DE2410670A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit mehreren, insbesondere parallel zueinander, mit Abstand voneinander angeordneten Wärmeaustauschrohren, weiche an ihren Enden in jeweils ein gemeinsames Verteiler- bzw. Sammelrohr einmünden.
• Derartige Wärmeaustauscher finden vielfach Verwendung beispielsweise als Kühlaggregate bei Kompressoranlagen, als Kühler bei Automobilen, als Luft- und Speisewasservorwärmer in Dampfkesselanlagen und dergleichen. Dabei strömt in der Regel das zu kühlende oder zu erwärmende Medium in senkrechten Rohren und die meist gasförmigen KUhl- bzw. Erhitzungsmedien werden in waagerechter Richtung geführt. Diese Wärmeaustauscheranordnung wird als sogenannter Kreusstrom-Wärmeaustauscber bezeichnet. Der Vorteil bei diesen Ausführungen, bei denen die Wärmeaustauscherrchre oft als Rippenrohre ausgebildet sind, beruht unter anderem darin, daß der Wärmeübergang bei Kreuzstrom wegen der entstehenden Turbulenz wesentlich besser als bei Parallelführung ist. Sehr oft ermöglichen Kreuzströmerauch günstigere räumliche Anordnungen als andere Ausführungen.
• Bei den bekannten Wärmeaustauschern der eingangs beschriebenen Gattung sind die Wärmeaustauscherrohre in der Regel als zwischen dem Verteiler- und dem Sammelrohr angeordnete gerade Rohremit kreisförmigei oder elliptischem Querschnitt ausgebildet, Wenn man auch versucht hat, durch Verwendung von Rippenrohren den WErmeaustausch dieser bekannten Apparate zu verbessern, so ist leicht einzusehen, daß aufgrund der durch den Abstand zwischen Verteiler-und Sammelrohr begrenzten Länge der Wärmeaustauschrohre ein bestimmter Wärmeaustauschwert nicht überschritten werden kann. Will man dennoch einen größeren Wärmeaustausch erreichen, so ist es erforderlich, den Abstand von Verteiler- und Sammelrohr oder deren Länge und damit die Anzahl der Wärmeaustauschrohre zu vergrößern. Ganz abgesehen davon, daß dies einen beträchtlichen zusätzlichen Material-, Fertigungs- und Montageaufwand bedeutet, ist eine derartige Vergrößerung des Wärmeaustauschers in vielen Fällen, beispielsweise bei Kraftfahrzeug-KUhlern, nicht mehr möglich.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und wirksamen Wärmeaustauscher mit mehreren, insbesondere parallel zueinander, mit Abstand voneinander angeordneten Wärmeaustausch-Rohren, welche an ihren Enden in jeweils ein gemeinsames Verteiler- bzw. Sammelrohr einmünden, zu schaffen, welcher nicht die Nachteile der bekannten Wärmeaustauicher aufweist.
• Dies. Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die WErmeaustauschrohre Jeweils spiralförmig gesunden sind, wobei die Spiralvindungen der einzelnen Wärmeaustauschrohre mit Abstand von einander angeordnet sind. Mit Vorteil verläuft dabei die Wiekelachse der Spiralwindungen zumindest nahezu in Richtung der Verbindungigeraden von Verteiler- und Sammelrohr. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Wärmeaustauschrohre, zumindest an ihrer äußeren Oberfliohe, iit Wärmeaustauschrippen oder dergleichen versehen.
• Die Erfindung ermöglicht mit einfachen Mitteln, nämlich hauptsächlich durch Wickeln der W§rmeaustauschrohre, eine überraschend starke Vergrößerung des Wärmeaustauschs, ohne daß dabei eine Vergrößerung der äußeren Umfangabmessungen des Wärmeaustauschers nötig ist. Infolge der Spiralwindungen wird die Länge eines vom Verteiler- zum Sammelrohr verlaufenden Wärmeaustaußohrohrs gegendber der direkten Entfernung dieser um ein vielfaches vergrößert. Es ist leicht einzusehen, daß infolge dieser Vergrößerung der Rohrlänge und damit der gür den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Rohroberfläche eine wesentliche Vergrößerung des Wärmeaustausches gegenüber den bisherigen Wärmeaustauschern ermöglicht wird. Dabei erzeugen die Spiralwindungen noch eine zusätzliche den Wärmeaustausch vergr8ßernde Turbulenz. Weisen die Wärmeaustauschrohre außerdem noch Wärmeaustauschrippen auf, so wird durch letztere die Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche sowie dievTurbulenz im Sinne einer Optimierung des Wärmeaustausches noch weiter vergrößert. Schließlich werden bei einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher im Verhältnis zu den bekannten eine geringere Anzahl von Wärmeaustauschrohren benötigt, wodurch sich die Kosten für die Montage der Wärmeaustauschrohre an dem Verteiler- und dem Sammelrohr verringert. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist einfach, da es sich dabei um das übliche Rohrwickeln handelt, wonach die gewickelten rohre auf übliche Weise in das Verteiler- und das Sammelrohr einlöten oder oinschrauben lassen. Infolge der durch Wickeln erreichte kompakte und symmetrische Ausbildung der WErmeaustauschrohre ist ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung insbesondere auch gut als Hochdruckkühler von Kompressoranlagen verwendbar.
• Vorteilhafterweise münden die Wärmeaustauschrohre an ihren Enden jeweils senkrecht zur Verbindungsgeraden von Verteiler- und Sammelrohr in diese ein. Bei dieser Anordnung ist es nicht erforderlich, die gewickelten Wärmeaustauschrohre zum Anschluß an das Verteiler-bzw. Sammelrohr nochmals umzubiegen. Man braucht lediglich das Rohrende im Anschluß an die jeweils letzte S«balwindung tangential auslaufen zu lassen und an einem äußersten Ende am Verteiler- bzw.
• Sanmelrohr anzubringen.
• Eine besonders kompakte Ausbildung des erfindungsgeniäßen WErmeaustauschers ergibt sich, wenn die Wärmeaustauschrohre über ihre Länge, vorzugsweise lösbar, miteinander verbunden Sind. Dabei sind zur Verbindung der Wärmeaustauschrohre zweckmäßigerweise zwischen die sen mit Abstand voneinander senkrecht zur Wickelachse der Spiralwindungen angeordnete Schraubbolzen-Anordnungen mit Festhalteleisten vorgesehen. Auf diese Weise ergibt sich ein kompaktes WErmeaustauscherpaket, welches weitgehend schwingungsisoliert ist, sodaß merkliche Schwingungsgeräusche sowie sonstige nachteilige Wirkungen von mechanischen Schwingungen, insbesondere mechanische Wechselbeanspruchungen des Materials, vermieden werden.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs gemäßen Wärmeaustauschers und Figur 2 eine Ansicht A in Richtung der Wickelachse auf die Wärmeaustauschrohre der Vorrichtung gemäß Figur 1.
• Der in der Zeichnung dargestellte Wärmeaustauscher dient beispielsweise als Hochdruckkühler für eine Kompressoranlage. Er kann in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse angeordnet sein.
• Im einzelnen weist der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher je ein Verteilerrohr 1 und Sammelrohr 2 auf. Das zu kühlende Medium, beispielsweise hochkomprimierte Luft tritt in Pfeilrichtung in den Einlaufstutzen 3 des Verteilerrohrs 1 ein, durchläuft anschliBend erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeaustauschrohre 4 und strömt danach in das Sammelrohr 2 ein, aus welchem es durch einen Auslauf stutzen 5 wie durch den Pfeil angedeutet wieder aus dem WErmeaustauscher entfernt wird. Während seines Durchlaufs durch die Wärmeaustauschrohre 4 wird das Medium durch ein zwischen diesen gemäß dem Doppelpfeil hindurch-strömendeg Kühlmedium gekühlt.
• Die Wärmeaustauschrohre 4 sind jeweils spiralförmig gewunden, wo bei die Spiraiwindungen der einzelnen Wärmeaustauschrohre mit einem Abstand a voneinander angeordnet sind. Der Abstand a der Spiralwindungen ermöglicht ein vollständiges Umspülen dieser durch das Kühlmedium. Die Wickelachse der Spiralwindungen verläuft in Richtung der Verbindungsgeraden von Verteilerrohr 1 und Sammelrohr 2.
• Die einander benachbarten Spiralförmigen Wärmeaustauschrohre 4 sind ait einem Abstand b voneinander angeordnet.
• Zur Verbesserung des Wärmeaustausches weisen die Wärmeaustauschrohre 4 an ihrer äußeren Oberfläche tlärneaus tauachrippon 6 auf. Der Übersichtlichkeit halber sind die Wärmeaustauschrippen 6 nur bei einem Wärmeaustauschrohr 4 lediglich angedeutet. In gleichem Sinne sind in der Zeichnung der Einfachheit halber nur drei erfindungsgemäße Wärmeaustausch@@@ dargestellt. Es versteht sich, daß der Raum zwischen diesen ebenfalls mit iilärrneaustauschrohren versehen ist.
• Die Enden der Wärmeaustauschrohre 4 laufen jeweils aus der Spirale tangential aus und münden senkrecht zur Verbindungsgeraden von Verteilerrohr i und Sammelrohr 2 in diese ein. Dadurch ergibt sich eine einfache Ausbildung der Wärmeaustauschrohre 4 sowie darüberhinaus eine aufgrund der leichten Zugänglichkeit einfache Montage dieser an dem Verteilerrohr 1 sowie dem Sammelrohr 2. Die Wärmeaustauschrohre 4 sind in das Verteilerrohr 1 und das Sammelrohr 2 eingelötet oder eingeschraubt.
• Die t1Tärlieaustauschrohre 4 sind über ihre Länge lösbar miteinander verbunden, was der besseren Übersichtlichkeit halber nur in Figur 2 dargestellt ist. Zur Verbindung der Wärmeaustauschrohre sind zwischen diesen mit Abstand voneinander senkrecht zur Wickelachse der Spiralwindungen angeordnete Schraubbolzenanordnungen 7 mit Festhalteleisten 8 vorgesehen. Zur Vergrößerung der Steifheit des so erhaltenen Wärmeaustauscherpakets sind die Festhalteleisten 8 als durchgehende Leisten ausgebildet, wobei eine Leiste jeweils sämtliche Sahraubbolzen-Anordnungen 7 zwischen zwei benachbarten spiralförmigen Wäremaustauschrohren 4 aufnimmt.
• Bei einem gebauten Wärmeaustauscher der beschriebenen Art betrug der Abstand zwischen dem Verteilerrohr 1 und dem Sammelrohr 2 600 mm, Der Durchmesser der Wärmeaustauschrohre 4 betrug außen 15 mm und innen 13 mm. Der Durchmesser der Spiralwindungen der Wärmeaustausch-

  rohre 4 betrug 110 mm. Dabei ergab sich eine gestreckte Länge eines

  WErmeaustauschrohrs 4 von 6 m.

• Es soll noch besonders darauf' hingewiesen werden, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, bei welchen die Wickelachsen der spiralförmigen Wärmeaustauschrohre im wesentlichen in einer Ebene liegen.
• Die Erfindung umfaßt nämlich grundsätzlich auch Wärmeaustausche@ bei denen die spiralförmigen Austauschrohre in mehreren, beispielsweise zwei, Reihen angeordnet sind, wobei die Wärnieaustaus cbrohre einer Reihe zweckmäßigerweise gegenüber denen der benachbarten Reihe jeweils versetzt sind.

Claims (6)

A n s p r ü c h e

1. Wärmeaustauscher mit mehreren, insbesondere parallel zueinander, mit Abstand voneinander angeordneten Wärmeaustausch-Rohren, welche an ihren Enden in jeweils ein gemeinsames Verteiler bzw. Sammelrohr einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustausc@-rohre (4) jeweils spiralförmig gewunden sind wobei die Spiral Windungen der einzelnen Wärmeaustauschrohre (4) mit Abstand (a) voneinander angeordnet sind.

2. Wärmeaustausaer nach Anspruch 1, dadurcil gekennzeichnet, daß die Wickelaches der Spiralwindungen zumindest nahezu in Richtung der Verbindungsgeraden von Verteilerronr (1) und Sammelrohr (2) verläuft.

3. Wärmeaustauscher nacfi Anspruch 1 oder 2> dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (4), zumindest an ihrer äußeren Obenfläche, mit Wärmeaustauschrippen (6) oder dergleichen versehen sind.

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 6--ekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (4) mit ihren Enden jeweils senkrecht zur Verbindungsgeraden von Verteilerrohr (1) und Sammelrohr (2) in diese einmünden.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (4) über ihre Länge, vorzugsweise lösbar, miteinander verbunden sind.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Wärmeaustauschrohre (4) zwischen diesen mit Abstand voneinander senkrecht zur Wickelachse der Spiralwindungen angeordnete Schraubbolzen-Anordnungen (7) mit Festhalteleisten (8) vorgesehen sind.

L e e r s e i t e