Rohrbündelwärmeaustauscher. Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel wärmeaustauscher, bei dem ein die Rohre des Wärmeaustauschers in Längsrichtung um fliessendes Medium in Endkammern im Quer strom zu den Rohren ein- und, austritt.
Zweck der Erfindung ist, einen Rohr bündelwärmeaustauscher zu schaffen, in wel chem eine möglichst gleichmässige Vertei lung des die Längsrohre umströmenden Me diums über den Querschnitt des Rohrbündels bei kleinsten Strömungswiderständen in den Querstromendkammern erfolgt. Das Errei chen kleinster Druckabfälle ist z. B. bei Wärmekraftanlagen mit Rücksicht auf den Gesamtwirkungsgrad besonders wichtig, vor allem bei solchen Wärmekraftanlagen, in denen mindestens der grösste Teil eines gas förmigen Arbeitsmittels einen Kreislauf be schreibt, wobei es in mindestens einem Ver dichter auf höheren Druck gebracht, dann durch äussere Wärmezufuhr erhitzt und hier auf in mindestens einer Turbine unter Lei stungsabgabe nach aussen entspannt wird.
Erreicht wird der Zweck gemäss vorliegen der Erfindung dadurch, dass zwischen minde stens zwei Rohrgruppen, in denen die Rohre angeordnet sind, mindestens ein rohrfreier Raum vorhanden ist, der aber für den Durch fluss des die Rohre umströmenden Mediums im Längsstromteil des Wärmeaustauschers gesperrt ist. Zweckmässig kann dabei der rohrfreie Raum zwischen den Rohrgruppen im Längsstromteil durch einen gasdichten Sperrkörper, der nicht in die Endkammern hineinreicht, ausgefüllt sein.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene beispielsweise Ausführungsfor men des Erfindungsgegenstandes veranschau licht, und zwar zeigt: Fig.1 teilweise einen Längsschnitt und teilweise eine Ansicht einer ersten Ausfüh rungsform, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig.1. Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig.4 teilweise einen Längsschnitt und teilweise eine Ansicht einer zweiten Ausfüh tungsform,
Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V der Fig.4. Fig. 6 einen Schnitt senkrecht zur Längs achse der Rohre einer dritten Ausführungs form und Fig. 7 einen Schnitt senkrecht zur Längs achse des Wärmeaustauschers durch eine der Endkammern einer weiteren Ausführungs form.
Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Wärme- austauscher weist Rohre 1 auf, die in Grup pen A und B angeordnet sind. Das gesamte Bündel von Rohren 1 ist von einem Ge häuse \? umschlossen, das einen zylindrischen Querschnitt hat und zwei Endkammern 3, 4 aufweist. Die Rohrenden . sind in derjenigen Wand der Endkammer 3 bezw. 4 befestigt, welche, in der Längsrichtung der Rohrgrup pen betrachtet, die betreffende Endkammer nach aussen begrenzt. Eine dieser Wände ist in Fig.l mit dem Bezugszeichen 5 belegt.
Die Rohre 1 der Gruppen A und B werden von einem Wärmeaustauschmittel durch strömt, das durch einen Stutzen 6 zu- und einen Stutzen 7 abströmt. Der Endkammer 3 strömt quer zur Längsachse der Rohre 1 ein zweites Wärmeaustauschmedium zu. wel ches bei kleinsten Widerständen möglichst gleichmässig über den Querschnitt der Rohr gruppen A und B zu verteilen ist, damit es dann die Rohre 1 im Längsstromteil des Wärmeaustauschers, das heisst in dem zwi schen den Endkammern 3 und 4 gelegenen Teil möglichst gleichmässig umströmt. Zu diesem Behufe ist zwischen den Rohrgruppen A und B ein rohrfreier Raum 8 vorgesehen.
In den zwischen den Endkammern 3, 4 ge legenen Teil dieses rohrfreien Raumes ist zwischen den Rohrgruppen<I>A</I> und<I>B</I> ein hohler Sperrkörper .10 eingebaut, der das die Rohre 1 umströmende Medium am Durch tritt durch den erwähnten rohrfreien Raum verhindert und nicht bis in die Endkammern 3. 4 hineinreicht.
Die in den Endkammern 3 bezw. 4 befindlichen Teile des rohrfreien Raumes 8 tragen dazu bei. dass das Wärme austauschmedium, welches die Rohre 1 zu umströmen hat, in der Kammer 3 möglichst gleichmässig und bei kleinsten Verlusten über die Querschnitte der Rohrgruppen A und B verteilt und in der Kammer 4 wieder gesam melt wird; der Sperrkörper 10 verhindert seinerseits, dass im Längsstromteil eine "Kurzschlussströmung" in dem rohrfreien Raum zwischen den Gruppen A und B auf treten kann.
Der Sperrkörper kann anstatt hohl, wie gezeigt, auch als voller Körper -ausgebildet sein.
Auch bei der in den Fig. 4 und 5 gezeig ten Ausführungsform sind die Rohre 11 des Wärmeaustauschers in zwei Gruppen C und D angeordnet, von denen jede auf dem gröss ten Teil ihrer Länge von einer Hüllwand 14 bezw. 15 umschlossen ist. 13 bezeichnet die Endkammer, welcher das Wärmeaustausch medium zufliesst, das die Rohre 11 zu um strömen hat.
Die Hüllwände 14 und 15 rei chen nicht bis zu den Endplatten 24 des Wärmeaustauschers. Der rohrfreie Raum 12, welcher zwischen den Hüllwänden 14, 15 der Rohrgruppen C und D vorhanden ist, und der ringförmige rohrfreie Raum 9 ausserhalb derselben sind durch eine gasdichte Quer wand 16 unterteilt, so dass das der Endkam- mer 13 als Querstrom zufliessende Wärme austauschmedium gezwungen ist, die Zwi schenräume zu durchströmen, welche zwi schen den Hüllwänden 14, 15 und den Roh ren 11 der Gruppen<I>C, D</I> vorhanden sind.
Die beschriebene Bauart gewährleistet, dass die Rohre 11 im Längsstronmteil der Gruppen <I>C, D</I> in der angestrebten Weise von dem einen Wärmeaustauschmedium umströmt -erden, und die Querwand 16 verunmöglicht in den rohrfreien Räumen zwischen den Hüll wänden 14, 15 das Auftreten einer "Kurz schlussströmung", welche an den Rohren 11 vorbeigehen würde.
Wie aus den Querschnitte zeigenden Fig. 2, 3 und 5 ersichtlich ist, weist der rohr freie Raum zwischen den Rohrgruppen zweckmässig eine rechteckige Querschnitts- form auf, wobei die längeren Rechteckseiten senkrecht zur Richtung des in die eine End kammer eintretenden Mediums verlaufen.
Falls erforderlich, können im Längsstrom teil des Wärmeaustauschers auch mehrere gasdichte, das Auftreten von Längsströmun gen verhindernde Querwände vorgesehen sein.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Endkammer eines Wärmeaustauschers von kreisförmigem Querschnitt und mit drei Rohrgruppen E, F und G, von denen jede eine gasdichte Hüllwand 17 bezw. 18, 19 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ver engen sich die rohrfreien Zwischenräume 20 zwischen den Hüllwänden 17, 18, 19 der Gruppen E bezw. F, G in radialer Richtung von aussen nach der Mitte hin.
Fig. 7 zeigt schliesslich einen Querschnitt durch eine der Endkammern eines Wärme- austauschers, der im Längsstromteil auch von kreisförmigem Querschnitt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Rohre in fünf Gruppen<I>H, J,</I> K, <I>L</I> und M angeordnet, von denen jede eine gasdichte Hüllwand 21 auf weist.
Das Endkammergehäuse 22 am Ein tritt des die Rohre des Wärmeaustauschers umströmenden Mediums verengt sich spiral förmig, während sich das nicht gezeigte End- kammergehäuse am Austritt dieses Mediums spiralförmig erweitert. Ferner verlaufen in beiden Endkammern die rohrfreien Räume 23 zwischen den Hüllwänden 21 der verschiede nen Rohrgruppen H, <I>J,</I> K, <I>L</I> und M spiral förmig vom äussern Umfang dieser Gruppen nach der Mitte der Endkammern, so dass der Querschnitt der Räume 23 von aussen nach innen abnimmt.
Selbstverständlich sind auch bei den Bau arten nach den Fig. 6 und 7 gasdichte Quer wände vorzusehen, damit im Längsstromteil des Wärmeaustauschers in den rohrfreien Räumen zwischen den Rohrgruppen keine Längsströmungen auftreten können.
Zweckmässig werden die Wärmeaustau- scher so bebaut, dass sich jede Rohrgruppe mitsamt ihrer Hüllwand einzeln ausbauen lässt. Die Hüllwände können auch dazu die- neu, die einzelnen Gruppen zusammenzuhal ten. In Verbindung mit Abstandhaltern an den Rohren können solche Hüllwände ferner verhindern, dass die Rohre im Betrieb und beim Ausbau in Unordnung geraten, beson ders bei in bezug auf ihren Durchmesser langen Rohren.
Der Wärmeaustauscher kann eine belie bige Vielzahl von Rohrgruppen aufweisen und für eine beliebige Lage, in welcher er aufzustellen ist, gebaut werden.
Shell and tube heat exchanger. The invention relates to a tube bundle heat exchanger in which a medium flowing in the longitudinal direction around the tubes of the heat exchanger enters and exits in end chambers in the transverse flow to the tubes.
The purpose of the invention is to create a tube bundle heat exchanger in wel chem a uniform distribution of the medium flowing around the longitudinal tubes occurs over the cross-section of the tube bundle with the smallest flow resistances in the cross-flow end chambers. The attainment of the smallest pressure drops is z. B. particularly important in thermal power plants with regard to the overall efficiency, especially in those thermal power plants in which at least the largest part of a gaseous working fluid writes a cycle, where it is brought to a higher pressure in at least one Ver denser, then heated by external heat supply and here on in at least one turbine with power delivery to the outside is relaxed.
The purpose of the present invention is achieved in that at least one tube-free space is present between at least two tube groups in which the tubes are arranged, but which is blocked for the flow of the medium flowing around the tubes in the longitudinal flow part of the heat exchanger. The tube-free space between the tube groups in the longitudinal flow part can expediently be filled by a gas-tight blocking body which does not extend into the end chambers.
In the accompanying drawings, various exemplary Ausführungsfor men of the subject matter of the invention are illustrated, namely: Fig.1 partially a longitudinal section and partially a view of a first Ausfüh approximate form, Fig. 2 is a cross section along the line II-II of Fig.1. Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of Fig. 1, Fig. 4 partially a longitudinal section and partially a view of a second Ausfüh processing form,
FIG. 5 shows a cross section along the line V-V of FIG. Fig. 6 is a section perpendicular to the longitudinal axis of the tubes of a third embodiment and Fig. 7 is a section perpendicular to the longitudinal axis of the heat exchanger through one of the end chambers of a further embodiment.
The heat exchanger shown in FIGS. 1 to 3 has tubes 1 which are arranged in groups A and B. The entire bundle of tubes 1 is from a housing \? enclosed, which has a cylindrical cross section and two end chambers 3, 4. The pipe ends. are in that wall of the end chamber 3 respectively. 4 attached, which, viewed in the longitudinal direction of the Rohrgrup pen, limits the relevant end chamber to the outside. One of these walls is given the reference number 5 in FIG.
A heat exchange medium flows through the tubes 1 of groups A and B, which flows in through a nozzle 6 and a nozzle 7 flows out. A second heat exchange medium flows to the end chamber 3 transversely to the longitudinal axis of the tubes 1. Which is to be distributed as evenly as possible over the cross section of the tube groups A and B with the smallest resistances, so that it then flows around the tubes 1 in the longitudinal flow part of the heat exchanger, i.e. in the part located between the end chambers 3 and 4 as evenly as possible. For this purpose, a tube-free space 8 is provided between the tube groups A and B.
In the part of this tube-free space between the end chambers 3, 4, a hollow blocking body 10 is installed between the tube groups <I> A </I> and <I> B </I>, which the medium flowing around the tubes 1 on This prevents the tube-free space mentioned and does not extend into the end chambers 3.4.
The respectively in the end chambers 3. 4 located parts of the pipe-free space 8 contribute to this. that the heat exchange medium, which has to flow around the tubes 1, is distributed in the chamber 3 as evenly as possible and with the smallest losses over the cross-sections of the tube groups A and B and is collected again in the chamber 4; the blocking body 10 in turn prevents a "short-circuit flow" in the pipe-free space between groups A and B from occurring in the longitudinal flow part.
Instead of being hollow, as shown, the locking body can also be designed as a full body.
Also in the embodiment shown in Figs. 4 and 5, the tubes 11 of the heat exchanger are arranged in two groups C and D, each of which on the largest part of its length of a shell wall 14 respectively. 15 is enclosed. 13 denotes the end chamber to which the heat exchange medium flows, which the tubes 11 have to flow around.
The cladding walls 14 and 15 do not reach up to the end plates 24 of the heat exchanger. The tube-free space 12, which is present between the envelope walls 14, 15 of the tube groups C and D, and the annular, tube-free space 9 outside the same are divided by a gas-tight transverse wall 16 so that the heat exchange medium flowing into the end chamber 13 as a cross-flow is forced to flow through the interim spaces which are present between the envelope walls 14, 15 and the pipes 11 of the groups <I> C, D </I>.
The design described ensures that the tubes 11 in the longitudinal flow part of the groups <I> C, D </I> flows around the one heat exchange medium in the desired manner, and the transverse wall 16 is impossible in the tube-free spaces between the envelope walls 14, 15 the occurrence of a “short-circuit flow” which would bypass the tubes 11.
As can be seen from FIGS. 2, 3 and 5 showing the cross sections, the tube-free space between the tube groups expediently has a rectangular cross-sectional shape, the longer sides of the rectangle running perpendicular to the direction of the medium entering one end chamber.
If necessary, several gas-tight transverse walls preventing the occurrence of longitudinal currents can also be provided in the longitudinal flow part of the heat exchanger.
Fig. 6 shows a cross section through an end chamber of a heat exchanger of circular cross section and with three tube groups E, F and G, each of which has a gas-tight envelope wall 17 respectively. 18, 19. In this embodiment, the tube-free spaces 20 between the shell walls 17, 18, 19 of the groups E and E narrow ver. F, G in the radial direction from the outside towards the center.
Finally, FIG. 7 shows a cross section through one of the end chambers of a heat exchanger which is also of circular cross section in the longitudinal flow part. In this embodiment, the tubes are arranged in five groups <I> H, J, </I> K, <I> L </I> and M, each of which has a gas-tight envelope wall 21.
The end chamber housing 22 at the inlet of the medium flowing around the tubes of the heat exchanger narrows in a spiral shape, while the end chamber housing (not shown) expands in a spiral shape at the outlet of this medium. Furthermore, the tube-free spaces 23 between the envelope walls 21 of the various tube groups H, <I> J, </I> K, <I> L </I> and M run in both end chambers in a spiral shape from the outer circumference of these groups to the center of the end chambers, so that the cross section of the spaces 23 decreases from the outside inwards.
Of course, in the construction types according to FIGS. 6 and 7, gas-tight transverse walls are provided so that no longitudinal flows can occur in the longitudinal flow part of the heat exchanger in the tube-free spaces between the tube groups.
The heat exchangers are expediently built in such a way that each pipe group, including its shell wall, can be expanded individually. The cladding walls can also be used to hold the individual groups together. In conjunction with spacers on the tubes, such cladding walls can also prevent the tubes from getting disordered during operation and removal, especially in the case of tubes with a long diameter .
The heat exchanger can have any number of tube groups and can be built for any position in which it is to be set up.