DE1601205A1

DE1601205A1 - Waermeaustauscher mit kreuzgitterfoermig angeordneten Rohren

Info

Publication number: DE1601205A1
Application number: DE19671601205
Authority: DE
Inventors: Kletch Jun Stanley J; Heyn Dipl-Ing Friedbert Markus
Original assignee: Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
Current assignee: Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
Priority date: 1967-10-13
Filing date: 1967-10-13
Publication date: 1970-08-06
Also published as: US3483920A

Description

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uipl.-ing. π« Wangemann stresemannstroee ?e

Dresdner Bank. Dösseidorf, Kfo. 51-419655 Fernruf 363531 Postscheck-Konto K3fn 168812

■ Meine Akte ISTr₈ 54263 W/W

Firma Industrie-Companie Kleinewefers« KonstruktionB- und Handelsgesellschaft mbHo. Krefeld. Melanohthonstra 5

"Wärmeaustauscher mit kreuzgitterförmig angeordneten Rohren"

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit kreuzgitterförmig angeordneten, das zu erwärmende oder zu kühlende Medium führenden Rohren, deren Enden in Stirnwänden gehalten sind, wobei das Heizgas senkrecht zur Rohrlängsrichtung durch den Wärmeaustauscher strömt«

Es,sind Wärmeaustauscherbekannt, deren parallele Rohre zu einem Rohrbündel rereinigt sind, und die Enden der Rohre in Stirnwänden gehalten sind, die ihrerseits parallel zueinander und senkrecht zur Längsrichtung der Röhre verlaufen· Auch sind kreuzgitterförmig angeordnete Rohre bekannt (Ohemie-Ingenieur-iPechnik 1964» Seite 247-260), bei denen die Rohrenden In entsprechenden Seitenwänden eingelassen sind β

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Wärmeaustauschers der eingangs genatnnten Art,4mit welohem eine Erhöhung des Wärmeüberganges und eine Reduzierungs der Sruokverluste

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erreicht v/erden soll. Ferner sollen günstige Wärmeübergangsverhältnisse von dem einen Medium auf das andere Medium geschaffen werden, wie auch insbesondere Variationsmöglichkeiten geschaffen werden sollen, um die Durchsatzmenge an zu erwärmendem oder zu kühlendem Medium und dementsprechend die Strömungsgeschwindigkeit und somit den Wärmeaustausch verändern zu können. Das Verhältnis der Wärmeübergangsleistung zurBaugrösse soll günstig gestaltet werden»

Zur Erreichung dieses Zieles sieht die Erfindung einen Wärmeaustauscher der genannten Gattung vor, bei dem erfindungsgemäß die Enden der Rohre in einem polygonen oder runden > zweiseitig offenen Rahmen gehalten sind und mindestens ein Rohrende mit einem benachbarten Rohrende der gleichen Rahmenwand durch einen Krümme^eine Kammer od.dgl» verbunden ist und/oder der Rahmen in einem Zylinder oder kastenförmigen Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß für das aufheizende oder abkühlende Medium angeordnet ist, an dessen Innenwand der Rahmen mit zwei diametral gegenüberliegenden Kanten oder

anliegt
längellnien diohtend oder mit dieser verbunden ist« Die Anordnung des Rahmens in dem Gehäuse ist hierbei so vorgenommen, daß das aufzuwärmende oder abzukühlende Medium aufgeteilt wird und hierduroh ein Teil des aufzuwärmenden oder abzukühlenden Mediums durch den einen Teil der Rohre hindurchströmt, während der andere Teil des aufzuwärmenden oder abzukühlenden Mediums durch die senkrecht zu diesen Rohren gelegenen Rohre hindurohgeführt wird· Der Rahmen mit den Rohren bildet in Verbindung mit der Gehäuse- oder Kasteninnen-

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wand einen Verteilerraum und einen ebensolchen Sammelraum, von

zu dem und dem das kalte bzw«, erwärmte Medium in bekannter Weise durch Ein- und Auslässe zu -bzw« abgeführt wird«.
Hierzu liegt der Rahmen an der Gehäuseinnenwand in einer
senkrecht oder"annähernd senkrecht zur Ein- und Auslaßströmungsriehtung des aufzuheizenden oder abzukühlenden
Mediumsβ Es bedarf also nicht mehr eines zusätzlichen^ Einlaß- und Verteilerraumes und eines entsprechenden Sammel- und Auslaßraumes, vielmehr bildet das Gehäuse in beschriebener Weise mit dem Rahmen diese Räume_o Der Rahmen ist hierbei
nicht nur an den gegenüberliegenden Kanten oder Iiängslinien mit der Gehäuseinnenwand dichtend verbunden, sondern liegt auch mit seinen Eängsenden an beiden Böden des Gehäuses oder Kastens dichtend an, in denen die Ein- und Auslaßöffnungen für das Heizgas vorgesehen sind, das quer zu den Rohrreihen durch das Gehäuse hindurchströmt _o

Bei der Anwendung von Krümmern oder Kammern an den Rohrenden, hat man es in der Hand, das aufzuwärmende oder zu kühlende Medium durch eine beliebige Anzahl von Rohren vorzugsweise der gleictien Reihe hindurchgehen zu lassen* Mit anderen Worten, der Weg des aufzuwärmenden Mediums kann beliebig
den Erfordernissen entsprechend variiert werden, wobei nur ein Teil der Rohre an ihren Enden mit Krümmern oder Kammern zu versehen ist, während ein anderer Teil ohne solche Krümmer oder Kammern belassen werden kann«,

So ZoBo können die in Strömungsriehtung ersten Rohre des
Rohrpaketes, das aus den Rohrreihen und dem Rahmen gebildet wird, ohne solche Krümmer oder Kammern an den"Rohrenden sein, während in Strömungsrichtung hinter diesen ersten Rohren Rohre

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mit endständigen Krümmern oder Kammern vorgesehen werden können. .

Bei der praktischen Ausführung ist der Rahmen viereckig und das Gehäuse rund oder umgekehrt.

Bei einer" weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rahmen in kleinere Rahmenstücke unterteilt, die mit ihren "benachbarten Rahmenstücken mittels Plansche verbunden sind. Diese Plansche tragen Dichtungsteile, um den Rahmen in dem Gehäuse in entsprechender Weise abzudichten und die beschriebenen Verteiler - und Sammelräume für das aufzuwärmende Medium zu bilden. Pur die Gehäuse unterschiedlicher Größe können daher die gleichen Rahmenstücke in unterschiedlicher Anzahl verwendet werden.

Torzugsweise kann auch das Gehäuse in Abschnitte oder Stücke unterteilt werden, um nicht nur den Zusammenbau des Rekuperatorr zu erleichtern, sondern auch das Erstellen eines Rekuperators nach dem Baukastenprinzip in beliebiger Größe zu erlauben.

Die Rohre können in der Wandung des viereckigen, runden oder ovalen Rahmens in bekannter Weise gehalten werden, um der Dehnung der Rohre Rech^nung zu tragen. So können die Rohre mittels Kondensatoren oder an Dehnungsfugen in" den Wänden des Rahmens gehalten werden, wie dies anderweitig bekannt ist.

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Auf. der Zeichnung sind Ausführungs'beispiele eines Wärme austausch ers nach der Erfindung mit seinen wesentlichsten Seilendargestellt und zwar zeigt

Pig. 1 einen kastenförmigen Rahmen mit den senkrecht zueinander liegenden Rohrreihen, . ■ .--■-■

Pig. 2 einen als trberleitungsstüek dienenden Krummer für die Rohrenden, · .

Pig. 3 eine schematische Darstellung einer möglichen führung des aufzuwärmenden Mediums und der Heizgase durch den Rahmen und die Röhre zweier, senkrecht zueinander liegender Rohrreihen,

Pig. 4 zwei Rahmenstücke, die zu einem Rahmen nach Pig. 1 zusammengesetzt werden können,

Pig. 5 einen mit Rohren versehenen Rahmen, in einem öehäusö, d.h. einen Querschnitt durch eine Auaführangaform eines Austauschers nach der Erfindung,

Pig. 6 eine Seitenansicht eines derartigen Wärmeaustauachera nach Pig. 5 und

Pig. 7 eine weitere Ausführungsform mit einem trommelartigen Rahmen und einem kastenförmigen Gehäuse.

Die Rohre des erfindungsgemäßen WärmeaustaUBchera sind bei der Auaführungsform nach Pig. 1 an ihren Enden durch einen aus * den Wänden 1, 2, 3 und 4 gebildeten Rahmen 100 gehalten*

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Die Rohre sind hierbei in Reihen derartig angeordnet, daß

waagerechte Reihen A, B,G 3? und senkrechte Reihen

S, T, U Z gebildet werden. Die Rohre dieser Rohrreihen

liegen somit nebeneinander und übereinander in gleicher Richtung und parallel zueinander und erstrecken sich alle von der einen Rahmenwand 1 zur parallelen Rahmenwand 3.

Senkrecht zu diesen genannten Rohrreihen sind von der Rahmenwand 2 zur Rahmenwand 4 reichende horizontale Rohrreihen G-, H, I......L, die gleichfalls auch senkrechte Reiben H, If,

0 .R bilden. Die Anordnung der Rohre selbst dieser letztgenannten Rohrreihen ist die gleiche wie die Anordnung der Rohrreihen A, D, 0.....-.I bzw. S, I, IT......Z. Die Rohrreihen der Wände 1, 3 sind gegenüber den Rohrreihen der Wände '2, 4 derart tiefer oder höher gesetzt, daß die Rohre der entsprechenden Rohrreihen über- und untereinander sich kreuzen, so wie dies in 3?ig. 1 mit den ersten "beiden Rohrreihen A und G dargestellt ist.

Das aufzuwärmende oder abzukühlende Medium kann beliebig durch die einzelnen Rohre und Rohrreihen hindorchgeführt werden, "um Umlenken des aufzuwärmenden oder zu kühlenden Mediums kann man sich hierbei Krümmer 5 bedienen, die die Enden benachbarter Rohre überbrücken, so z.B. kann ein Krümmer das Röhrende 6. des Rohrea 7 mit dem Rohrende 8 des Rohres 9 verbinden, wenn ig das aufzuwärmende odor zu kühlende Medium in Richtung des Pfei-

§ los 10 in das Rohr 7 eingeführt wird. Daa Knde 6 des Rohres 7 O

kann .iodooh auch^.^^ /$ne^_aKrümmers mit dem Ende 11 des

unter dem Rohr 6 gelegenen Rohres verbunden werden. In entsprechender Welse kann man beliebig viele "Rohre mit ihren" "benachbarten Rohren verbinden und hierdurch den Weg des aufzuwärmenden Mediums kurz oder lang halten. Im Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums* (Pfeil 12 in fig. 1). können die ersten Rohre andersartig an ihren Enden miteinander verbunden werden, , als- die an dem Austrittsende des.Heizgases oder des Kühlmittels aus dem Rahmen gelegenen Rohre.

In fig. 5 ist schematisoh die führung des Heizgases oder Kühlmittels und eines Teilstromes des aufzuwärmenden öder zu kühlenden Mediums dargestellt» Das Heizgas oderKühlmittel strömt in-Richtung des Pfeiles 12 zu und in Richtung des Pfeiles 21. ab'. Bin Teilstrom des auf züwärmenden" oder zu kühlenden Mediums strömt, in'Richtung des Pfeiles 14 in das erste Rohr. 15 über den Krümmer 16 in das darunterliegende Rohr17, von diesem in das Rohr 18 und schließlich in das Rohr 19, um aus dem Rohrstrang bei 20 auszutreten. Ein zweiter Teilstrom kann in Richtung des Pfeiles 22 in das Rohr 25 einströmen und gelangt über den Krümmer 24 zu dem Rohr 25. Dieser -Teilstrom wird in Richtung des Pfeiles 26 abgeführt. Die Rohre 14 und 22 sind an zwei Eintritts· sammler, die Rohre 20, 26 an zwei AustrittssammlLer angeschlossen,

TJm den-Rahmen nach fig. 1 zu bilden, können mehrere Rahmenstütze 28 verwendet werden, die■■ mit flanschen 30 versehen sind, mit = deren Hilfe die Rahmenstücke miteinander verbunden werden können In diesen Rahmenstüeken verlauf en die Rohrreihen in gleicher Weise im rechten Winkel zueinander, so daß wiederum eine kreuzweise

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gases oder Kühlmittels gegeben ist (Strömungsrichtung des Heizgases oder Kühlmittels Pfeil 31 in Pig. 4).

Bin Rahmen 100 mit Rohren oder ein aus Kästenstueken 28 zusammengesetzter Rahmen wird in ein-Gehäuse- 32 nach Pig. 5 und 6 eingesetzt. Dieses Gehäuse "besitzt einen Einlaßstutzen

oder

29 und einen Auslaßstutzen 33 für das aufzuwärmende abzukühlende Medium. Der Rahmen 100 ist hierbei in das Gehäuse derart eingesetzt, daß die Längskanten 34» 35 des Rahmens, die sich diametral gegenüberliegen, an der Innenwand des zylindrischen Gehäuses dichten anliegen bzw. durch etwa W-fÖrmige Halter 36, die sich über die Höhe bzw. Länge des Kastens erstrecken, dichtend gehalten werden. Die Ränder 37 bzw. -38 des Rahmens (lig.6) sind gegenüber den Böden 39, 40 des Gehäuses bei 41 abgedichtet. Eine Verbindung ist nicht notwendig, da der Rahmen an seinen Längskanten 34, 35 in dem Gehäuse gehalten ist. In den Böden 39, 40 sind die Ein- und Auslässe 42, 43 für das Heizgas oder Kühlmittel vorgesehen, das in Richtung der Pfeile 48 durch das Rohrgitter oder -netz in dem Rahmen 100 -hindurch strömt.

Durch den quaderförmigen Rahmen und das zylindrische Gehäuse

32 werden zwei Verteilerkammern 45» 46 und zwei Sammelkammern 47» 48 gebildet, in die die Stutzen des Ein - Auslasses 29,

33 münden. Aus der Verteilerkammer 45 gelangt das aufzuwärmende oder zu kühlende Medium in die Rohre 49» während aus der Verteilerkammer 46 das aufzuwärmende oder zu kühlende Medium in die senkrecht hierzu gelegenen Rohre 50 strömt. Sowohl das Zuströmen aus den Verteilerräumen in die genannten Rohre als auch: das Abströmen aus diesen Rohren in den Ablauf stutzen des Auslasses 33 wird durch, die lage dar Rohre zu der Krümmung

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und durch diese Zrüinmung der Wandung des Gehäuses 32 sehr ge- ^ fördert.

Die Strömung durch die Rohre 49V 50 kann beliebig variiert werden, wie dies im Zusammenhang mit der Darlegung des Rahmens nach 3?ig. 1 erläutert.-wurde«- Hierzu können ICrümmer 5 nach Mg. 2 in beliebiger Anordnung Anwendung finden. Bei gleichbleibendem Gehäuse und gleichbleibendem Rahmen kann somit die Strömungsart, d.h. Lange undGeschwindigkeit der Strömung und damit der Wärmeübergang-sowie die Druckverhältnisse "beliebig geändert werden. Berücksichtigt man ferner die Möglichkeit, daß sowohl der Rahmen 100 als auch das Gehäuse 32 aus Einzelstücken zusammengesetzt werden können und hierdurch nach einem Baukastensystem gearbeitet werden kann, so ergibt sich: eine sehr große Variationsmöglichkeit des Aufbaues eines Wärmeaustauschers» . ".-.'■.-:".-""--..

ü.6i der Anwendung von Rahmenstücken 28 nach Pig. 4 werden zwischen die flansche 30 eines Kastenstückes an seinem diametral gegenüberliegenden Ecken Dichtungen 51 eingesetzt,_; die an den W-fÖrmigeii Teilen 36 im Gehäuse 32 zur Anlage; kommen.

Bei der Ausführungsform nach Ü-ig. 7 ist das gleiche Prinzip angewendet, wobei die kreμzweise angeordneten Rohre in einem'trommelförmigen Rahmen 60 angeordnet sind, der in einem nunmehr kaatenförmigen Gehäuse 61 angebracht ist, dessen Oberseite 62 und dennen Unterseite mit einer Jiin- und Auslaßöffnung für das in Richtung der Pfeile 63 oiii- und auszuströmenfle wärnio auf nehmende oder abgebendη (Heizgase im Uohr),Helium vorgosehon aind* Die

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Srommel 60 ist mit der Innenwand des Gehäuses 61 wiederum an zwei diametral gegenüberliegenden Linien 64 dichtend verbunden, wie auch die ringförmigen Ränder 65 der Irömmel dichtend an den beiden Böden 65 des Gehäuses 61 anliegen," in die die Ein- und Auslaßöffnung für das Heizgas oder Kühlmittel eingelassen sind, das in Richtung der Pfeile 67 durch den Rahmen 60 strömt. Fm die Übersichtlichkeit zu wahren, ist der Einlaß- und Auslaß des Heizgases oder Kühlmittels in den Böden 66 nicht dargestellt.

Auch bei der Ausführungsform nach I¹Ig. 7 kann der trommelförmige Rahmen 60 aus mehreren scheibenförmigen Einzelstücken bestehen, die mittels Planschen miteinander verbunden werden, so wie dies mit den Rahmenstücken 28 nach Pig. 4 geschi-eht. Auch das Gehäuse 61 kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei die Teile mittels Planschen verbunden sind, wie z.B. die beiden Eeile des Gehäuses 32 mittels der Plansche 68 miteinander verbunden sind. Auch die Ausführungsform nach Pig. 7 kann demgemäß ■baukastenförmig variiert werden, wobei die Enden der Rohre in gleicher Weise durch Krümmer miteinander verbunden werden können, wie dies bei den Rohren -des Rahmens 100 der Ausführitngsf orffi nach Pig. 1 und 6 der Pail ist.

Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann auch als indirekt beheizter Erhitzer gestaltet werden, wozu die su erwärmende Luft, z.B. zu erhitzende Preßluft» durch die Rohre geführt wird und die Rohre durch die Plamme oder die Gase eines Brenners eihitzt worden. BADORiQiNAL

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Patentansprüche

Wärmeaustauscher mit kreuzförmig angeordneten Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohre in einem polygonen. oder runden, zweiseitig offenen Rahmen (60, 100) gehalten sind und daß mindestens, ein Rohrende mit einem benachbarten Rohrende der gleichen Rahmenwand durch einen Krümmer (5), eine Kammer od.dgl. verbunden ist und/oder der Rahmen (60, 100) in einem zylindrischen oder kastenförmigen Gehäu-• - se (-32, 62) mit einem Ein- und Auslaß für das aufheizende oder abkühlende Medium angeordnet ist, an dessen Innenrand der Rahmen (60, 100) mit zwei diametral gegenüberliegenden Kanten (34, 35) oder an Iiängslinien (62) dichtend anliegt •oder mit dieser verbunden ist.

2» Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (60,100) an der Gehäuseinnenwand (32,62) in einer senkrecht oder annähernd senkrecht zur Ein— und Auslaßströmungsrichtung des aufzuheizenden oder abzukühlenden Mediums gelegenen Ebene anliegt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen viereckig und das Gehäuse rund oder umgekehrt ausgebildet sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen in kleinere Rahmenstücke (28) oder -scheiben unterteilt ist, die mit ihren benachbarten Rahmen-

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stücken mittels Flansche (68) verbunden sind.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das den Rahmen aufnehmende Gehäuse in Einzelstücke unterteilt ist und wie der Rahmen baukastenartig zusammensetzbar ist.

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