Wärmeaustanseher mit einem Bündel paralleler Rohre. Die Erfindung bezieht sieh auf einen Wärmcaustauseher mit einem* Bündel par alleler Rohre, die auf der Aussenseite vom einen Wärmet-räger zum grösseren Teil im Längsstrom bestrichen werden.
Die Erfin dung ist dadurch gekennzeichnet, dass min destens eine Gruppe von Rohren mindestens am einen Ende derart über die übrigen Rohre hinaus verlängert ist und so in einen geson derten Rohrboäen mündet, dass zwischen dem Rohrboden der verlängerten Rohre und dem Rohrboden der nicht verlängerten Rohre min destens ein Teil #d#es für den Längs-strom be stimmten Wärmeträgers seitlich zwiselien die Rohre der verlängerten Gruppe. eintreten bezw. aus dieser austreten kann.
An jeden Ro4,r #boden. kann eine geson- derte Kammer zur Zu- bezw. Abführung des die Rohre durchströmenden Wärmeträgers an geschlossen sein. Jede Kammer bezw. eine Gruppe von Kammern kann an eine Zu- bezw, Abfülirungsleitung angeschlossen sein.
Es kann auch. mindestens eine Kamm-er an mindestenseine weitere Kammer angeschlos- sen sein, welch letztere mit einer Zu- bezw. Abführungsleitung verbunden ist.
.. Die Erfindung ist nachstehend an Iländ der Zeichnung an Beispielen näher erläutert. Fig. <B>1</B> zeigt einen Wä-rmeaustausclier bekann ter Bauart. In den Fig. 2 bis<B>9</B> ist<B>je</B> ein Ausführung,sbeispiel des Erfindungsgegen standes zur Darstellung gebracht.
Ein wei- te-res Ausführungsbeispiel ist in Fig. <B>10</B> im Längsschnitt nach Linie X-X der Fig. <B>11</B> und 12, in Fig. <B>11</B> im Q-LLersc'hnitt nach Linie XI-XI der Fig. <B>10</B> und in Fig. 12 im Quer schnitt nach Linie XII-XII nach Fig. <B>10</B> .dargestellt.
Fig. <B>13</B> zeigt einen Längsschnitt, nach Linie XIH-XIII in Fig. M Fig. 14 zeigt einen' Längsschnitt nach Linie XIV-XIV der Fig. <B>11.</B> Fig. <B>15</B> stellt eine Änderungsmöglichkeit des Wärmeaustau- schers, nach Fig. <B>10</B> bis 14 dar. In allen Fi guren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs- zeich,en versehen.
<B>.</B> Bei allen Wärmeaustausehern nach Fig. <B>1</B> bis<B>15</B> wird durch die Leitung<B>1</B> der eine Wärmeträger zugeführt, welcher die Rohre umströmt. Durch die Leitung 2 wird der zweite Wärnieträger, weloher die Rohre durehströmt hat, abgeführt.
Bei den bekannten Wärmeaustauschern nach Fig. <B>1</B> mit einem Bündel eng nebenein ander augeordneter paralleler Rohre werden die in der Mitte des Bündels angeordneten Rohre in geringerem Mass von dem durch die Leitung<B>1</B> zugeführten -V#Tärmeträger bestri chen als die näher am Umfang des. Bündels angeordneten Rohre, weil sieh der Wärme träger in dem durch die Pfeile<B>3</B> angedeute ten Sinn trichterförmig aus dem Verteilkanal 4 in den zwischen den Rohren befindlichen Raum ergiesst.
In einein kegelförmigen Be reich<B>5</B> werden die IEIeizfläahen vom Strom des Wärmeträgers überhaupt nichterfasst, so dass diese Flächen am Wärmeaustauseli gar nicht teilnehmen. Ausserdem entsteht am Um fang des Bündels, beim Eintritt aus der Kam mer 4 ins Röhrbündel ein bedeutender Druck- a'blall, der durch den erhöhten Strömungs widerstand veru-rsacht -wird.
Bei der Durch- strömung des Wärmeträgers wird deshalb eine wesentliche Energiemenge vernichtet. Beim Austritt aus dem Rohrbündel entste hen die gleichen Nachteile noch ein zweites Mal. Der austretende Wärmeträger wird schon früh gegen die- rund um das Bündel herum angeordnete Austrittskammer ab gelenkt, #so dass wieder ein kegeliger Raum<B>im</B> Bündelende entstellt, welcher von der Strö mung gar nicht erfasst wird und deshalb am \Wärmeaustauech unbeteiligt bleibt.
Die geschilderten Nachteile der bekannten Wärmeaustauscher werden bei --den erfin dungsgemässen Beispielen nach Fig. 2 bis<B>15</B> dadurch vermindert, dass mindestens eine Gruppe von Rohren mindestens am einen Ende über die übrigen Rohre hinaus ver längert ist und in einen gesonderten Rohr boden mündet. Auf diese Weise entsteht zwi schen dein Rohrboden der verlängerten Rohre und dem Rohrboden der nicht verlängerten Rohre eine Fläche, durch welche derWärme- träger seitlich zwischen die Rohre der ver längerten Gruppe unabhängig von den nicht verlängerten Rohren eintreten bezw. aus die ser austreten kann.
Es wird niclit nur die Eintrittsfläche für den in den Raum zwischen den Rohren ein strömenden Wärmeträger wesentlich vergrö ssert, sondern auch der am Ende der Rohre -von der Strömung nicht mehr erfasste Lege- lige Raum wesentlich verkleinert. Entspre chend wird dann eine bessereAusnutzung der 'Wä,rmeaustau,se,hfläühen erzielt und gleich zeitig der Strömungswiderstand desWärme- trägers vermindert.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Wärme- austauscher trennt sich der Strom des einen Wärmeträgers an der Stelle<B>6</B> in zwei Teil ströme, welche,durch die Leitungen<B>7</B> und<B>8</B> in die Verteilkammem <B>9</B> und<B>10</B> weiterotrö- men. Die zueinander parallelen Rohre des, Bündels sind in zwei Gruppen<B>11</B> und 12 aufgeteilt. Die Rohre der Gruppe 12 sind gegenüber den Rohren der Gruppe<B>11</B> ver längert. Die erste Gruppe<B>11</B> mündet in einen Rohrboden<B>13</B> und die zweite Gruppe in einen Rohrboden 14.
An den Rührboden<B>13</B> ist die Sammelkammer<B>15</B> und an den Roli-r- boden-14 die"Sammelkammer <B>16</B> angeschlos sen, welche<U>Kammern</U> über die Einzelleitun gen<B>17</B> und<B>18</B> mit der Abführungsleitung 2 in Verbindung stehen. Zwischen dem Rohr bo,den14d,erverlänge,rtenRo,hreunddemRohr- boden13dernichtverlängertenRohrekann.der durch die Leitung<B>8</B> zugeführte N#ärmeträ- ger -unabhängig von den nicht verlängerten Rohren in die Gruppe, der verlängerten Rohre einströmen.
Der von der Strömung nicht erfasste Raum<B>5</B> wird gegenüber dem entspre chenden Raum bei Wärmeaustauschern be kannter Bauart (Fig. <B>1)</B> auf einen geringen Bruchteil vermindert. Weiter wird die Ein tritts- und die Austrittsfläche wesentlich ver grössert, es entstellt ein geringerer Strömungs widerstand, welcher nur einen kleineren Druckabfall verursacht.
Beim Wärmeaustauscher, der in Fig. <B>3</B> gezeigt ist, wird der durch die Leitung<B>1</B> zugeführte Wärmeträger in eine Verteilkam- mer <B>19</B> eingeführt, welche sowohl für den Eintritt in das Rohrbündel<B>11</B> als auch für den Eintritt in das Rohrbündel 12 dient. Auf diese Weise kann noch in vermehrtem Mass der Strömungswiderstand vermindert werden, der Druckabfall wird noch kleiner.
Der Wärmeaustauseher nach Fig. 4 ist ähnlich ausgebildet wie der Wärmeaustau- scher nach Fig. <B>3,</B> allein mit clem Unter schied, dass nur die Sammelkammer<B>15</B> un mittelbar mit der Abfuhrleitung 2 verbunden ist und die Sammelkammer<B>16</B> durch Leitun gen 20 mit der Sammelkammer<B>15</B> in Verbin dung steht. Der aus der Rolirgruppe <B>12</B> aus tretende Wärmeträger durchströmt somit nicht nur die Sammelkammer<B>16,</B> sondern auch die Sammelkammer<B>15,</B> ehe er in die Abfuhrleitung 2 gelangt.
Auch der Wärmeaustauscher nach Fig. <B>5</B> ist ähnlich wie der Wärmeaustauseker nach Fig. <B>3</B> ausgebildet. Bei diesem Wärmeaus- ta,uscher ist die Sammelkammer <B>16</B> ünmittel- bar an die nicht gezeigte Abfuhrleitung 2 angeschlossen.
Die SammelkaTnTner <B>15</B> ist durch die Rohre 20 mit der Sammelkammer <B>16</B> bezw. dem Anschluss an die Alfuhrlei- tung 2 verbunden.
Eine baulich ähnliche Lösung, wie durch die Fig. <B>3</B> bis<B>5</B> dargestellt, zeigt auch die Fig. <B>6.</B> Die Sammelkammer<B>16</B> der Rohr gruppe 12 ist so weit über den Umfang -die ser Rohrgruppe hinaus vergrössert, dass die Überführungsleitungen 20 geradlinig aus der Sammelkammer<B>15</B> in die Sammelkammer<B>16</B> geführt werden können.
Der Wärmeaustauscher -nach Fig. <B>7</B> zeich net sich dadurch aus, dass die Zufuhrleitung <B>1</B> von der Stirnsäte her in die gemeinsame Verteilkammer <B>19</B> der Rohrgruppen<B>11</B> und 12 einmündet. Die Sammelkammern<B>15</B> und 16 sind mittels getrennter Leitungen<B>17</B> und <B>18</B> an die Abfuhrleitung 2 angeschlossen.
Eine weitergehende Aufteilung in ein zelne Gruppen von verschiedener Rohrlänge zeigt der Wärmeaustauscher nach Fig. <B>8.</B> Die Rohre sind hier in drei Gruppen 21, 22 und <B>23</B> aufgeteilt, -die<B>je</B> in einen besonderen Rohrboden 24 einmünden. An jeden Rohr boden. ist eine gesonderte Sammelkammer<B>25</B> angeschlossen, welche Kammern durch die Leitungen<B>27</B> und eine weitere Sammelkam- mer <B>28</B> mit der Abfuhrleitung 2 verbunden Sind.
Eine noch weitergehende Aufteilung in Rohrgruppen zeigt Fig. <B>9.</B> Die Rohre sind hier in eine Anzahl von gleichartigen Grup pen<B>29</B> aufgeteilt, welche in diesem Beispiel <B>je</B> vier Rohre aufweisen sollen. Die ausserhalb der innersten Gruppe befindlichen Gruppen sind ringförmig innerhalb eines zylindrischen Mantels angeordnet. Jeder Ring weist gegen über dem vorangehenden eine grössere Rohr länge auf. Jede der Rohrgruppen<B>29</B> ist über einen Rohrboden<B>30</B> an eine Sammelkammer <B>31</B> angeschlossen, die übe-r separate Verbin dungsleitungen<B>32</B> mit der Überführungs kammer<B>28</B> der Abfuhrleitung 2 verbunden sind.
Der Eintritt des durch die Leitung<B>1</B> zugeführten Wärmeträgers in die zwischeii den Rohren befindlichen Räume wird hier ganz be sonders erleichtert. Zwischen den Rohrböden der einzelnen Gruppenringe ent steht durch die Verlängerung der ei nen RohTgruppe gegenüber der vorangehenden ein Durchströmweg für den die Rohre des verlängerten Grupp'en-ringps umStrömenden Wärmeträger.
Durch die weitgehende Auf teilung in Ringe werden -ström-ungslose Räume innerhalb des Rohrbündels praktisch vollständig vermieden.
Der Austritt aus den Rohrbündeln kann für die Wärmeaustauseher nach r' ig. <B>1</B> big <B>9</B> baulich symmetriseh zum Eintritt ausge führt _werden. Es bleiben alle Teile gleich wie beim Eintritt, allein mit dem Unter schied, dass die Strömungsrichtung umge kehrt ist. Auch beim Austritt werden dann nicht nur die strömungslosen Räume, sondern auch der Strömungswiderstand und damit der Druckabfall verkleinert.
Der die Rohre umgtrö m-ende Wärmeträger bestreicht die Rohrfläss'heii über den grösseren Teil ihrer Länge im Längsstrom.
Dem in den Fig. <B>10</B> bis 14 dargestellten Wärmeaustauseher strömt der eine, die Rohre umströmende Wärmeträger durch die Leitung<B>1</B> zu, er wird durch die Leitung'33 wieder abgeführt. Der zweite, durch die Rohre strömende Wärmeträger gelangt durch die Leitung 34 in den Wärmeaustauscher und strömt durch die, Leitung 2 wieder fart. Das RoErbünde.1 ist in zweierlei Grup pen<B>11</B> und 12 aufgeteilt, von denen die Rohre der Gruppe 12 über die Rohre der Gruppen<B>11</B> hinaus verlängert sind.
Die Rohre der Gruppen<B>11</B> münden einerseits in Rohrböden<B>13,</B> anderseits in Rohrböden <B>35,</B> während die Rohre der Gruppe 12 auf der einen Seite in den Rolirboden 14 und auf der ande-rn Seite in den Rohrboden<B>36</B> einmün den. Die Rohrböden<B>35</B> bilden einen Teil der Verteilkammern- <B>38</B> und die Rohrböden <B>13</B> einen Teil der Saminelkammern <B>15.</B> Der Rohrboden<B>36</B> ist an die Verteilka-miner <B>37</B> und der Rahrboden 14 an die Sammelkammer <B>16</B> angeschlossen.
Aus der Verteilkammer <B>37</B> gelangt ein Teil 4es,die Rohre durchströmen den Wärmeträgars durch die Rohre<B>39</B> in die Verteilkaminern <B>38</B> und aus den Sammel- kaminern <B>15</B> durssh'die Rohre 20 in die Sam- melkammar <B>16,</B> während ein anderer Teil unmittelbar durchdie verlängerten Rohre in die Sammelkammer<B>16</B> strömt.
Der durch die Leitung<B>1</B> zugeführte WIrm,eträger gelangt zum einen Teil im Sinn der Pfeile<B>3</B> und zum andern Teil durch die Leitungen 40 in den zwischen den Rohren befindlichen Raum. Auf der gegenüberlie genden Seite des Wärmeaustauechers strömt dieser Wärmeträger zum einen Teil im Sinn der Pfeile 41 und zum andern Teil durch die Leitungen 42 aus dem Rohrbündel in den Saminefrauin 43 und aus diesem in die Lei tung<B>33.</B> Die hierbei von der Strömung nicht erfassten Räume<B>5</B> und 44 werden auf einen Mindestwert verkleinert.
Der Vorteil des WärmeaustauscUers nach den Fig. <B>10</B> bis<B>-</B> 14 besteht darin, dass die Verteilkammer <B>19</B> und die Sammelkamm 43 relativ wenig über den Durchmesser des gesamten-Rohrbündels hinaus aus-faden müssen.
Anstatt Verbindungsleitungen 40 und 42 zur seitlichen Einführung des einen Wärme trägers in die zwischen- den Rohren befind- liehen Räume zu verwenden, kann der Ring raum<B>19</B> bezw. 43 (Fig.- <B>15)</B> auch eine kege- lige Verlängerung 45 besitzen, durch welche ein Teil des einen Wärmeträgers seitlich in die zwischen die Rohre des. Bündels befind- liehen Räume eingeführt wird.
Wärmeaustauscher nach der Erfindung können sowohl für gasförmige als auch- für flüssige Wärmeträger verwendet werden. lEerbei kann auch der eine Wärmeträger flüssig und der andere gasförmig sein.
In welcher Richtung die Wärme durch die Rolirwand übertragen wird, ist für die Er findung bedeutungslos. Wärineaustauscher nach der Erfindung können für alle mög lichen Heiz- und Kühlzwecke verwendet wer den. Ganz-besonders eignen sie sieh für Gas- turbinenanlagen, wo auf möglichst geringen Druckabfall und möglichst vollständige Wärmeübertragung grosses Gewicht gelegt wird.
Die Rohre der nicht verlängerten Gruppe besitzen gegenüber den verlängertenRoli- ren bei gleichem Durchmesser einen geringe ren Strömungswiderstand. Demzufolge wird sich in diesen Rohreneine höhere Geschwin- digkerit einstellen, wenn nicht der Strömungs widerstand in den Zuführungskanälen der kürzeren Rohre den Gesaintwiderstand so weit erhöht, dass er gleich gross ist wie der Widerstand der verlängerten Rohre.
In ge- -wissen Fällen könnte es sogar von Vorteil sein, in den- nicht verlängerten Rohren und hauptsächlich in ihren Zuführungskanälen eine erhöhte Geschwindigkeit einzuhalten, um die Wärmeentnahme aus diesen Rohren zu erhöhen. Anstatt nur einen Teil des für den Längsstrom bestimmten Wärineträgers zwi- sehen dem Rohrboden der verlängerten Rohre und dem Rohrboden der nicht verlängerten Rohre eintreten zu lassen, kann auch die ge samte Menge des Wärmeträgers auf diesem Weg in den die Rohre umgebenden Rauin eingeführt werden.