DE3001667A1

DE3001667A1 - Verfahren zum regeln eines nach dem waermerohrprinzip arbeitenden waermetauschers

Info

Publication number: DE3001667A1
Application number: DE19803001667
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Peter 3004 Isernhagen Rohner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1981-07-23

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip arbeitenden Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip arbeitenden Wärmetauschers, welcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches so geformt ist, daß es mehrfach Heiz- und Kühlzonen durchläuft und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist.

Aus der DE-OS 2 7 48 339 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches über seine Länge so geformt ist, daß es mehrmals Heiz- und Kühlzonen durchläuft. Der Vorteil dieser bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß eine Vielzahl von Wärmerohrenvorhanden ist, obwohl das Konfektionieren des Wärmerohres nur an einer Rohrlänge vorgenommen wurde.

In Wärmetauscheranlagen besteht mitunter Interesse, einen Wärmetauscher nur in einem bestimmten Temperaturbereich wirksam arbeiten zu lassen. Dies kann zum Beispiel bei chemischen Prozessen der Fall sein, bei denen oberhalb und/oder unterhalb einer bestimmten Temperatur uner-

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wünschte Reaktionen ablaufen. Bei Überschreiten einer
bestimmten Temperatur kann es auch zu einem Ansteigen des Druckes innerhalb des Wärmetauscherrohres kommen, für den der Wärmetauscher nicht ausgelegt ist.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dein es möglich ist, einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art zu regeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung den dem Wärmetausch dienenden Windungen bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur das flüssige Arbeitsmedium entzogen und außerhalb der am Wärmetausch
teilnehmenden Windungen gespeichert wird und/oder bei
Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur die dem
Wärmetausch dienenden Windungen aus einem außerhalb.des Wärmetauschbereichs gelegenen Reservoir vollständig gefüllt ticrden. Bei Überschreiten einer bestimmten oberen Temperatur trocknet also der Wärmetauscher aus, während bei Unterschreiten einer unteren Temperatur derselbe voll mit Flüssigkeit gefüllt wird. In beiden Fällen ist das

Wärmerohr nicht mehr funktionsfähig und somit der Tauscher nicht mehr aktiv. Die obere Grenztemperatur kann zum Beispiel dadurch vorgegeben sein, daß man den Innendruck in einem Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art aus Sicherheitsgründen auf einen bestimmten Druck begrenzen will.

Dieser (Dampf-) Druck gehört zu einer bestimmten Temperatur, die dann nicht überschritten werden darf. Kommen im gesamten System jedoch höhere Temperaturen vor, so
könnte bei einer Betriebsstörung der Wärmetauscher über die beabsichtigte Temperatur erwärmt werden. Um zu verhindern, daß dann der Druck im Wärmerohr über einen bestimmten Wert ansteigt, wird den am Wärmetausch teilnehmenden Windungen das flüssige Arbeitsmedium entzogen.
Das Ausschalten des Wärmetauschers bei einer unteren Temperatur geschieht dadurch, daß aus einem Reservoir zusätzliehe Arbeitsflüssigkeit bei Unterschreiten der unteren

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Grenztemperatur in das Wärmerohr abfließt und dieses vollständig füllt. Das Volumen des Reservebehälters ist so bemessen, daß die darin gespeicherte Flüssigkeit zur vollständigen Füllung des Wärmerohres ausreicht. Die gefüllten Wärmerohrwindungen arbeiten dann nicht mehr als Wärmerohr und der Wärmetauscher ist unwirksam.

Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Vorrichtung als besonders wirksam erwiesen, bei welcher ein Teil der Windungen außerhalb des Warmetauschberexches in ein Bad eintaucht, welches die obere Grenztemperatur hat. Wird nun der übrige Bereich des Wärmetauschers über die obere Grenztemperatur erhitzt, so kondensiert in dem in das Bad eintauchenden Teil der Windungen die Arbeitsflüssigkeit. Das Volumen der in das Bad eintauchenden Windungen ist so bemessen, daß die gesamte Menge der Arbeitsflüssigkeit dort kondensieren kann. Das übrige Wärmerohr ist dann trocken und hat genau den Dampfdruck der Flüssigkeit bei der oberen Grenztemperatur. So kann man beispielsweise Freone als Arbeitsmittel mit einem Wasserbad regeln, Wasser als Arbeitsmittel durch ein Ölbad usw.. Zur Begrenzung des Arbeitsbereiches nach unten ist an ein Ende des Wärmerohres ein Behälter angeschlossen, dessen Volumen dem Volumen der Windungen im Wärmetauschbereich entspricht und der bei einer Wärmetauschertemperatur oberhalb der unteren Grenztemperatur mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist und es sind Mittel vorgesehen, das Arbeitsmedium in dem Behälter auf der unteren Grenztemperatur zu halten. Mit besonderem Vorteil taucht der Behälter in ein Bad mit der unteren Grenztemperatur ein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Behälter elektrisch zu beheizen.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Wärmetauscher, die oberhalb einer

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bestimmten Grenztemperatur unwirksam werden, während die Figur 3 einen Wärmetauscher zeigt, der unterhalb einer bestimmten Grenztemperatur unwirksam wird.

Mit 1 ist ein Metallrohr bezeichnet, welches zum Beispiel meanderförmig gewickelt ist. Das Metallrohr 1 ist aus einem längseinlaufenden Metallband, vorzugsweise aus Kupfer oder Edelstahl mit einer Wanddicke von ca. 0,3 mm durch Längsnahtschweißen hergestellt. Unmittelbar nach dem Schweißen ist das Metallrohr 1 gewellt, so daß es, wie in den Figuren dargestellt, sehr leicht mäanderartig oder wendelförmig gewickelt werden kann. Das mäanderartig geformte Wellrohr 1 ist innerhalb eines Gehäuses 2 angeordnet, welches eine Trennwand 3 aufweist. Die Trennwand schafft zwei Strömungskanäle 4 und 5,durch welche die am Wärme tausch beteiligten Medien hindurchgeleitet werden. Das abzukühlende Medium durchströmt dabei den Kanal 5, während das zu erwärmende Medium den Kanal 4, vorzugsweise in Gegenrichtung zum Medium im Kanal 5 durchströmt. Ein Teil des als Wärmerohr ausgebildeten Metallwellrohres ist aus dem Gehäuse 2 herausgeführt (s. Bezugszeichen 6) und taucht in ein Bad 7 ein, welches temperaturgeregelt ist.

Strömt nun ein warmes Medium durch den Kanal 5 und ein kälteres Medium durch den Kanal 4, so siedet das Arbeitsmittel 8 und strömt in Dampfform in den Teil der Windüngen, der in den Kanal 4 hineinragt. Dort kondensiert das Arbeitsmittel an der Innenwandung des Rohres 1 und strömt aufgrund der Schwerkraft in den unteren Bereich der Windungen. Wird nun beispielsweise aufgrund einer Störung die Temperatur im Kanal 4 über die Temperatur des Bades 7 erhöht, trocknen die am Wärmetausch teilnehmenden Windungen des Wärmerohres 1 aus und das Arbeitsmittel kondensiert im Teil 6 (s. rechte Hälfte der Figur I).

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in der Figur

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dargestd.lt, bei welcher die oberen Bereiche des Wellrohres 1 um 180 abgewinkelt sind und in das Bad 7 eintauchen. Das wärmere'Medium strömt dann an den mit 5 bezeichneten Bereichen, während das kühlere Medium an den mit 4 bezeichneben Bereichen entlangströmt. Der Bereich 6 sollte in jedem Fall so bemessen sein, daß sein Volumen ausreicht, das flüssige Arbeitsmittel 8 zu speichern.

Die Figur 3 zeigt einen Wärmetauscher gemäß der Lehre der Erfindung, der bei Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur unwirksam wird.

An das Wellrohr 1 ist ein Behälter 9 angeschlossen, der in das Bad 7 taucht, welches auf die untere Grenztemperatur geregelt ist. Während des normalen Tauschbetriebes ist der Behälter 9 mit einer solchen Menge an flüssigem Arbeitsmittel 8 gefüllt, die ausreicht, die am Wärmetausch teilnehmenden Windungen vollständig mit Arbeitsmittel 8 auszufüllen. Wird während des Wärmetauschbetriebes die untere Grenztemperatur unterschritten, beginnt das flüssige Arbeitsmittel 8 in dem Behälter 9 zu sieden, strömt aus diesem in die Rohrschlange ein und kondensiert dort und füllt somit, wie in der rechten Hälfte der Figur 3 dargestellt, alle Windungen und macht somit die Wärmerohre unwirksam.

Es versteht sich von selbst, daß beide Ausführungsformen gemäß Figur 1 oder Figur 2 und Figur 3 miteinander kombiniert werden können, so daß ein Wärmetauscher erhalten wird, der nur innerhalb eines einstellbaren Temperaturbereiches arbeitet.

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Claims

Kabel- und Metall werke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1-1727 15.01.80

Patentansprüche

, 1.j Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip —' arbeitenden Wärmetauschers, v/elcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches so geformt ist, daß es mehrfach Heiz- und Kühlzonen durchläuft und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet. daß den dem Wärmatausch dienenden Windungen bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur das flüssige Arbeitsmedium entzogen und außerhalb der am Wärmetausch teilnehmenden Windungen gespeichert wird und/oder bei Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur die dem Wärmetausch dienenden Windungen aus einem außerhalb des Wärmetauschbereiches gelegenen Reservoir vollständig gefüllt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (6) der Windungen außerhalb des Wärmetauschbereiches in ein Bad (7) eintaucht, welches die obere Grenztemperatur hat.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ein Ende des Wärmerohres (1) ein Behälter (9) angeschlossen ist, dessen Volumen dem Volumen der Windungen im Wärmetauschbereich entspricht und während des Viärmetauschbetrxebes vollständig mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist und auf der unteren Grenztemperatur gehalten ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (9) in ein Bad (7) mit der unteren Grenztemperatur eintaucht.

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