DE3925795A1

DE3925795A1 - Heat exchanger with spiral coils - which guided first medium while second medium flows through pipes forming spirals

Info

Publication number: DE3925795A1
Application number: DE19893925795
Authority: DE
Inventors: Walter Englmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1991-02-07

Abstract

The heat exchanger has a cylindrical housing (12) with a tangential inlet (16) and a central axial outlet (20) for the first medium (18). The second medium (38) flows through pipes (32) which are formed into flat spiral coils. The spirals are formed with a radial gap between successive coils and are placed one above the other with a gap between adjacent spirals. The inner end of each spiral is connected to a common inlet pipe (34) and the outer end of each spiral is connected to a common outlet pipe. The spiral coils (32) direct the flow of the first medium through the housing so that no other guiding elements are needed. USE - Heat exchangers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralrohr-Wärmetauscher mit einem zylindrischen Behälter, der an seinem Außenmantel einen Ein strömkanal und in seiner Mitte einen axialen Ausströmkanal für ein erstes Medium aufweist und axial mit Abstand übereinander angeordnete Spiralkanäle mit durch je ein Sammelrohr verbunde nen Einlaß- und Auslaßöffnungen für ein zweites Medium auf nimmt.The invention relates to a spiral tube heat exchanger with a cylindrical container that has an on its outer jacket flow channel and in the middle of an axial outflow channel for has a first medium and axially at a distance from one another arranged spiral channels with each connected by a manifold NEN inlet and outlet openings for a second medium takes.

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE-OS 26 15 977 be kannt. Dabei ist zwischen die als Rohre ausgebildeten Spiralka näle eine ebenfalls spiralförmige Trennwand hineingewunden, die sich zwischen den beiden Stirnwänden des zylindrischen Behäl ters erstreckt und auf diese Weise spiralförmige Kanäle zwi schen den Spiralrohren bzw. den Stirnwänden begrenzt. Ausgehend von dem radial in den Behälter mündenden Einströmkanal wird das erste Medium durch diese Kanäle hindurchgedrückt und dabei in einem engen Kontakt mit den rohrförmigen Spiralkanälen gehal ten. In die Trennwand sind Löcher eingearbeitet, die Oberström öffnungen für das erste Medium bilden, so daß dieses innerhalb der Spirale einen verkürzten Fließweg vom Einströmkanal zum Aus strömkanal durchlaufen kann.Such a heat exchanger is from DE-OS 26 15 977 be knows. There is between the Spiralka designed as tubes also wound a spiral partition, which between the two end walls of the cylindrical container ters extends and in this way spiral channels between limited the spiral tubes or the end walls. Outgoing from the inflow channel opening radially into the container first medium pushed through these channels and thereby in close contact with the tubular spiral channels Holes are made in the partition, the upper currents Form openings for the first medium so that it is within the spiral has a shortened flow path from the inflow channel to the out can flow channel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmetauscher der eingangs umrissenen Bauart zur Verfügung zu stellen, bei dem die Strömung des ersten Mediums von mechanischen Mitteln un beeinflußt ist, so daß es hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit und Volumenstrom jederzeit optimal an die Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.The invention has for its object a heat exchanger to provide the type outlined at the beginning, at which the flow of the first medium of mechanical means un is affected so that it is in terms of flow rate and volume flow optimally to the operating conditions at all times can be adjusted.

Bei dem gattungsgemäßen Gegenstrom-Wärmetauscher wird diese Auf gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einströmkanal im wesentlichen tangential in den zylindrischen Behälter mündet und daß die Spiralkanäle für die freie Durchströmung des ersten Mediums ohne Führungselemente in dem Behälter angeordnet sind.In the generic counterflow heat exchanger, this is open according to the invention solved in that the inflow channel in essentially tangentially opens into the cylindrical container and that the spiral channels for the free flow of the first Medium are arranged without guide elements in the container.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der tangen tiale Einströmkanal ein Organ zur Drosselung des Durchströmquer schnittes auf.In an advantageous development of the invention, the tang tial inflow channel an organ for throttling the flow cross cut open.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmetauschern, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Mediums eine Funktion des Massevolumens je Zeiteinheit ist, entspricht bei dem Wärmeaus tauscher gemäß der Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit dem Produkt aus Massevolumen und Einströmdruck. Bei einem hohen Druck am Einströmkanal sind die Einström- und Wandreibungsverlu ste verhältnismäßig groß, so daß das erste Medium in einer fla chen Spirale ähnlich wie in einem Zyklon vom Einströmkanal zum zentrisch angeordneten Ausströmkanal fließt. Umgekehrt strömt das Medium bei einem niedrigen Druck am Einströmkanal in einer steilen Spirale zum Ausströmkanal, so daß der Wärmetauscher nach Art eines Querströmers arbeitet.In contrast to conventional heat exchangers, in which the Flow rate of the first medium a function of Mass volume per unit of time corresponds to the heat output exchanger according to the invention the flow rate Product of mass volume and inflow pressure. At a high Pressure at the inflow channel is the inflow and wall friction loss ste relatively large, so that the first medium in a fla Chen spiral similar to a cyclone from the inflow channel to the centrally arranged outflow channel flows. Conversely flows the medium at a low pressure at the inflow channel in one steep spiral to the outflow channel, so that the heat exchanger works like a crossflow.

Durch eine Änderung des Druckes am Einströmkanal können stufen los während des Betriebes alle gewünschten Zwischenstadien ge wählt werden. Bei hohem Druck sind dabei die Umströmung der Spiralkanäle sehr intensiv und der Wärmeübergangskoeffizient sehr groß. By changing the pressure at the inflow channel, steps can be taken go during operation all desired intermediate stages be chosen. At high pressure, the flow around the Spiral channels very intense and the heat transfer coefficient very large.

Alternativ kann der Druck am Einströmkanal auch durch fest angebaute Düsen o. dgl. vorgegeben werden.Alternatively, the pressure at the inflow channel can also be fixed attached nozzles or the like can be specified.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der Behälter an seinem Umfang mehrere Einströmkanäle.According to a further feature of the invention, the container is on its circumference several inflow channels.

Die Spiralkanäle können als Rohre ausgebildet sein oder aus je weils zwei fest miteinander verbundenen Platten bestehen, in die Spiralnuten eingearbeitet sind.The spiral channels can be designed as tubes or from each because there are two firmly connected plates, in the spiral grooves are incorporated.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel er läutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.The invention is in one embodiment he refines, which is shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die schematische Draufsicht auf einen Wärmetauscher ge mäß der Erfindung und Fig. 1 shows the schematic plan view of a heat exchanger ge according to the invention and

Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene II-II der Fig. 1. Fig. 2 shows a cross section in the plane II-II in FIG. 1.

Der in den Figuren gezeigte Wärmetauscher hat einen zylindri schen Behälter 10 mit einem Außenmantel 12 und zwei flachen Stirnwänden 14. Tangential in den Behälter 10 mündet ein Ein strömkanal 16 für das erste Medium 18. In der Mitte des Behäl ters 10 ist ein axial gerichteter, rohrförmiger Ausströmkanal 20 mit einer Einströmöffnung 22 innerhalb des Behälters 10 und einer Ausströmöffnung 24 außerhalb des Behälters angeordnet.The heat exchanger shown in the figures has a cylindri's container 10 with an outer jacket 12 and two flat end walls 14th A flow channel 16 opens tangentially into the container 10 for the first medium 18 . In the middle of the container 10 , an axially directed, tubular outflow channel 20 is arranged with an inflow opening 22 inside the container 10 and an outflow opening 24 outside the container.

Am Übergang des Einströmkanals 16 in den Behälter 10 ist ein Drosselschieber 26 vorgesehen, der über ein Zahnradgetriebe 28 und einer Einstellachse 30 von außen eingestellt werden kann, um den Durchströmquerschnitt zu verkleinern oder zu vergrößern. At the transition of the inflow channel 16 into the container 10 , a throttle slide 26 is provided, which can be adjusted from the outside via a gearwheel gear 28 and an adjustment axis 30 in order to reduce or enlarge the flow cross section.

Für das zweite Medium 38 sind Spiralrohre 32 vorgesehen, die zwischen zwei Begrenzungsplatten 40 axial mit Abstand übereinan der angeordnet sind. Die Einlaßöffnungen der Spiralrohre 32 sind durch ein Sammelrohr 34 miteinander verbunden, das sich in der Nähe des Ausströmkanals 20 für das erste Medium befindet, während die Auslaßöffnungen durch ein Sammelrohr 36 miteinander verbunden sind, das sich im radial äußeren Bereich des Behäl ters 10 befindet. Beide Sammelrohre 34 und 36 erstrecken sich in axialer Richtung und sind durch die untere Stirnwand 14 des Behälters 10 nach außen geführt.For the second medium 38 spiral tubes 32 are provided, which are arranged axially at a distance from one another between two boundary plates 40 . The inlet openings of the spiral tubes 32 are connected to one another by a collecting pipe 34 , which is located in the vicinity of the outflow channel 20 for the first medium, while the outlet openings are connected to one another by a collecting pipe 36 , which is located in the radially outer region of the container 10 . Both manifolds 34 and 36 extend in the axial direction and are guided through the lower end wall 14 of the container 10 to the outside.

Wenn das erste Medium 18 durch den tangentialen Einströmkanal 16 in den Behälter 10 gelangt, wird es je nach dem an dieser Stelle herrschenden Druck und damit der davon abhängigen Ein strömgeschwindigkeit in eine mehr oder weniger schnelle, spiral förmige Drehung versetzt, so daß es in einer mehr oder weniger flachen Spirale zum Ausströmkanal 20 gelangt. Durch Änderung des Druckes im Einströmkanal 16, beim Ausführungsbeispiel durch Verstellen des Drosselschiebers 26, werden der Durchflußwider stand und damit die Strömungsgeschwindigkeit und der Volumen strom stufenlos dem jeweiligen Erfordernis angepaßt. Bei einem hohen Druck strömt das erste Medium 18 von der Außenwand 12 des Behälters 10 in einer flachen Spirale zum Ausströmkanal 20; der Wärmetauscher arbeitet dabei nach Art eines Gegenströmers. Umge kehrt fließt das erste Medium bei einem geringen Einströmdruck in einer steilen Spirale nach Art eines Querströmers fast ra dial zu dem Ausströmkanal 20.When the first medium 18 passes through the tangential inflow channel 16 in the container 10 , it is depending on the prevailing pressure at this point and thus the dependent A flow rate in a more or less rapid, spiral-shaped rotation, so that it is in a more or less flat spiral reaches the outflow channel 20 . By changing the pressure in the inflow channel 16 , in the embodiment by adjusting the throttle slide 26 , the flow resistance was and thus the flow rate and the volume flow are continuously adapted to the respective requirement. At a high pressure, the first medium 18 flows from the outer wall 12 of the container 10 in a flat spiral to the outflow channel 20 ; the heat exchanger works in the manner of a counterflow. Conversely, the first medium flows at a low inflow pressure in a steep spiral in the manner of a crossflow almost ra dial to the outflow channel 20 .

Der Wärmetauscher ist aufgrund seiner Bauweise für die thermi sche Selbstreinigung geeignet. Nach Absperren des Zulaufs in die Spiralrohre 32 und Austreibung des Kühlmediums 38 durch Dampfdruck ist durch das erste, heiße Medium 18 eine Erhitzung des Wärmetauschers auf eine solche Temperatur möglich, bei der Teer- und Rußablagerungen abgebrannt werden. Due to its design, the heat exchanger is suitable for thermal self-cleaning. After the inlet in the spiral pipes 32 has been shut off and the cooling medium 38 has been expelled by vapor pressure, the first, hot medium 18 enables the heat exchanger to be heated to a temperature at which tar and soot deposits are burned off.

Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung eignet sich beispielswei se für Fernheizungen mit den Medien Heißdampf und Wasser, als Kühlwasserwärmetauscher für Turbinen und Verbrennungsmotoren oder als Abgaswärmetauscher für Verbrennungsmotoren.The heat exchanger according to the invention is suitable for example se for district heating with the media superheated steam and water, as Cooling water heat exchanger for turbines and internal combustion engines or as an exhaust gas heat exchanger for internal combustion engines.

Claims

1. Spiral tube heat exchanger with a cylindrical container, which has an inflow channel on its outer jacket and in its middle has an axial outflow channel for a first medium and axially spaced spiral channels with inlet and outlet openings for a second medium connected by a collecting tube records, characterized in that the inflow channel ( 16 ) opens tangentially into the cylindrical container ( 10 ) and that the spiral channels for the free flow of the first medium ( 18 ) are arranged without guide elements te in the container ( 10 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tangential inflow channel ( 16 ) has an organ ( 26 ) for throttling the flow cross-section.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the container ( 10 ) has a plurality of inflow channels ( 16 ) on its circumference.

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral channels ( 32 ) each consist of two fixed plates, are incorporated into the spiral grooves.