DE29903756U1

DE29903756U1 - Wärmetauscherrohr

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Publication number: DE29903756U1
Application number: DE29903756U
Authority: DE
Original assignee: hde Metallwerk GmbH
Current assignee: Mpg Mendener Praezisionsrohr De GmbH
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2009-03-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, von denen wenigstens ein Rohr rippenartige Verformungen aufweist, die zwischen Innen- und Außenrohr wenigstens einen sich im wesentlichen über die axiale Länge schraubenlinienförmig umlaufenden Strömungskanal ausbilden.

Ein derartiges Wärmetauscherrohr ist bereits aus der US 3,777,343 bekannt. Das dort dargestellt und beschriebene Wärmetauscherrohr hat jedoch den großen Nachteil, daß es nicht zur Reinigungszwecken demontierbar ist. Vielmehr werden hierbei zwei Rohre ineinandergesteckt und fest verspannt, wobei das Innenrohr dann im Außenrohr unter Bildung von rippenartigen Verformungen verdreht wird. Dadurch ergibt sich eine unlösbare Verbindung beider Rohre miteinander. Darüber hinaus kann durch die Verdrehung des Innenrohres innerhalb des Außenrohres kein definierter Strömungskanal hergestellt werden.

Pnslbiink	Credil- und Volksbank cG	024	Conuncrzbank AG	USt-IdNr.
Essen	Wupperlal-Barmcn	Wuppertal-Bannen	VAT-No.
(BLZ 360 K)U 43) 445 04-431	(BLZ 330 600 981 301 S91	(BLZ 330 400 01&Iacgr; 4 034 823	DE 121068676

äde Metallwerk GmbH

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin ein neues Wärmetauscherrohr zu schaffen, welches trotz einfacher Herstellung exakt dimensionierte Strömungskanäle aufweist und insbesondere zu Reinigungszwecken leicht demontierbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere den Merkmalen des Kennzeichenteils, wonach die rippenförmigen Verformungen Kammflächen aufweisen, die einer gegenüberliegenden Innen-/Außenumfangsfläche zumindest nach Art einer Spielpassung angenähert sind und daß Innen- und Außenrohr durch axiale und/oder schraubenlinienförmige Relativbewegung voneinander trennbar sind.

Das erfindungsgemäße Wärmetauscherrohr hat den wesentlichen Vorteil, daß deren Bestandteile, nämlich Innenrohr und Außenrohr separat hergestellt werden können und dann durch axiale und/oder schraubenlinienförmige Relativbewegung zueinander in eine betriebsgemäße Stellung zueinander gebracht werden können. Genauso ist es dann nach einer gewissen Betriebsperiode möglich die beiden Bestandteile auf einfache Weise voneinander zu trennen und zu reinigen. Dies hat insbesondere große Vorteile für die Lebensmittelindustrie wie auch für die Pharmazie und die Medizintechnik.

Letztendlich kann durch die getrennte Herstellung von Innen- und Außenrohr nicht nur die Präzision des Strömungskanals deutlich erhöht werden, sondern aufgrund der Zweiteiligkeit des Wärmetauscherrohres können z.B. wendeiförmige Strömungskanäle mit kleinem Durchmesser hergestellt werden. Dabei ergibt sich aufgrund des großen Verhältnisses des hydrauli-

jade Metallwerk GmbH

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sehen Durchmessers des Strömungskanals zum Durchmesser des schraubenlinienfömigen Strömungskanals ein sehr guter Wärmeübergang. Dies hängt mit dem bekannten physikalischen Effekt zusammen, daß sich aufgrund der großen Krümmung des Strömungskanals schon bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine positive kreisförmige Sekundärströmung ergibt, wodurch der Wärmeaustausch zu dem beispielsweise im Gegenstrom geführten Produkt verbessert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Innen- und das Außenrohr jeweils rippenartige Verformungen auf, die neben dem wenigstens einem Strömungskanal jeweils eine parallel verlaufende, flächige sowie aus aufeinanderstoßenden Kammflächen zusammengesetzte Dichtzone ausbilden, wobei die Dichtzonen von Innen- und Außenrohr nach einer Relativbewegung der Rohre um mindestens die axiale Erstreckung der Dichtzonen in jeweils gegenüberliegende, den Strömungskanal bildende Bereiche frei bewegbar eintauchen.

Bei dieser Ausführungsform entsteht auf vorteilhafte Weise mindestens ein völlig abgegrenzter Strömungskanal, der aus Innenumfangs-Flächenbereichen des Außenrohres und Außenumfangs-Flächenbereichen des Innenrohres gebildet wird, wobei der oder die Strömungskanäle letztendlich durch beidseitig beabstandet aufeinanderliegende Kammflächen von Innen- und Außenrohr (Dichtzonen) gebildet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bilden die rippenartigen Verformungen mindestens einen im wesentlichen rechteckförmigen Strömungskanal aus. Der rechteckfömige Strömungskanal hat strömungstechnische

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Vorteile, weil der Abstand der Hauptwärmeübertragungsflächen, dies sind die Langflächen des rechteckfömigen Strömungsquerschnittes, relativ gering sind. Dadurch sind nach der Theorie die Wärmeübertragungswege zum Übertragungsmedium relativ kurz. Gerade auch bei sehr zähflüssigen Medien, bei denen keine ausreichende Verwirbelung stattfindet, ist der geringe Abstand der Hauptübertragungsflächen sehr vorteilhaft, weil dadurch trotzdem noch ein relativ guter Wärmeaustausch stattfinden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die aus Innen- und Außenrohr bestehende Rohranordnung mit einen inneren und einen äußeren Hüllrohr versehen. Dadurch ist nun möglich im Gegenstrom oder Gleichstrom eine das Wärmetauscherrohr umspülende Flüssigkeit durch das System zu schicken, so daß das Wärmetauscherrohr in einem flüssigkeitführenden Ringspalt liegt. In diesem Fall erzeugt die Außenkontur des Außenrohres bzw. die Innenkontur des Innenrohres zusätzlich eine turbulente Strömung innerhalb des Ringkanals, welche ebenfalls vorteilhaft für den Wärmeaustausch ist.

Diese turbulente Strömung kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform dadurch vergrößert werden, daß auch das innere und/oder äußere Hüllrohr Profilierungen aufweist, die eine Erhöhung des Turbulenzgrades bewirken.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwischen Innen- und Außenrohr mehrere durch rippenartige Verformungen gebildete, im wesentlichen getrennte Strömungskanäle angeordnet, so daß mehrere unter-

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schiedliche Produktströme voneinander getrennt durch das Wärmetauscherrohr hindurchströmen können.

Damit letztendlich die Zuordnung von Innen- und Außenröhr präzise gesichert ist, können Innen- und Außenrohr Markierungen aufweisen, die beispielsweise durch eine gemeinsame Sickung gebildet werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen sowie aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele .

Es zeigen:

Fig. 1 ein Wärmetauscherrohr mit beidseitig angeordneten Anschlußblöcken,

Fig. 2 ein Innenrohr des Wännetauscherrohres gemäß Fig. 1,
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Fig. 3 ein Außenrohr eines Wännetauscherrohres gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung des Wärmetauscherrohres gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Vergrößerung eines Wärmetauscherrohres mit innerem und äußerem Hüllrohr,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauscherrohres mit innerem und äußerem Hüllrohr,

; hde Metallwerk GmbH

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Fig. Dampf,

7 ein Wärmetauscherrohr mit äußerem Hüllrohr für

Fig. 8 ein Wärmetauscherrohr mit profilierten innerem und äußerem Hüllrohr

Fig. 9 und 10 Darstellung eines Wärmetauscherrohres mit mehreren parallelen Strömungskanälen,

Fig. 11 und 12 ein Wärmetauscherrohr gemäß Fig. 4 mit einer Einrichtung zur Sicherung der gegenseitigen Zuordnung von Innenrohr zum Außenrohr und

Fig. 13 ist ein Wärmetauscherrohr gemäß Fig. 4 während der Demontage.

In den Zeichnungen ist ein Wärmetauscher insgesamt mit den Bezugsziffer 10 bezeichnet.

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In der Fig. 1 erkennt man, daß das Wärmetauscher 10 im eingebauten Zustand beidseitig Anschlußblöcke 11 aufweist, über die die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Kälte-/Wärmeträgers und des Produkts erfolgt.

In der Fig. 1 ist beispielhaft ein Einrohr-Wärmetauscher mit flüssigem Wärme-/Kälteträger dargestellt. Während die Produktzufuhr über P^ erfolgt, verläßt das Produkt über P2 den Wärmetauscher 10 nach Durchströmen eines wendeiförmigen Strömungskanals 18. Dagegen fließt der über die Eingänge/Ausgänge W/K eintretende bzw. austretende Kälte-

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/Wärmeträger durch ein den Strömungskanal 18 aufnehmenden Ringspalt 23.

Der Wärmetauscher 10 weist ein Innenrohr 12 (s. Fig. 2) und ein Außenrohr 13 (s. Fig. 3) auf, die wie nachfolgend beschrieben zusammengefügt werden können.

Das Innenrohr 12 weist eine schraubenlinienförmig umlaufende, nach außen gerichtete rippenartige Verformung 15 auf, die eine Kammfläche 14 ausgebildet. Dagegen ist das Außenrohr 13 mit einer nach innen gerichteten rippenförmigen Verformung 16 versehen, die ebenfalls schraubenlinienförmig angeordnet ist und nach innen ragende Kammflächen 17 aufweist. Während beim Innenrohr 12 zwischen den nach außen vorspringenden Kammflächen 14 jeweils den Strömungskanal 18 bildende Bereiche 19 vorhanden sind, weist das Außenrohr 13 zwischen den Kammflächen 17 den Strömungskanal 18 bildende Bereiche 20 auf. Dies ist insbesondere in Fig. 4 gut zu erkennen. Dort liegen die Kammflächen 14 und 17 in der Funktion von Dichtflächen klemmend aufeinander, während sich die Bereiche 19 und 20 zum Strömungskanal 18 ergänzen.

Zum Lösen der klemmenden Verbindung zwischen Innenrohr 12 und Außenrohr 13 ist lediglich eine in Längsachsrichtung A gerichtete Relativbewegung zwischen den beiden Rohren 11 und 12 soweit notwendig, daß - wie in Fig. 13 dargestellt - sich die gegenüberliegenden Kammflächen 14 und 17 nicht mehr berühren. Dies bedeutet, daß die rippenartigen Verformungen 15, 16 jeweils in ein durch die Bereiche 19 bzw. 20 gebildeten Freiraum eintauchen. In dieser Stellung der Rohre 12 und 13 zueinander, ist nun durch eine drehende Bewegung ein einfa-

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ches Auseinanderschrauben von Innenrohr 12 und Außenrohr 13 möglich. Nach dem Trennen der beiden Rohre 12 und 13 können letztere gereinigt und anschließend wieder zusammengefügt werden.
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In Fig. 5 ist ein Wärmetauscherrohr 10 dargestellt, welches von einem inneren Hüllrohr 21 und von einem äußeren Hüllrohr 22 umgeben ist. Während hierbei der Strömungskanal 18 für den Transport eines Produktes vorgesehen ist, wird der Ringspalt 23 zum Transport eines Wärme-/Kälteträgers verwendet. Man kann in der vergrößerten Darstellung des Wärmetauscherrohr 10 gut erkennen, daß die Kammflächen 14 und 17 dicht aufeinander liegen, so daß ein abgeschlossener schraubenlinienförmig verlaufender Strömungskanal 18 entsteht.

Insbesondere in der Fig. 5 erkennt man auch die vorteilhafte rechteckige Gestaltung des Strömungskanals 18, wodurch Hauptwärmeübertragungsfläche 25 nur gering beabstandet sind, wodurch auch die Wärmeübertragungswege zum Übertragungsmedium relativ kurz sind.

In der Fig. 6 dagegen ist auch nach dem Zusammenbau von Innenrohr 12 und Außenrohr 13 zwischen den Rohren 12 und 13 im Bereich der Kammflächen 14 und 17 ein Spalt 24 vorhanden, durch den in gewünschter Weise ein axialer Kurzschlußstrom fließt. Während der Hauptproduktstrom weiterhin über den Strömungskanal 18 erfolgt, ergibt sich aufgrund des in der Zeichnung sicherlich etwas übertrieben dargestellten Spaltes 24 ein Kurzschlußstrom, der Verschmutzungen und Anbackungen innerhalb des Strömungskanals 18 verringern soll. Dadurch ist die Demontage des Wärmetauschers 10 nur in größerem Zeit-

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abständen notwendig.

In der Fig. 7 erkennt man nun einen für den Dampfbetrieb geeigneten Wärmetauscher 10, bei dem lediglich ein äußeres Hüllrohr 22 vorgesehen ist, das gegenüber Innenrohr 12 und Außenrohr 13 einen deutlich erweiterten Durchmesser aufweist. Hierbei ist wiederum der Strömungskanal 18 für das Produkt vorgesehen, wobei der Ringspalt 23, wie auch ein Innenraum 26, von Dampf durchströmt wird.

Ein Wärmetauscher 10 mit einem inneren profilierten Hüllrohr 27 und mit einem äußeren profilierten Hüllrohr 28 ist in Fig. 8 dargestellt. Durch diese Profilierung wird erreicht, daß sich die Turbulenz im Ringspalt 23 erhöht und sich damit die Wärmeübertragung verbessert.

In den Fig. 9 und 10 ist ein Innenrohr 29 eines Wärmetauschers 10 dargestellt, welches drei parallele Strömungskanäle 18',18'' und 18' ' 'aufweist. Hierbei wäre es denkbar, in getrennten Strömungskanälen 18',18'' und 18''' unterschiedliche Produkte zu transportieren.

Letztendlich ist in den Fig. 11 und 12 zunächst wiederum eine vergrößerte Darstellung eines Wärmetauschers 10 gemäß Fig. 4 zu erkennen, wobei Innen- und Außenrohr 12, 13 jeweils eine Sickung 30, 31 aufweisen. Bei den Sickungen 30, 31 handelt es um Markierungen des Innenrohres 12 und des Außenrohres 13, durch die eine präzise gegenseitige Zuordnung der Rohre gesichert werden kann. Bei richtiger Zuordnung der Sickungen 30, 31 zueinander, ist die Betriebsstellung der Rohre 12 und 13 erreicht, daß heißt die Kammflächen 14 und 17 liegen vollflä-

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chig übereinander,

Claims

10 Ansprüche

1. Wärmetauscherrohr mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, von denen wenigstens ein Rohr rippenartige Verformungen aufweist, die zwischen Innen- und Außenrohr wenigstens einen sich im wesentlichen über die axiale Länge schraubenlinienförmig umlaufenden Strömungskanal ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenförmigen Verformungen (15, 16) Kammflächen (14, 17) aufweisen, die einer gegenüberliegenden Innen-/Außenumfangsflache zumindest nach Art einer Spielpassung angenähert sind und daß Innen- und Außenrohr (12, 13) durch axiale und/oder schraubenlinienförmige Relativbewegung voneinander trennbar sind.

2. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (12) und das Außenrohr (13) jeweils rippenartige Verformungen (15, 16) aufweisen, die neben dem wenigstens einem Strömungskanal (18, 18', 18'', 18¹'¹) jeweils eine parallel verlaufende, flächige sowie aus aufeinanderstoßenden Kammflachen (14, 17) zusammengesetzte Dichtzone ausbilden und daß die Dichtzonen von Innen- und Außenrohr (12, 13) nach einer Relativbewegung der Rohre (12, 13) um mindestens die axiale Erstreckung der Dichtzonen in jeweils gegenüberliegende, den Strömungskanal (18, 18', 18'', 18¹¹¹) bildende Bereiche (19, 20) frei bewegbar eintauchen.

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3. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Verformungen (15, 16) mindestens einen im wesentlichen rechteckförmigen Strömungskanal (18) ausbilden.

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4. Wärmetauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Innen- und Außenrohr (12, 13) bestehende Rohranordnung mit einem inneren und mit einem äußeren Hüllrohr (21, 22, 27, 28) versehen ist.

5. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und/oder äußere Hüllrohr (27, 28) Profilierungen aufweist, die eine Erhöhung des Turbulenzgra-

10 des bewirken.

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6. Wärmetauscherrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Innen- und Außenrohr (12, 13) mehrere durch rippenartige Verformungen (15, 16) gebildet, im wesentlichen getrennte Strömungskanäle (18*, 18'', 18'¹') angeordnet sind.

7. Wärmetauscherrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenrohr (12, 13) Markierungen aufweisen, die eine präzise gegenseitige Zuordnung der Rohre (12, 13) sichern.

8. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche gegenseitige Zuordnung durch eine in Innen- und Außenrohr (12, 13) angeordnete Sickung (30, 31) erfolgt.