umgebung isoliert ist.

47. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrringverband (19) bei einer weiteren Ausgestaltungsform für eine Wärmeübertragung zwischen einem Primärmedium und mehr als zwei Sekundärmedien vorgesehen ist.

48. Wärmeübertrager nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringe (20) des Rohrringverbandes (20) so ausgeführt sind, dass deren Länge mit zunehmendem Durchmesser abnimmt.

49. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 47 und 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließvolumina (23) an den Stirnseiten mit Ausnahme des innersten Rohrringes (20) dicht verschlossen sind.

50. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 47 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrringwände (24) jeweils in der Nähe der Endbegrenzungen der Rohrringe (20) Rohrdurchbrüche (80) aufweisen, die jeweils mit einer seitliche Rohrzuführung (81) zum stirnseitig abgeschlossenen Fließvolumen (23) ausgestaltet sind.

51. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 47 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die an beiden Enden des Rohrringverbandes (19) in die Rohrdurchbrüche (80) mündenden Rohrzuführungen (81) in folgender Weise funktionell gestaltet sind:

- eine Rohrverbindung (82), durch die jede zweite Rohrzuführung (81) miteinander verbunden ist.

- separate Rohrleitungen (83), die in die übrigen Rohrzuführungen (81) münden.

52. Wärmeübertrager nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrzuführungen (81) als Flanschverbindungen ausgebildet sind.

53. Wärmeübertrager nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrringverband seitlich durch ineinander verschachtelte Rohrzuführungen (88) versorgt wird, deren einzelne durchströmte Teilvolumina mit unterschiedlichen Medien durchströmt werden und die mit entsprechenden Fließvolumina des Rohrringverbandes verbunden sind.

54. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 47 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrringverband (19) aus gut wärmeleitendem korrosionsbeständigen Material besteht, die Rohrzuführungen (81), Rohrleitungen (83) und Rohrverbindungen (82) korrosionsbeständig und thermisch isoliert sind, bzw. aus thermisch isolierendem Material bestehen.