DE2300881A1

DE2300881A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2300881A1
Application number: DE2300881A
Authority: DE
Inventors: Raymond Sigurd Slaasted; Edward Donald Smith
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-01-09
Publication date: 1973-09-06
Also published as: US3782454A; FR2173260B1; FR2173260A1; GB1404058A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

D1PL.-ING. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

SAHO 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

<983921/22>

MODIKE MAHUS¹ACUTRIIiG COMPAIY

I5OO DeKoven Avenue, Racine, Wisconsin, Y.St.A.

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher und zwar einen Wärmeaustauscher, bei dem Flüssigkeit durch beabstandete Rohre geleitet wird, um mit einem über die Rohre strömenden Fluid Wärme auszutauschen. Besondere Verwendung findet die Erfindung für Kühlmittelverdampfer, weil sie eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit durch die parallelen Rohre liefert und diese gleichmäßige Verteilung für eine wirksame Abkühlung durch Verdampfung des flüssigen Kühlmittels wichtig ist.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher v/eist eine Endplatte auf und mehrere Rohre, deren Enden durch die Endplatte vagen, sowie einen Einlaßtank mit kleinen Abmessungen, der an der

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ORlGtNALiNSPECTED

Endplatte befestigt ist und einige (etwa ein bis vier) Rohrenden umschließt, so daß die diesem kleinen Einlaßtank zugeführte Flüssigkeit einer Turbulenz unterworfen und gleichmäßig auf die Rohre verteilt wird, um in parallelen Wegen durch die übrigen Rohre des Wärmeaustauschers zu fließen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf die Oberseite des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers j

Pig. 2 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers der Pig. I mit Blick auf die rechte Seite dieser Pigur;

Pig. 3 eine Seitenansicht auf die untere Seite der Pig. 1 , teilweise gebrochen;

Pig. 4 und 5 eine Aufsicht bzw. Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung; .

Pig. 6 und 7 eine Aufsicht bzw. Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels;

Pig. 8 und 9 entsprechende Ansichten, einer vierten Ausführungsform;

Pig. 10 und 11 entsprechende Ansichten einer fünften Ausführungsform.

In dem Ausführungsbeispiel der Pig. 1-3 weist der Wärmeaustauscher 10 beabstandete parallele Endplatten 11 und 12 auf, durch die die Enden 13 mehrerer paralleler Rohre 14 ragen. An der oberen Platte 12 sind drei gegeneinander auf Lücke versetzte Einlaßtanks 15 befestigt und jeder Einlaßtank um-

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schließt zwei Rohrenden 13» Diese kleinen Einlaßtanks 15 werden durch eine Rohrleitung 16 mit flüssigem Kühlmittel gespeist. Die Rohrleitung mündet in eine Leitung 17, die sich über aia Oberenden der Tanks 15 erstreckt und mit jedem Tank über "eine Öffnung 18 zwischen den jeweiligen beiden Rohrenden 13 in Verbindung steht. Die Einlaßtanks 15 dienen also dazu, die zufließende !Flüssigkeit, die bei 19 angedeutet ist, unter Turbulenz über die umschlossenen Rohrenden 13 gleichmäßig auf die drei Rohrpaare 14 zu verteilen und damit auf den gesamten Wärmeaustauscher.

Die Flüssigkeit strömt durch die Rohre 14 nach unten zu nicht gezeigten U-Bögen am anderen Ende des Wärmeaustauschers und dann durch Rohre 20 nach oben zurück in einen Tank 21, von dem sie durch eine Auslaßleitung 33 ausfließt, wie dies durch den Pfeil 23 angedeutet ist.

V/ie aus den lig. 2 und 3 ersichtlich, sind die beiden Endplatten 11 und 12 zueinander parallel und die untere Platte

11 ist zwischen Seitenteilen 24 gehaltert, die aus nach unten ragenden parallelen Verlängerungen der Enden der oberen Platte

12 bestehen. Zur Halterung der unteren Platte zwischen diesen Seitenteilen 24 dienen nach innen aufgebogene Rohre 25 und 26, die auf der Innenseite der parallelen Seitenteile 24 abstehen. Diese Art der Befestigung einer Endplatte ist in der US-Patentanmeldung .......1972 des gleichen Anmelders beschriebene

Bei der Konstruktion der Pig. 1-3 dienen die geformten Einlaßtanks 15 dazu, Flüssigkeit gleichmäßig auf die beiden Rohre 14 zu verteilen, deren Enden 13 von dem jeweiligen Tank umschlossen sind. Die darüber angeordnete Leitung 17 hat die Aufgabe, die Flüssigkeit gleichmäßig auf die verschiedenen Ein-

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laßtanks 15 zu verteilen. Resultat dieser Konstruktion ist eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf alle sechs Wärmetauscherrohre 14 und dadurch auf die anderen Rohre 20. Wie schon erwähnt, ist dies besonders bedeutungsvoll, wenn der 7/ärmeaustauscher ein Verdampfer für ein flüssiges Kühlmittel ist, weil die Leistungsfähigkeit eines solchen Wärmeaustauschers teilweise von der gleichmäßigen Verteilung des flüssigen Kühlmittels abhängt.

ig. 4 und 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In diesem und in den folgenden Beispielen sind die Rohre bis auf gestrichelte Andeutungen am Einlaß weggelassen,weil sie praktisch die gleichen sind wie die Rohre 14 und 2o des ersten Beispiels. Bei der zweiten Ausfahrungsform ist die Endplatte 112 mit einem Einlaßtank 115 versehen, der mit zwei Rohren

114 am Ende des V/ärmeaustauschers Ho in Verbindung steht. Auf der Oberseite der Endplatte 112 sind mehrere Strömungstanks 27 vorgesehen, die voneinander beabstandet sind und wie die Tanks 15 des ersten Beispiels die Enden jeweils zweier Rohre (nicht gezeigt) in gleicher Weise umschließen wie die Tanks 15 dies mit den Rohrenden 13 tun. Demzufolge wird die Flüssigkeit aus der Einlaßleitung 116 in den Einlaßtank

115 geleitet, um von dort mit Hilfe der Strömungstanks 27 parallel durch die Rohre 114 und dann parallel durch nachfolgende Rohre zu strömen. An dem zum Einlaßtank 115 entgegengesetzten Ende des Wärmeaustauschers 110 ist ein Auslaßtank 28 vorgesehen, der die Enden der letzten beiden Rohre 29 und 30 in jedem parallelen Satz umschließt und von dem aus das Kühlmittel durch die Auslaßleitung 122 abfließt.

In dem Beispiel der Fig. 6 und 7 ist der Y/ärmeaustaus eher mit einem entsprechenden Einlaßtank 215 versehen, der mit drei parallelen Rohren 214 über ein Einlaß-Anschlußstück 31 mit

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einer turbulenzfördernden Kontur, (abgeflachter Querschnitt) in Verbindung steht, das eine nach unten gerichtete Öffnung 32 etwa zur Mitte des langgestreckten Einlaßtanks 215 hat. Die Zuströmung zum Anschlußstück 31 geht durch die Einlaßleitung 216 und die Abströmung aus dem Wärmeaustauscher geschieht durch eine Auslaßleitung 222, die von einem Auslaßtank 228 an dem entgegengesetzten Ende des Wärmeaustauschers wegführt.

Die Flüssigkeit strömt bei diesem Beispiel in drei parallelen Wegen, wobei die nachfolgenden Rohre (nicht gezeigt) in jedem Weg über die geformten Strömungstanks 227 angeschlossen sind. Jeder solche Strömungstank 227 verbindet die Rohrenden in der gleichen Weise wie die !Tanks 15 die Rohrenden 13 der ersten Ausführungsform verbinden.

In dem Beispiel der I¹Ig. 8 und 9 ist der Wärmeaustauscher mit einer Einlaßleitung 316 für die Flüssigkeit versehen, die zu einem Einlaßtank 315 führt, der an der Endplatte 312 befestigt ist. Diese Platte entspricht den Platten 12, 112 und 212 der vorausgehenden Beispiele. Der Einlaßtank 315 steht mit zwei Rohren 314 von ovalem Querschnitt in Verbindung, die den Rohren der anderen Beispiele gleichen. Auch beidieser Ausführungsform fließt die Flüssigkeit wie bei den früheren Beispielen mit Hilfe von Strömungstanks 327» die an der Platte 312 befestigt sind, in parallelen Wegen, wobei das letzte Rohrpaar (nicht gezeigt) über einen Auslaßtank 328 an eine Auslaßleitung 322 angeschlossen ist.

Bei dem Beispiel der Fig. 10 und 11 hat der Wärmeaustauscher 4I0 eine gleiche Endplatte 412 und gleiche Strömungstanks 427, die aufeinanderfolgende Rohre in zwei parallelen Wegen * in der oben beschriebenen Weise verbinden. Weiter ist jedoch

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ein Einlaßtank 415 etwa von ähnlicher Form wie "bei dem vorausgehenden Beispiel und ein Auslaßtank 428 vorgesehen, die mit einer Einlaßleitung 416 bzw. einer Auslaßleitung 422 verbunden sind.

Bei jedem Beispiel sind die verschiedenen Tanks an den Platten mit Hilfe von kleinen Eohren 33 angefügt, die dann mit Hilfe bekannter Verbindungsmöglichkeiten zu einer einheitlichen Struktur vereinigt sind.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher liefert eine gleichmäßige Verteilung einer Flüssigkeit auf parallele Strömungswege und dies ist besonders wichtig für die Zuführung eines flüssigen Kühlmittels zu einem Verdampfer. Beim Beispiel der Fig. 1-3 fließt die Flüssigkeit durch sechs Rohre 14 parallel und strömt durch sechs Rohre 2o ab. Bei den anderen Beispielen geht die Störmung in zwei oder drei parallelen Wegen vor sich, wobei zwei Wege in Fig. 4» 8 und 10 vorgesehen sind und drei in Fig. 6. In jedem Fall ist jedoch die Strömung praktisch gleichmäßig, wofür die erfindungsgemäß verbesserte Verteilung sorgt.

In allen Ausführungsformen ist die Einlaßleitung 16 - 416 unter einem Winkel von weniger als 180° zu den Achsen der Einlaßrohre, die in den Einlaßtanks 15 - 415 eingeschlossen sin#, angeordnet. In den Fig. 1, 6, 8 und 10 beträgt dieser Winkel 90°, in Fig. 5.etwa 135°.

Bei allen Beispielen kommt die gleichmäßige Verteilung der in den Wärmeaustauscher strömenden' Flüssigkeit offensichtlich durch die in der strömenden Flüssigkeit erzeugte Turbulenz zustande. Die gleichmäßige Verteilung wird also durch die Kombination der Kontur (und speziell des eingebeulten Quer-

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Schnitts) der Einlaßtanks 15 - 415 und des Winkels der Suströmung durch die Einlaßleitungen 16 -· 416 relativ au den Sinlaßenden der Rohre 14 - 414 erzielt. Bei jeder Ausführung ist dieser Winkel kleiner als 180°.

Die Erfindung soll nicht durch Details der beschriebenen Beispiele eingeschränkt werden, sondern kann in dem durch die Ansprüche gegebenen Eahmen in breitem Umfang verwirklicht werden.

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Claims

Ansprüche :

( 1 .jWärmeaustauscher., dadurch gekennzeichnet daß eine Endplatte (12 - 412) vorgesehen ist, durch die fluidleitende Rohre (14 - 414) mit ihren Enden (13) treten, daß ferner ein Einlaßtank (15 - 415) mit abgeflachtem Querschnitt an der Endplatte befestigt ist, der mindestens ein Rohrende, aber v/eniger als alle Rohrenden umschließt und zu dem eine Einlaßleitung (16 - 416) unter einem Winkel von weniger als 180° zur Mittelachse der Rohrenden führt, die Flüssigkeit in den Einlaßtank einleitet, welche mit Hilfe des Einlaßtanks auf die von dem Einlaßtank umschlossenen Rohre verteilt wird, wobei der Querschnitt und der Y/inkel eine Turbulenz in der Flüssigkeitsströmung hervorrufen und die Flüssigkeit gleichmäßig auf die Rohrenden verteilen, und daß weitere Strömungstanks (27 - 427) an der Endplatte befestigt sind, die die Enden der übrigen Rohre umschließen, durch die die Flüssigkeit strömt,
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i ohne t., daß an der Endplatte mehrere solche Strömungstanks (27, 327» 427) befestigt sind, die voneinander beabstandet sind, und daß jeder Strömungstank zwei Rohrenden umschließt.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßtank (115» 315, 415) zwei Rohrenden umschließt und die Flüssigkeit in zwei parallelen Wegen durch die Rohre strömt.

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4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Einlaßtank (215) drei Rohrenden umschließt und die Rohre in Dreier-Gruppen für eine parallele Strömung der Flüssigkeit angeordnet sind,,
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Strömungstanks an der Endplatte in Abständen befestigt sind, die jeweils zwei Rohrenden umsehließen, und daß eine Leitung im rechten Winkel zu den Rohren, deren Enden von dem Einlaßtank umschlossen sind, angeordnet ist, die in den Einlaßtank mündet, um Flüssigkeit dem Einlaßtank und dadurch den mit diesem in Verbindung stehenden Rohren zuzuführen.
6_t Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitung mit dem Einlaßtank an einer mittleren Stelle zwischen den von dem Einlaßtank umschlossenen Rohrenden in Verbindung steht.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zur Mittelachse der Rohrenden etwa 90° beträgt (Fig. 1), 6, 8 10).
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Y/inki
der Rohrenden beträgt (Fig.5).

zeichnet , daß der Y/inkel etwa 135° zur Mittelachse
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßtank (215) mxt einem Anschlußstück (31) von abgeflachtem ovalem Querschnitt an seinem Oberende versehen ist, das etwa parallel zur Oberseite des

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Einlaßtanks verläuft, die Flüssigkeit von der Einlaßleitung (216) aufnimmt und in den Einlaßtank einspeist (U¹Ig. 6 und
10. .Wärme aus tauscher nach Anspruch 9» dadurch g e k e η zeichnet , daß der Auslaß (32) des Ans chlußstüclces e in der Mitte des Einlaßtanks angeordnet ist.

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