DE2615977A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING. A. BÄRNREUTHER

D-8000 MÜNCHEN 71 telefon iO89) 794705

DRYGALSKIALLEE12S TELEGRAMM PATMARKLAW MUENCHEN

12.April 1976 Parea 1/76 P

Parca-Norrahammar AB, Norrahammar, Schweden

Wärmetauscher

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien, in welchem das eine Medium durch eine Anzahl von eng zueinander angeordneten Rohrspiralen geleitet wird, während das andere Medium durch eine Anzahl von zwischen den bzw. um die Rohrspiralen herum gebildeten Kanälen geführt wird, wobei die Rohrspiralen zwischen sie umgebenden Wänden und im wesentlichen parallel zu einer Trennwand angeordnet sind, welche die Kanäle zwischen den Rohrspiralen bildet.

Es ist bekannt, daß ein Wärmetauscher des vorstehend genannten Typs den größten Wirkungsgrad erzielt, wenn er so ausgestaltet ist, daß sich die beiden Medien in reinem Gegenstrom zueinander bewegen. Es ist außerdem bekannt, daß bei einem Wärmetauscher mit geringem Durchmesser, bei welchem die Röhren aus räumlichen Gründen spiralig gewunden sind, ein reiner Gegenstrom durch die Ausbildung einer eng anliegenden Trennwand, welche den Spiralen folgt, erreicht wird und daß auf diese Weise das Medium außerhalb des Spiralrohrs gezwungen wird, diesem Rohr entlang seiner ganzen Länge nach zu folgen.

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Es gibt eine Reihe von Anwendungsgebieten für Wärmetauscher dieses Typs, z. B. als Radiator-Wärmetauscher, Ventilations-Wärmetauscher, Leitungswassererhitzer für Fernheizungen oder Boileranlagen, Bodenheizungen usw. Auf jedem Anwendungsgebiet gibt es ein besonderes Durchflußverhältnis zwischen den beiden Medien, welches insbesondere von den gewünschten Tempe— raturdifferenzen und dem erreichten Druckabfall abhängt. Wenn die Konstruktion diesen verschiedenen Erfordernissen angepaßt sein soll, muß es für eine in bestimmter Weise festgelegte Rohrdimensionierung jedoch möglich sein, die Durchflußrate des Kanals außerhalb der Röhren zu verändern. In den früher verwendeten Ausführungsformen solcher Wärmetauscher war das angewandte Prinzip, die Rohrspiralen in einem Stapel anzuordnen und die Entfernung zwischen den verschiedenen Lagen des Stapels den Erfordernissen des betreffenden Anwendungsfalles anzupassen. Alternativ dazu kann die Steigung der Spirale als Variable benutzt werden, um die Konstruktion ganz bestimmten Anwendungsfällen anzupassen. In beiden Fällen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung, welche für eine Verteuerung dieser Wärmetauscher ursächlich sind. Außerdem bedeutet dies, daß die überwiegende Mehrzahl der Wärmetauscher in ihrer Ausgestaltung unnötigerweise volumenaufwendig sind, was erhöhte Kosten und besondere Installationsprobleme zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung bringt eine Lösung dieses Problems dadurch, daß innerhalb ein und derselben Wärmetauscherausbildung anstelle einer Vergrößerung des Durchflußquerschnitts in den Kanälen außerhalb der Röhren, wenn der Durchfluß dort größer ist als normal, zwar eine unveränderbare Unterteilung zwischen den Spiralen und der Steigung der Spiralen beibehalten wird, daß aber der Fließweg durch den Wärmetauscher dadurch verkürzt wird, daß der Fluß des Mediums stellenweise bis zu einem gewissen Grade "kurzgeschlossen" wird, d.h. einen kürzeren Kreislauf durch das Vorsehen von Überströmmöglichkeiten zwischen den

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jeweils benachbarten Windungen, der Spiralen aufweist. Da dieses Verkürzen des Kreislaufs örtlich sehr begrenzt ist, "bewirkt es keine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers. ■Durch dieses charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden die Nachteile, welche in Verbindung mit der Beschreibung der bekannten Wärmetauscher herausgestellt wurden, eliminiert. Die vorstehend erwähnte Verbesserung hinsichtlich dieses Merkmals ergibt sich, wenn der Wärmetauscher nach dieser Erfindung in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des anliegenden Hauptanspruchs verwirklicht wird.

Im folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher beschrieben; darin zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Wärmetauscher; und

Fig. 2 in Draufsicht das Innere des Wärmetauschers.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Wärmetauscher umfaßt einen Behälter, bestehend aus zwei Endstücken 1,2 und einem zylindrischen Mantel 3. In das eine Endstück 2 mündet ein zentrales Rohr 4, während durch das andere Endstück 1 zwei Anschlußrohre 5,6 hindurchgezogen sind. Durch den Mantel 3 ist ein Rohr 7 hindurchgeführt. Zwischen den Anschluß rohren 5,6 laufen eine Anzahl von Rohrspiralen 8, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreieinhalb Umdrehungen um die Zentralachse des Behälters bilden. Die inneren Enden der Rohrspiralen sind mit dem Anschlußrohr 5 verbunden, während die äußeren Enden dieser Spiralen mit dem Anschlußrohr 6 verbunden sind. Die Rohrspiralen 8 und die Anschlußrohre 5,6 bilden den Fließweg für das eine Medium, während der verbleibende Teil des Behälters und die Rohre 4,7 den Fließweg für das andere Medium bilden.

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In diese Rohrspiralen 8 ist eine Trennwand 9 hineingewunden, welche sich zwischen den beiden Endstücken 1,2 erstreckt und eine Anzahl von spiralförmigen Kanälen 10 zwischen den Rohrspiralen einerseits und den Rohrspiralen und den Endstücken 1,2 andererseits bildet. Durch diese Kanäle 10 wird das zweite Medium hindurchgedrückt und wird dabei in engen Kontakt mit den Rohrspiralen gebracht. Wie bereits vorstehend angedeutet, arbeitet der Wärmetauscher am wirkungsvollsten, wenn die beiden Medien im Gegenstrom zueinander geführt sind. Im vorliegenden Fall fließt deshalb das eine Medium im Uhrzeigersinn, während das andere Medium im Gegenuhrzeigersinn fließt, wie dies beispielsweise in Fig. 2 durch die Pfeile 11,12 angedeutet ist.

Für große, durch die Kanäle 10 fließende Durchflußmengen wurde gefunden, daß der Druckabfall im Wärmetauscher ungewöhnlich hoch wird, so daß ein verkürzter Fließweg für dieses Medium wünschenswert war. Solch ein verkürzter Fließweg wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß es dem Medium bis zu einem gewissen Grade ermöglicht ist, durch Überströmeinrichtungen zwischen zwei benachbarten Kanälen 10 innerhalb der Spirale einen kürzeren Kreislauf zu bilden. Konstruktiv kann solch ein Überströmen mit Hilfe von Löchern 13 in der Trennwand für jeden Kanal 10 erreicht werden, wie dies in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Durch Veränderung der Dimensionierung der Löcher und/oder des Abstandes der Löcher kann der Wärmetauscher verschiedenen Erfordernissen hinsichtlich der Reduzierung des Fließwiderstandes für das in den Kanälen 10 fließende Medium angepaßt werden, ohne daß der Abstand oder die Steigung der Spiralen abgewandelt werden muß. Die Veränderung des Abstandes der Löcher ist vom herstellungstechnischen Gesichtspunkt aus eine sehr einfache Maßnahme, so daß die beträchtlichen Nachteile der bisherigen Ausführungsformen nunmehr beseitigt werden konnten. Es ist auch möglich, die Trennwand austauschbar zu machen

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und für jeden Anwendungsfall eine Trennwand mit verschiedenen Loehabständen und Lo chdimens ioni e rungen vorzusehen, welche bei einer "bestimmten Durchflußmenge einen optimalen Wärmeaustausch ergeben. Das Bereithalten solcher Trennwände ermöglicht eine erhöhte Flexibilität in der Anwendung dieser Wärmetauscher, da die eingebauten Teile standardisiert werden können und tatsächlich nur die Trennwand das einzige Teil ist, das in einer Anzahl von Ausführungsformen hergestellt werden muß.

Die hier beschriebene Ausführungsform ist ein Beispiel, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Abänderungen dieser Ausführungsform können im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden, z. B. können die Rohrspiralen anstatt kreisrund auch in einer beliebig ovalen Form gewunden sein. Ebenso ist es möglich, die vielen, in Abstand zueinander angeordneten Löcher in der Trennwand durch eine oder mehrere Durchbrechungen oder Durchtrennungen in der Trennwand zu ersetzen, welche Trennwand dann die Form einer Anzahl von Teilstücken aufweist, wobei diese Durchbrechungen oder Durchtrennungen als Überströmstellen zwischen zwei benachbarten Kanälen 10 dienen und wobei die "Kapazität" der Überströmstelle durch die Größe der Durchbrechung oder Durchtrennung bestimmt ist. Solche Abänderungen der Ausführungsform sollen als in der Grundkonzeption der Erfindung enthalten gelten, welche durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist.

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Claims (5)

12. APR. 1976 Patentansprüche

1.) Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien, in welchem das eine Medium durch eine Anzahl von eng zueinander angeordneten Rohrspiralen geleitet wird, während das andere Medium durch eine Anzahl von zwischen den "bzw. um die Rohrspiralen herum gebildeten Kanälen geführt wird, wobei die Rohrspiralen zwischen sie umgebenden Wänden und im wesentlichen parallel zu einer Trennwand angeordnet sind, welche die Kanäle zwischen den Rohrspiralen bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (9) zwischen zwei in der Spirale unmittelbar nebeneinander liegenden Kanälen (10) mindestens eine uberströmöffnung (13) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (13) aus die Trennwand (9) durchsetzenden Löchern besteht.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet, daß die Uberströmöffnung (13) aus einer Unterbrechung in der durch die Trennwand (9) gebildeten Spirale besteht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) austauschbar zwischen den Rohrspiralen (8) eingesetzt ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Trennwänden (9) vorgesehen ist, wobei diese Trennwände untereinander eine verschiedene Anzahl von Überströmöffnungen (13), insbesondere Löchern, sowie verschiedene Lochdimensionierungen aufweisen.

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