CH720427A2

CH720427A2 - Heat exchanger with static fittings

Info

Publication number: CH720427A2
Application number: CH000024/2023A
Authority: CH
Inventors: Georg Alain; Heel Andre
Original assignee: Fluitec Invest Ag
Priority date: 2023-01-11
Filing date: 2023-01-11
Publication date: 2024-07-31

Abstract

Der Wärmetauscher (1) weist mindestens in Flussrichtung (2-3) jeweils ein Innenvolumen auf, in dem jeweils Wärmetauscherrohre (7-8) als Rohr- in Rohrstufe (4) geführt sind. Im Innenvolumen sind statische Einbauten (14) vorgesehen, welche durch mindestens ein Positionselement (18) im Innenvolumen positioniert sind, so dass die statischen Einbauten (14) sich nicht bewegen und im Falle von kleinen statischen Einbauten (14) nicht aus dem Innenvolumen heraus gespült werden können. Der Wärmeübergang kann sowohl über das Mantelrohr als auch über den Ringspalt der Rohrin Rohrstufe (4) erfolgen.The heat exchanger (1) has an internal volume at least in the direction of flow (2-3), in which heat exchanger tubes (7-8) are guided as a tube-in-tube stage (4). Static fittings (14) are provided in the internal volume, which are positioned in the internal volume by at least one positioning element (18) so that the static fittings (14) do not move and, in the case of small static fittings (14), cannot be flushed out of the internal volume. The heat transfer can take place both via the jacket tube and via the annular gap of the tube-in-tube stage (4).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. [0001] The invention relates to a heat exchanger having the features of the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Aus den Normen von TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) sind zahlreiche Ausführungen dem Fachmann bekannt. Andere Ausführungsformen sind Rohrbündel-Wärmetauscher mit statischen Einbauten, welche Grundsätzlich auf drei Prinzipien beruhen: – Doppelmantel-Wärmetauscher bei denen die statischen Einbauten im Rohr eingebaut werden. – Rohrbündel-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Rohren. In den Rohren werden statische Einbauten eingebaut, um den Wärmeübergang zu verbessern. – Rohrbündel-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Rohren. Die statischen Einbauten werden ausserhalb der Rohre im Mantelraum eingebaut, um den Wärmeübergang zu verbessern.[0002] Numerous designs are known to the person skilled in the art from the standards of TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association). Other designs are tube bundle heat exchangers with static fittings, which are basically based on three principles: - Double-jacket heat exchangers in which the static fittings are installed in the tube. - Tube bundle heat exchangers with a large number of tubes. Static fittings are installed in the tubes to improve heat transfer. - Tube bundle heat exchangers with a large number of tubes. The static fittings are installed outside the tubes in the jacket space to improve heat transfer.

[0003] Aus der DE 280 88 54 ist ein Doppelmantel - Mischer - Wärmetauscher bekannt. Dies ist ein statischer Mischer, welcher über einen doppelten Aussenmantel verfügt und der ebenfalls als Wärmetauscher eingesetzt werden kann. Hier sind die statischen Mischer im Rohr eingebaut. [0003] A double-jacket mixer heat exchanger is known from DE 280 88 54. This is a static mixer which has a double outer jacket and can also be used as a heat exchanger. Here, the static mixers are installed in the pipe.

[0004] Andere Mischer/Wärmetauscher sind Strömungsröhre, die statische Mischelemente aufweisen, und in denen zusätzlich ein Rohrbündel ausgerüstet ist. So kann das Verhältnis aus Wärmeaustauschfläche zum Leerrohr Volumen, auch als A/V-Verhältnis bezeichnet trotz zunehmendem Rohrdurchmesser bei einer Skalierung des Wärmetauschers konstant oder zu mindestens gross gehalten werden. Üblicherweise verschlechtern jedoch diese innen angeordneten Rohrbündel die Mischleistung erheblich. [0004] Other mixers/heat exchangers are flow tubes that have static mixing elements and in which a tube bundle is also fitted. In this way, the ratio of heat exchange surface to empty tube volume, also known as the A/V ratio, can be kept constant or at least large despite increasing tube diameters when the heat exchanger is scaled up. However, these internally arranged tube bundles usually significantly impair the mixing performance.

[0005] Die Mischleistung nach der Patentschrift DE 28 39 563 ist nicht zufriedenstellend, da ein Rohrbündel jeweils nur in eine Achsenrichtung mischt. Es müssen also mehrere Bündel um 90 Grad verdreht in Serie geschalten werden, um eine entsprechende Mischleistung zu erzielen. Hier sind die Rohre die statischen Mischelemente. [0005] The mixing performance according to patent DE 28 39 563 is not satisfactory, since a tube bundle only mixes in one axial direction. Therefore, several bundles must be connected in series, rotated by 90 degrees, in order to achieve the appropriate mixing performance. Here, the tubes are the static mixing elements.

[0006] Ein statischer Mischer/Wärmetauscher, bei dem ein entsprechendes Konzept verwirklicht ist aus der EP1 067 352 und der WO2008/141472 bekannt. Diese statischen Mischer/Wärmetauscher weisen für sich alleine genommen eine sehr gute Mischleistung auf. Hier sind die statischen Mischer außerhalb des Rohrbündels verbaut. [0006] A static mixer/heat exchanger in which a corresponding concept is implemented is known from EP1 067 352 and WO2008/141472. These static mixers/heat exchangers have a very good mixing performance on their own. Here, the static mixers are installed outside the tube bundle.

[0007] Weitere statische Einbauten sind Füllkörper und Packungen wie sie in dem Buch - Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik, Matthias Kraume. Grundlagen und apparative Umsetzungen, ISBN 978-3-662-60011-5 - ausführlich beschrieben werden. Problematisch bei allen Einbauten sind die Ein- und Ausbaubarkeit. Daher sollte der Fokus vermehrt auf das Handling der Einbauten gelegt werden. [0007] Other static fittings are packings and packings as described in detail in the book - Transport processes in process engineering, Matthias Kraume. Basics and apparatus implementations, ISBN 978-3-662-60011-5. The problem with all fittings is the ability to install and remove them. Therefore, more focus should be placed on the handling of the fittings.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

[0008] Basierend auf diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, welcher gut zu demontieren, zu warten und zu reinigen ist. Insbesondere soll der Wärmetauscher auch eine verbesserte Leistung bezüglich des Misch- und Verweilzeitverhaltens sowie auch des Wärmetausches aufweisen. Dies ermöglicht den Wärmetauscher auch als Reaktor einzusetzen. [0008] Based on this prior art, the invention is based on the object of creating a heat exchanger which is easy to dismantle, maintain and clean. In particular, the heat exchanger should also have improved performance with regard to the mixing and residence time behavior as well as the heat exchange. This enables the heat exchanger to also be used as a reactor.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Rohrreaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. [0009] This object is achieved according to the invention with a tubular reactor having the features of claim 1.

[0010] Die Erfindungen ist ein Rohrbündel-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Rohren. Die statischen Einbauten werden ausserhalb der Wärmetauscher Rohre jedoch im drucktragenden Mantelraum eingebaut, um den Wärmeübergang und das Verweilzeitverhalten zu verbessern. Das Fluid, bzw. Produkt fliesst im Aussenraum. Grundsätzlich sind solche Wärmetauscher als U-Rohr Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt, um die Heiz-Kühlmedium Versorgung sicherzustellen. Nachteilig bei solchen Vorrichtungen sind, dass die statischen Einbauten nicht ausgebaut werden können. Die erfindungsgemässe Vorrichtung sichert die Heiz-Kühlmedium Versorgung, indem das HTM (Heat Transfer Medium) auch über eine U-Strömung sichergestellt wird. Zuerst strömt es in einen Raum und wird über die zahlreichen Rohre gleichmässig verteilt. Die Zuführung jedes einzelnen Rohres findet beispielsweise zentrisch im Wärmetauscher Rohr statt und wird dann in den Rohrspalt umgelenkt, so dass man auf die gebogenen U-Rohre verzichten kann. Die Vorrichtung besteht somit aus einer Rohr- in Rohrstufe, auch als Rohrbündel mit Kerzen bezeichnet. Vorzugsweise fliesst das HTM im kleineren Rohr zum beispielsweise mit einer Kappe abgeschlossen Ende des Aussenrohres. Da wird es umgelenkt und fliesst über den Ringspalt mit hoher Geschwindigkeit und sehr gutem Wärmeübergang zurück. Danach tritt das HTM aus mindestens zwei Rohren wieder aus und vereint sich einem Sammelraum, um wieder abgeführt zu werden. Die erhöhte Geschwindigkeit im Ringspalt erzielt nicht nur einen hohen Wärmeübergang. Es wird auch sichergestellt, dass keine oder nur minimale Maldistributionseffekte auftreten. Das HTM Medium kann beispielweise Wasser, Öl, Dampf oder auch gasförmig sein. [0010] The invention is a tube bundle heat exchanger with a large number of tubes. The static fittings are installed outside the heat exchanger tubes but in the pressure-bearing jacket space in order to improve heat transfer and residence time behavior. The fluid or product flows in the outside space. Such heat exchangers are basically designed as U-tube tube bundle heat exchangers in order to ensure the heating-cooling medium supply. The disadvantage of such devices is that the static fittings cannot be removed. The device according to the invention ensures the heating-cooling medium supply by ensuring the HTM (heat transfer medium) via a U-flow. First it flows into a space and is evenly distributed over the numerous tubes. The supply of each individual tube takes place, for example, centrally in the heat exchanger tube and is then diverted into the tube gap, so that the bent U-tubes can be dispensed with. The device therefore consists of a tube-in-tube stage, also known as a tube bundle with candles. Preferably, the HTM flows in the smaller tube to the end of the outer tube, which is closed with a cap, for example. There it is diverted and flows back through the annular gap at high speed and with very good heat transfer. The HTM then exits at least two tubes and joins a collecting chamber to be discharged again. The increased speed in the annular gap not only achieves a high heat transfer. It also ensures that no or only minimal maldistribution effects occur. The HTM medium can be water, oil, steam or even gaseous, for example.

[0011] Diese Vorrichtung erlaubt nun einen offenen Zugang zum Wärmetauscherraum. Es ermöglicht sowohl den einfachen Einbau von sehr kleinen Einbauten wie beispielsweise Füllkörper, Packungen und Glaskugeln als auch den Einbau von statischen Mischern welche passgenau in das Lochbild des Rohrbündels eingeschoben, bzw. übergestülpt werden können. [0011] This device now allows open access to the heat exchanger chamber. It enables the simple installation of very small components such as packings, packings and glass balls as well as the installation of static mixers which can be inserted precisely into the hole pattern of the tube bundle or slipped over it.

[0012] Die statischen Einbauten können aus Materialien wie beispielweise Alloy, rostfreiem Stahl, Keramik oder Kunststoffen wie beispielsweise PP, PVC, PTFE sein. Die statischen Einbauten können sowohl konventionell als auch mit additiver Fertigung produziert werden. [0012] The static components can be made of materials such as alloy, stainless steel, ceramic or plastics such as PP, PVC, PTFE. The static components can be produced both conventionally and with additive manufacturing.

[0013] Die Elemente können mit Schweisshaften positioniert oder durch formgebende Massnahmen wie beispielweise Umlenkungen, Trägerringe oder Flanschhalterungen fixiert werden. Solche formgebende Positionselemente stellen sicher, dass die statischen Einbauten im Betrieb nicht bewegt werden und am Ort verbleiben. [0013] The elements can be positioned using welding clamps or fixed using shaping measures such as deflections, support rings or flange brackets. Such shaping positioning elements ensure that the static components are not moved during operation and remain in place.

[0014] Bei kleinen statischen Einbauten muss mittels eines Positionselementes sichergestellt werden, dass die kleinen statischen Einbauten nicht aus dem Wärmetauscher gespült werden können. Solche Positionselemente können Siebe, poröse durchlässige Scheiben oder auch Bleche mit beispielsweise Schlitzen oder Bohrungen sein. Bei der Formgebung der Positionselemente ist darauf zu achten, dass die statischen Einbauten die Positionselemente nicht verstopfen. Die Positionselemente können sowohl am Eintritt in den Wärmtauscher als auch am Austritt aus dem Wärmetauscher vorgesehen werden. [0014] In the case of small static fittings, a positioning element must be used to ensure that the small static fittings cannot be flushed out of the heat exchanger. Such positioning elements can be sieves, porous permeable disks or even metal sheets with slots or holes, for example. When shaping the positioning elements, care must be taken to ensure that the static fittings do not block the positioning elements. The positioning elements can be provided both at the inlet to the heat exchanger and at the outlet from the heat exchanger.

[0015] Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wärmetauscher mit zusätzlichen Temperatursensoren ausgerüstet. Mindestens ein Temperatursensor dient zur Überwachen des Heiz-Kühlprozesses. Diese Sensoren können auf der Fluid- oder HTM-Seite sowohl im Wärmetauscher, als auch ausserhalb des Wärmetauscher positioniert werden. [0015] In a preferred embodiment, the heat exchanger is equipped with additional temperature sensors. At least one temperature sensor is used to monitor the heating-cooling process. These sensors can be positioned on the fluid or HTM side both in the heat exchanger and outside the heat exchanger.

[0016] Besonders bevorzugt werden axiale Mehrfach-Temperatursensoren entlang der Wärmetauscher Achse bzw. längs in Strömungsrichtung eingesetzt, welche das Temperaturprofil im Wärmetauscher erfassen und somit beim Einsatz des Wärmetauschers als Reaktor eine Reaktionskalorimetrie erlauben, welche über eine Bilanzierung des Temperaturprofils erfolgt. Das Rohrbündel weißt mindestens zwei Rohre auf. Die Anschlüsse können beispielsweise Flanschverbindungen, Clamp-Verschraubungen, Schneidring-Verschraubungen oder Anschweissenden sein. [0016] Particularly preferred are axial multiple temperature sensors along the heat exchanger axis or lengthways in the direction of flow, which record the temperature profile in the heat exchanger and thus allow reaction calorimetry when the heat exchanger is used as a reactor, which is carried out by balancing the temperature profile. The tube bundle has at least two tubes. The connections can be, for example, flange connections, clamp screw connections, cutting ring screw connections or welded ends.

[0017] Dem Wärmetauscher kann eine Mischvorrichtung, zum Beispiel ein statischer Mischer, ein Kreislaufreaktor oder ein dynamischer Mischer vorgeschaltet werden, so dass mindesten zwei Fluidströme dispergiert, zerstäubt oder gemischt werden. Es können mehrere Fluide sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom im Mantelraum strömen. [0017] A mixing device, for example a static mixer, a circulation reactor or a dynamic mixer, can be connected upstream of the heat exchanger so that at least two fluid streams are dispersed, atomized or mixed. Several fluids can flow in the jacket space both in countercurrent and in cocurrent.

[0018] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. [0018] Further advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers mit Einbauten gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 eine schematische teilweise geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers mit axialem Temperatursensor und mit optimierter Impfstelle gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Positionselementes der statischen Einheiten für kleine Einheiten wie Füllkörper.[0019] Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, which are merely illustrative and are not to be interpreted as limiting. The drawings show: Fig. 1 a schematic sectional representation of a heat exchanger with internals according to an embodiment of the invention; Fig. 2 a schematic partially sectional representation of a heat exchanger with axial temperature sensor and with optimized injection point according to a further embodiment of the invention; Fig. 3 a schematic representation of the position element of the static units for small units such as packing.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

[0020] Die Fig. 1 zeigt eine schematische, geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zu kühlende bzw. heizende Fluid wird entlang des Pfeils 2 (hier zeichnerisch unten) in die Vorrichtung eingespeist und tritt entsprechend des Pfeils 3 (hier zeichnerisch oben) aus der Vorrichtung heraus. [0020] Fig. 1 shows a schematic, sectional view of a heat exchanger 1 according to an embodiment of the invention. The fluid to be cooled or heated is fed into the device along arrow 2 (here at the bottom in the drawing) and exits the device according to arrow 3 (here at the top in the drawing).

[0021] Die Vorrichtung besteht aus einer Rohr- in Rohrstufe 4, auch als Rohrbündel mit Kerzen bezeichnet, die über Übergangsabschnitte 5 und 6 miteinander verbunden sind. Solche Übergangsabschnitte 5,6 werden auch als Rohr-Bodenplatten bezeichnet. Die aussenliegende Rohrstufe ist mit dem Übergangsabschnitt 5 verbunden. Die innenliegende Rohrstufe ist mit dem Übergangsabschnitt 6 verbunden. Jeweils mindestens ein Rohr 7 der Rohrstufe 4 liegt beispielsweise zentrisch in mindestens einem Aussenrohr 8. Das Heiz- bzw. Kühlmedium wird beispielsweise entlang dem Pfeil 10 in die Rohrstufe eingespeist und tritt entsprechend des Pfeils 9 aus der Rohrstufe 4 heraus. [0021] The device consists of a pipe in a pipe stage 4, also referred to as a pipe bundle with candles, which are connected to one another via transition sections 5 and 6. Such transition sections 5, 6 are also referred to as pipe base plates. The outer pipe stage is connected to the transition section 5. The inner pipe stage is connected to the transition section 6. At least one pipe 7 of the pipe stage 4 is located, for example, centrally in at least one outer pipe 8. The heating or cooling medium is fed into the pipe stage, for example, along the arrow 10, and exits from the pipe stage 4 according to the arrow 9.

[0022] An den Übergangsabschnitten 5 und 6 bestehen über den äusseren Rohrdurchmesser überstehende Flansche, die im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Vielzahl von entlang des Umfangs angeordnete verschraubte Verbindungen, von denen in der Fig. 1 zwei dargestellt sind, zusammengehalten werden. Die beispielhaften Rohre 7 und 8 können unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei der Aussendurchmesser der Rohre 7 kleiner ist als der Innendurchmesser der Aussenrohre 8. Mit dieser Kerzenkonstruktion wird die Rohrstufe mit Heiz- oder Kühlmedium versorgt. [0022] At the transition sections 5 and 6 there are flanges that protrude beyond the outer pipe diameter, which in the illustrated embodiment are held together by a plurality of screwed connections arranged along the circumference, two of which are shown in Fig. 1. The exemplary pipes 7 and 8 can have different diameters, with the outer diameter of the pipes 7 being smaller than the inner diameter of the outer pipes 8. With this candle construction, the pipe stage is supplied with heating or cooling medium.

[0023] Am Eingangsbereich ist ein Einlauf 11 vorgesehen, der beispielsweise mit einem Flansch versehenen Übergangsbereich 5 mit dem Rohr in Rohrstufe 4 verbunden ist. Auf der Auslaufseite ist auch beispielswiese ein Flansch 12 vorgesehen. Der Flansch 12 ist mit dem Mantelrohr 13 verbunden, so dass das zu kühlende bzw. heizende Fluid in nur einem Strömungsraum fliesst. Das Mantelrohr 13 bildet mit den beidseitigen Verbindungselementen das Wärmetauschergehäuse. Beispielsweise kann das Verbindungselement der Flasch 12 sein. Damit werden Maldistributionseffekte auf ein Minimum reduziert. Zudem bleibt der Rohrquerschnitt des Mantelrohres offen, so dass über den Flansch 12 (hier oben) die statischen Einbauten 14 frei zugänglich sind und über die Flanschöffnung montiert oder befüllt werden können. Je nach Grösse und Art der Einbauten ist sicherzustellen, dass die Rohrstufe 4, bzw. der Rohrbündel des Wärmetauschers die Befüllung oder die Montage der statischen Einbauten nicht behindert. Im Falle von statischen Mischern müssen die Mischelemente passgenaue Bohrungen ausweisen, so dass die Mischelemente über den Rohrbündel gestülpt werden können. Besonders eignen sich die Ausführungen gemäss der Patentschriften EP1 067 352 und der WO2008/141472. Bei kleinen Einbauten, wie zum Beispiel dem Einsatz von kleinen Kugeln, kann das Bündel beispielsweise von oben befüllt werden. [0023] An inlet 11 is provided at the inlet area, which is connected to the pipe in pipe stage 4, for example with a transition area 5 provided with a flange. A flange 12 is also provided on the outlet side, for example. The flange 12 is connected to the jacket pipe 13, so that the fluid to be cooled or heated flows in only one flow space. The jacket pipe 13 forms the heat exchanger housing with the connecting elements on both sides. For example, the connecting element can be the flange 12. This reduces maldistribution effects to a minimum. In addition, the pipe cross-section of the jacket pipe remains open, so that the static fittings 14 are freely accessible via the flange 12 (here above) and can be installed or filled via the flange opening. Depending on the size and type of fittings, it must be ensured that the pipe stage 4 or the tube bundle of the heat exchanger does not hinder the filling or installation of the static fittings. In the case of static mixers, the mixing elements must have precisely fitting holes so that the mixing elements can be placed over the tube bundle. The designs according to patent documents EP1 067 352 and WO2008/141472 are particularly suitable. With small installations, such as the use of small balls, the bundle can be filled from above, for example.

[0024] Sowohl grosse als auch kleine Einbauten müssen mindestens ein Positionselement aufweisen. Ein Positionselement kann mindestens eine Schweisshaft 15 sein, welche schematisch dargestellt ist. Formgebende Massnahmen wie beispielweise Umlenkungen, Trägerringe 16 (schematisch dargestellt) oder Flanschhalterungen können auch als Positionselement verwendet werden, wenn diese sicherstellen, dass sich die statischen Einbauten 14 im Betrieb nicht bewegt werden und an Ort verbleiben. Im Falle von Ausführungen mit mindestens einem Schweisshaft 15 ist sicherzustellen, dass das Bündel mit den statischen Einbauten vollständig ausgebaut werden kann, so dass das Demontieren, das Warten und die gute Reinigung gewährleistet ist. [0024] Both large and small installations must have at least one positioning element. A positioning element can be at least one welding shaft 15, which is shown schematically. Shaping measures such as deflections, support rings 16 (shown schematically) or flange brackets can also be used as a positioning element if they ensure that the static installations 14 are not moved during operation and remain in place. In the case of designs with at least one welding shaft 15, it must be ensured that the bundle with the static installations can be completely removed so that dismantling, maintenance and good cleaning are guaranteed.

[0025] Der Wärmeaustausch erfolgt sowohl am Aussenrohr 8 zum Fluid als auch im Ringspalt zwischen Rohr 8 und Rohr 7 zum Heiz-Kühlmedium. Strömungstechnisch gut ausgelegt kann eine guter Wärmeübergang bei einem gering Massenstrom an Heiz-Kühlmedium sichergestellt werden. Die statischen Einbauten 14, hier schematisch dargestellt können statische Mischelemente, Füllkörper oder Packungen sein. [0025] The heat exchange takes place both at the outer pipe 8 to the fluid and in the annular gap between pipe 8 and pipe 7 to the heating/cooling medium. If the flow is well designed, good heat transfer can be ensured with a low mass flow of heating/cooling medium. The static internals 14, shown schematically here, can be static mixing elements, packings or packings.

[0026] Mit CFD-Simulationen wurde festgestellt, dass sich bei Druckverlusten < 0.2 bar über den Einlauf 10 und den Auslauf 9 der Heiz-Kühlmedium Versorgung erhebliche Maldistributionseffekte einstellen. Durch die unterschiedliche Verteilung der Heiz-Kühlmedium Flüssigkeit stellen sich lokal unterschiedliche Wärmeübertragungen von bis zu +/- 50% ein, was die Performance des Wärmetauschers einerseits dramatisch reduziert und anderseits zu einer erheblichen Störung des Verweilzeitspektrums auf der Fluid, bzw. Produktseite führt. [0026] CFD simulations have shown that significant maldistribution effects occur at pressure losses of < 0.2 bar across the inlet 10 and the outlet 9 of the heating-cooling medium supply. The different distribution of the heating-cooling medium liquid results in locally different heat transfers of up to +/- 50%, which on the one hand dramatically reduces the performance of the heat exchanger and on the other hand leads to a significant disruption of the residence time spectrum on the fluid or product side.

[0027] Die Fig. 2 zeigt eine schematische teilweise geschnittene Darstellung eines Wärmetauschers mit statischen Einbauten 14 gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier sind, wie über die ganze Beschreibung hinweg, jeweils in allen Zeichnungen ähnliche Merkmale mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Der Aufbau ist mit der Fig. 1 vergleichbar nur konstruktiv anders gelöst. Zusätzlich ist die Fig. 2 mit mindestens einem axialen Temperatursensor 21 ausgerüstet, der sowohl zentrisch als auch exzentrisch entlang des Mantelrohres 13 platziert werden kann. Schematisch ist optional ein zusätzlicher Heizmantel 17 dargestellt, der optional verwendet werden kann. [0027] Fig. 2 shows a schematic, partially sectioned representation of a heat exchanger with static fittings 14 according to a further embodiment of the invention. Here, as throughout the entire description, similar features are provided with the same or similar reference numerals in all drawings. The structure is comparable to Fig. 1, only the design is different. In addition, Fig. 2 is equipped with at least one axial temperature sensor 21, which can be placed both centrally and eccentrically along the jacket tube 13. An additional heating jacket 17, which can optionally be used, is shown schematically.

[0028] Auch hier wird das zu kühlende bzw. heizende Fluid entlang des Pfeils 2 (hier zeichnerisch unten) in die Vorrichtung eingespeist und tritt entsprechend des Pfeils 3 (hier zeichnerisch oben) aus der Vorrichtung heraus. Die Vorrichtung besteht aus einer Rohr- in Rohrstufe 4, auch als Rohrbündel mit Kerzen bezeichnet, die über Übergangsabschnitte 5 und 6 miteinander verbunden sind. Solche Übergangsabschnitte 5,6 werden auch als Rohr-Bodenplatten bezeichnet. Die aussenliegende Rohrstufe ist mit dem Übergangsabschnitt 5 verbunden. Die innenliegende Rohrstufe ist mit dem Übergangsabschnitt 6 verbunden. Jeweils mindestens ein Rohr 7 der Rohrstufe 4 liegt zentrisch in mindestens einem Aussenrohr 8. Das Heiz- bzw. Kühlmedium wird beispielsweise entlang dem Pfeil 10 in die Rohrstufe eingespeist und tritt entsprechend des Pfeils 9 aus der Rohrstufe 4 heraus. An den Übergangsabschnitten 5 und 6 bestehen über den äusseren Rohrdurchmesser überstehende Flansche, die im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Vielzahl von entlang dem Umfang angeordnete verschraubte Verbindungen, von denen in der Fig. 1 zwei dargestellt sind, zusammengehalten werden. Die beispielhaften Rohre 7 und 8 können unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei der Aussendurchmesser der Rohre 7 kleiner ist als der Innendurchmesser der Aussenrohre 8. Mit dieser Kerzenkonstruktion wird die Rohrstufe mit Heiz- oder Kühlmedium versorgt. [0028] Here too, the fluid to be cooled or heated is fed into the device along arrow 2 (here at the bottom in the drawing) and exits the device according to arrow 3 (here at the top in the drawing). The device consists of a pipe in pipe stage 4, also referred to as a pipe bundle with candles, which are connected to one another via transition sections 5 and 6. Such transition sections 5, 6 are also referred to as pipe base plates. The outer pipe stage is connected to the transition section 5. The inner pipe stage is connected to the transition section 6. At least one pipe 7 of the pipe stage 4 is located centrally in at least one outer pipe 8. The heating or cooling medium is fed into the pipe stage, for example, along arrow 10 and exits from the pipe stage 4 according to arrow 9. At the transition sections 5 and 6 there are flanges that protrude beyond the outer pipe diameter, which in the illustrated embodiment are held together by a plurality of screwed connections arranged along the circumference, two of which are shown in Fig. 1. The exemplary pipes 7 and 8 can have different diameters, with the outer diameter of the pipes 7 being smaller than the inner diameter of the outer pipes 8. With this candle construction, the pipe stage is supplied with heating or cooling medium.

[0029] Am Eingangsbereich ist ein Einlauf 11 vorgesehen, der mit einem Flansch versehenen Übergangsbereich 5 mit der Rohr in Rohrstufe 4 verbunden ist. Auf der Auslaufseite ist auch ein Flansch 12 vorgesehen. Der Flansch 12 ist mit dem Mantelrohr 13 verbunden, so dass das zu kühlende bzw. heizende Fluid in nur einem Strömungsraum fliesst. Damit werden Maldistributionseffekte auf ein Minimum reduziert. Der Flansch 12 ist mit einem Blindflansch 22 über eine Vielzahl von entlang dem Umfang angeordnete verschraubte Verbindungen verbunden, von denen zumindest teilweise vier ersichtlich sind. Am Blindflansch 22 ist der axiale Temperatursensor 21 zum Beispiel hier zentrisch positioniert. Der axiale Temperatursensor 21 weißt mindestens ein Temperaturmesspunkt auf. Diese Sensoren können zum Beispiel PT100, Thermoelemente oder Fibre-Bragg Sensoren sein. [0029] An inlet 11 is provided at the inlet area, which is connected to the pipe in pipe stage 4 by a transition area 5 provided with a flange. A flange 12 is also provided on the outlet side. The flange 12 is connected to the jacket pipe 13 so that the fluid to be cooled or heated flows in only one flow space. This reduces maldistribution effects to a minimum. The flange 12 is connected to a blind flange 22 via a large number of screwed connections arranged along the circumference, of which at least four are partially visible. The axial temperature sensor 21 is positioned centrally on the blind flange 22, for example here. The axial temperature sensor 21 has at least one temperature measuring point. These sensors can be, for example, PT100, thermocouples or fiber Bragg sensors.

[0030] Wird der Blindflansch 22 entfernt, so sind auch hier die Einbauten frei zugänglich und können über die Flanschöffnung montiert oder befüllt werden können. In dieser Ausführungsform gemäss Fig. 2 werden zum Beispiel Füllkörper mit Katalysatoren verwendet. Damit diese kleinen statischen Einbauten 14 fixiert bleiben, müssen sowohl am Eintritt 2 als auch am Austritt 3 des Wärmetauscher 1, die kleinen statischen Einbauten im Wärmetauscher Raum, bzw. im freien Volumen mit Positionselementen 18 fixiert werden. Solche Positionselemente 18 können Siebe, gesinterte Positionselemente oder auch Blechkonstruktionen mit zum Beispiel Schlitzen oder Bohrungen sein. Die Grösse der Öffnungen müssen so gewählt werden, dass die statischen Einbauten 14 nicht aus dem Wärmetauscher Raum raus gespült werden können. Dabei ist es zudem wichtig, dass die statischen Einbauten 14 die Öffnungen im Positionselement 18 nicht verstopfen. Die Positionselemente können zum Beispiel zylinderförmige Scheiben sein, welche den Eintritt 2 und den Austritt 3 so abschotten, dass kein einzelnes Element, der in diesem Fall sehr kleinen statischen Einbauten 14 aus dem Wärmetauscher heraustreten können. In dieser Ausführungsform sind die Positionselements 18 zwei zylindrische Rohre mit Längsschlitzen, welche jeweils am Ein- und Austritt in die Flansche eingebracht werden. So kann der Zu- und Ablauf in den Wärmetauscher elegant über das Flanschblatt erfolgen, was sicherstellt, dass die statischen Einbauten frei zugänglich sind. [0030] If the blind flange 22 is removed, the internals are freely accessible here too and can be mounted or filled via the flange opening. In this embodiment according to Fig. 2, for example, fillers with catalysts are used. In order for these small static internals 14 to remain fixed, the small static internals in the heat exchanger space or in the free volume must be fixed with positioning elements 18 at both the inlet 2 and the outlet 3 of the heat exchanger 1. Such positioning elements 18 can be sieves, sintered positioning elements or sheet metal constructions with, for example, slots or holes. The size of the openings must be selected so that the static internals 14 cannot be flushed out of the heat exchanger space. It is also important that the static internals 14 do not block the openings in the positioning element 18. The positioning elements can be, for example, cylindrical disks that seal off the inlet 2 and the outlet 3 in such a way that no single element of the very small static fittings 14 in this case can emerge from the heat exchanger. In this embodiment, the positioning elements 18 are two cylindrical tubes with longitudinal slots, which are inserted into the flanges at the inlet and outlet. In this way, the inlet and outlet into the heat exchanger can be elegantly carried out via the flange sheet, which ensures that the static fittings are freely accessible.

[0031] Die so sichergestellte Ringdosierung sichert eine homogene Verteilung des Fluidstromes im Wärmetauscher und reduziert Maldistributionseffekte auf ein Minimum. Dabei ist zu beachten, dass es zu keiner unnötigen Erhöhung des Druckverlustes kommt. [0031] The ring dosing thus ensured ensures a homogeneous distribution of the fluid flow in the heat exchanger and reduces maldistribution effects to a minimum. It should be noted that there is no unnecessary increase in the pressure loss.

[0032] Dem Wärmetauscher kann am Eintritt 2 eine Mischvorrichtung 19 vorgesehen werden, die es ermöglicht mindestens zwei Fluidströme 20,23 einzumischen. Ein solche Mischvorrichtung kann zum Beispiel einen statischen Mischer, eine Blende, ein dynamischer Mischer oder eine Membrankonstruktion sein. [0032] A mixing device 19 can be provided at the inlet 2 of the heat exchanger, which allows at least two fluid streams 20, 23 to be mixed in. Such a mixing device can be, for example, a static mixer, an orifice plate, a dynamic mixer or a membrane construction.

[0033] Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Positionselementes 18 für beispielsweise Füllkörper. Die zwei zylindrischen Körper 26 werden jeweils am Eintritt 2 und am Austritt 3 im Flansch des Wärmetauscher 1 passgenau positioniert. Die Flansche besitzen eine Ausdrehung, so dass die Festigkeit des Flansches nicht beeinträchtig wird. Die Konstruktion ist so aufgebaut, dass beim Montieren des Positionselementes 18 im Flansch ein Ringspalt entsteht, so dass sich das Fluid, bzw. der Produktstrom, am Umfang verteilen kann und über beispielsweise die Schlitze 24 in den Wärmetauscher 1 ein- bzw. austreten kann, ohne dass die kleinen statischen Einbauten 14 aus dem Wärmetauscher 1 gespült werden können. Zudem ist es wichtig, dass die Öffnungen, wie beispielsweise Schlitze 24, dreieckförmige Öffnungen oder Bohrungen gleichmässig im Zylinder 26 verteilt sind und durch kleine statische Einbauten 14 nicht verstopft werden. Der zylindrische Körper 26 kann auch aus einem porösen durchlässigen Material gefertigt sein. Der Ringspalt erlaubt es, dass sich das Fluid am Umfang des Wärmetauschers 1 sowohl am Eintritt homogen verteilt als auch am Austritt sich wieder gleichmässig vereint. Über die Öffnungen im Zylinder 26, beispielsweise die Schlitze 24, wird das Fluid somit gleichmässig dem Wärmetauscher 1 zugeführt bzw. entnommen. Dies ermöglicht die gleichmässige Durchströmung des Wärmetauschers 1 was wiederum Maldistributionseffekte auf ein Minimum reduziert. Optional kann zum Beispiel bei grösseren Wärmetauschern am Eintritt 2 die Verteilung des Fluidstromes noch verbesserte werden. Dies erfolgt so, dass das zylinderförmige Positionselement 18 mindestens ein zusätzliches Verteilerrohr 25 am Innenrohr des zylindrischen Körpers 26 besitzt. Über den Ringspalt kann nun das Fluid auch ins Verteilerrohr einströmen und sich zusätzlich über mindestens eine Öffnung verteilen. Vorteilhaft ist auch hier der Einsatz von beispielsweise länglichen Schlitzen 24 am Umfang entlang der Rohrachse. Es können beliebige Formen von Geometrien gewählt werden. Es muss nur sichergestellt werden, dass die kleinen statischen Einbauten 14 die Öffnungen nicht verstopfen und dass es die statischen Einbauten nicht aus dem Wärmetauscher austreten können. [0033] Fig. 3 shows a schematic representation of a positioning element 18 for, for example, filler bodies. The two cylindrical bodies 26 are each positioned precisely at the inlet 2 and the outlet 3 in the flange of the heat exchanger 1. The flanges have a recess so that the strength of the flange is not impaired. The construction is designed in such a way that when the positioning element 18 is mounted in the flange, an annular gap is created so that the fluid or the product flow can be distributed around the circumference and can enter or exit the heat exchanger 1 via, for example, the slots 24 without the small static fittings 14 being able to be flushed out of the heat exchanger 1. It is also important that the openings, such as slots 24, triangular openings or holes, are evenly distributed in the cylinder 26 and are not blocked by small static fittings 14. The cylindrical body 26 can also be made of a porous, permeable material. The annular gap allows the fluid to be distributed homogeneously around the circumference of the heat exchanger 1 both at the inlet and to be evenly reunited at the outlet. The fluid is thus evenly supplied to or removed from the heat exchanger 1 via the openings in the cylinder 26, for example the slots 24. This enables the heat exchanger 1 to flow evenly, which in turn reduces maldistribution effects to a minimum. Optionally, for example in larger heat exchangers, the distribution of the fluid flow at the inlet 2 can be further improved. This is done in such a way that the cylindrical positioning element 18 has at least one additional distributor pipe 25 on the inner pipe of the cylindrical body 26. The fluid can now also flow into the distributor pipe via the annular gap and also be distributed via at least one opening. The use of, for example, elongated slots 24 on the circumference along the pipe axis is also advantageous here. Any shape of geometry can be selected. It must only be ensured that the small static fittings 14 do not block the openings and that the static fittings cannot escape from the heat exchanger.

Claims

1. Heat exchanger consisting of a tube in a tube stage 4 which are connected to one another via transition sections 5 and 6, the tube stage 4 having at least one outer tube 8 closed on one side with an inner tube 7 and the outer tube 8 being connected to the transition section 5 and the inner tube 7 being connected to the transition section 6, so that the heating or cooling medium flows into the tube stage 4 via the inlet 10 and flows via the annular gap created by the inner tube 7 and the outer tube 8 and flows out at the outlet 9, characterized in that the tube stage 4 has a jacket tube 13 in which the fluid flows and that the free space between the jacket tube 13 and the tube stage 4 has static fittings 14 and that the static fittings 14 have at least one positioning element 15, 16, 18.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the static internals 14 are fastened with at least one welding shaft 15.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the static internals 14 are fastened to the heat exchanger housing 1 with at least one support ring 16.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a positioning element 18 is positioned at the inlet 2 and ensures that the small static fittings cannot escape from the heat exchanger and that the small static fittings do not clog the inlet 2.

5. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a positioning element 18 is positioned at the outlet 3 and ensures that the small static fittings cannot escape from the heat exchanger and that the small static fittings do not clog the outlet 3.

6. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the positioning element 18 is a sieve which prevents the small static components from escaping from the heat exchanger and that the small static components cannot clog the sieve.

7. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the positioning element 18, a cylindrical body 26 with slots 24 on the circumference of the jacket tube, for example, is introduced into the flange 12, so that it forms a ring flow for the fluid and reduces maldistribution effects to a minimum.

8. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pressure loss in the annular gap between the tubes 7 and the tubes 8 is at least 0.2 bar.