DE102010008383A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Beschrieben und dargestellt ist ein Wärmeübertragersystem (1) mit wenigstens einem ersten Wärmeübertrager (2) und wenigstens einem zweiten Wärmeübertrager (3), wobei jeder Wärmeübertrager (2, 3) wenigstens ein Gehäuse (4) mit zwei Anschlussseiten (5) und eine Mehrzahl von zwischen den Anschlussseiten (5) verlaufenden Rohrleitungen (6) als Wärmeübertragerfläche umfasst, wobei das Rohrinnenvolumen der Rohrleitungen (6) über die Anschlussseiten (5) des Wärmeübertragers (2, 3) zugänglich ist und das Gehäuse (4) das Rohraußenvolumen des Wärmeübertragers (2, 3) definiert. Ein sowohl strömungstechnisch als auch thermisch optimiertes Wärmeübertragersystem (1) wird realisiert, indem das Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers (2) mit dem Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers (3) in Verbindung steht, indem der zweite Wärmeübertrager (3) mit einer ersten Anschlussseite (5a) an dem Gehäuse (4) des ersten Wärmeübertragers (2) dichtend befestigt ist.A heat exchanger system (1) with at least one first heat exchanger (2) and at least one second heat exchanger (3) is described and illustrated, each heat exchanger (2, 3) having at least one housing (4) with two connection sides (5) and a plurality of comprises pipes (6) running between the connection sides (5) as a heat exchanger surface, the inner pipe volume of the pipes (6) being accessible via the connection sides (5) of the heat exchanger (2, 3) and the housing (4) the outer pipe volume of the heat exchanger (2 , 3) defined. A heat transfer system (1) which is optimized both in terms of flow technology and thermally is realized by the outer tube volume of the first heat exchanger (2) being connected to the inner tube volume of the second heat exchanger (3) by the second heat exchanger (3) having a first connection side (5a) is sealingly attached to the housing (4) of the first heat exchanger (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragersystem mit wenigstens einem ersten Wärmeübertrager und wenigstens einem zweiten Wärmeübertrager, wobei jeder Wärmeübertrager wenigstens ein Gehäuse mit zwei Anschlussseiten und eine Mehrzahl von zwischen den Anschlussseiten verlaufenden Rohrleitungen als Wärmeübertragerfläche umfasst, wobei das Rohrinnenvolumen der Rohrleitungen über die Anschlussseiten des Wärmeübertragers zugänglich ist und das Gehäuse das Rohraußenvolumen des Wärmeübertragers definiert.The invention relates to a heat exchanger system having at least one first heat exchanger and at least one second heat exchanger, wherein each heat exchanger comprises at least one housing with two connection sides and a plurality of extending between the connection sides of the pipes as a heat exchanger surface, wherein the inner tube volume of the pipes is accessible via the connection sides of the heat exchanger and the housing defines the tube exterior volume of the heat exchanger.
Im Stand der Technik sind Wärmeübertragersysteme bekannt, bei denen eine Mehrzahl von Wärmeübertragern hintereinander angeordnet ist, wobei die einzelnen Wärmeübertrager mit Umlenkhauben untereinander verbunden sind. Die Umlenkhauben dienen der Führung von im Wärmeübertrager geführten Medien und kommen unmittelbar mit diesen in Kontakt.In the prior art heat transfer systems are known in which a plurality of heat exchangers is arranged one behind the other, wherein the individual heat exchangers are connected to each other with Umlenkhauben. The Umlenkhauben serve to guide guided in the heat exchanger media and come directly in contact with them.
Solche Wärmeübertragersysteme werden beispielsweise zur Meerwasserentsalzung verwendet. Bei diesem Verfahren wird das zugeführte Meerwasser beispielsweise mit der Abwärme eines Kraftwerkes auf der Oberfläche von Rohrleitungen eines Wärmeübertragers erwärmt. Das im so genannten Brine-Heater aufgeheizte Salzwasser verdampft in nachgeschalteten Entspannungsstufen unter Unterdruck, wobei sich der Wasserdampf als Kondensat innerhalb von Rohrleitungen der Stufen niederschlägt und als salzfreies Wasser abgezogen werden kann. Das durch den Verdampfungsprozess stärker mit Salz angereicherte Wasser wird auch Salzlake (Brine) genannt.Such heat exchanger systems are used, for example, for seawater desalination. In this method, the supplied seawater is heated, for example, with the waste heat of a power plant on the surface of pipes of a heat exchanger. The brine heated in the so-called Brine Heater evaporates in downstream expansion stages under reduced pressure, whereby the water vapor precipitates as condensate within the pipes of the stages and can be withdrawn as salt-free water. The salt-enriched water produced by the evaporation process is also called brine.
Das Umlenken der Medienströme, insbesondere von Dampf, durch an den Stirnseiten der Wärmeübertrager angeordnete Umlenkhauben hat zum einen den Nachteil, dass diese Umlenkung strömungstechnisch ungünstig ist, zum anderen kann es über die Oberflächen der Umlenkhauben zu ungewollten Verlusten von Wärmeenergie kommen.The redirecting of the media streams, in particular of steam, by deflecting hoods arranged on the end faces of the heat exchangers has the disadvantage, on the one hand, that this deflection is unfavorable in terms of flow; on the other hand, undesirable losses of thermal energy can occur over the surfaces of the deflecting hoods.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübertragersystem anzugeben, das sowohl strömungstechnisch als auch thermisch optimiert ist.Based on the known from the prior art disadvantages of the present invention has the object to provide a heat exchanger system that is optimized both fluidically and thermally.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem erfindungsgemäßen Wärmeübertragersystem dadurch gelöst, dass das Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers mit dem Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers in Verbindung steht, indem der zweite Wärmeübertrager mit einer Anschlussseite an dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers dichtend befestigt ist.The above object is achieved in a heat exchanger system according to the invention characterized in that the tube outer volume of the first heat exchanger is in communication with the inner tube volume of the second heat exchanger by the second heat exchanger is sealingly attached with a connection side to the housing of the first heat exchanger.
Um die Verbindung des Rohraußenvolumens des ersten Wärmeübertragers mit dem Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers herzustellen, weist der erste Wärmeübertrager beispielsweise in seinem Gehäuse eine Öffnung auf, die zusätzlich zu den Öffnungen an den Anschlussseiten des ersten Wärmeübertragers vorgesehen ist. Der zweite Wärmeübertrager wird dabei mit einer ersten Anschlussseite – die Öffnung im Gehäuse des ersten Wärmeübertragers umgreifend – am Gehäuse des ersten Wärmeübertragers dichtend befestigt, so dass beispielsweise im Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers vorhandener Dampf in das Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers eintreten kann.In order to establish the connection of the tube outer volume of the first heat exchanger with the tube internal volume of the second heat exchanger, the first heat exchanger has, for example, in its housing an opening which is provided in addition to the openings on the connection sides of the first heat exchanger. The second heat exchanger is thereby sealingly attached to the housing of the first heat exchanger with a first connection side - encompassing the opening in the housing of the first heat exchanger, so that, for example, steam present in the pipe outer volume of the first heat exchanger can enter the interior volume of the second heat exchanger.
Mit Rohraußenvolumen ist dabei stets das sämtliche Rohrleitungen des jeweiligen Wärmeübertragers umgebende Volumen gemeint, das von dem Gehäuse des entsprechenden Wärmeübertragers begrenzt ist. Das Rohrinnenvolumen eines Wärmeübertragers beschreibt die Summe der Volumina der einzelnen Rohrleitungen eines Wärmeübertragers, wobei die einzelnen Volumina der Rohrleitung und folglich auch das Rohrinnenvolumen jeweils über die Anschlussseiten eines Wärmeübertragers zugänglich sind.With outside pipe volume, the volume surrounding all the pipes of the respective heat exchanger is always meant, which is limited by the housing of the corresponding heat exchanger. The internal pipe volume of a heat exchanger describes the sum of the volumes of the individual pipes of a heat exchanger, wherein the individual volumes of the pipe and consequently also the internal pipe volume are accessible via the connection sides of a heat exchanger.
Nachfolgend wird zum besseren Verständnis stets das Anwendungsbeispiel der Meerwasserentsalzung für die Beschreibung herangezogen, bei der beispielsweise auf der Oberfläche von Rohrleitungen salzhaltiges Meerwasser verdampft wird, wobei der entstehende Dampf anschließend in weiteren Rohrleitungen kondensiert und als entsalztes oder salzfreies Wasser abgeführt wird. Dieses Anwendungsbeispiel soll jedoch keinesfalls beschränkend sein, da auch eine Vielzahl anderer Anwendungsmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragersystem denkbar ist.Below, for better understanding, the application of seawater desalination is always used for the description, in which, for example, salty seawater is evaporated on the surface of pipelines, the resulting vapor is then condensed in other pipelines and discharged as desalted or salt-free water. However, this application example is by no means intended to be limiting since a multiplicity of other possible applications for a heat exchanger system according to the invention is also conceivable.
Bei dem Anwendungsbeispiel der Meerwasserentsalzung wird ein heißes Medium, z. B. heißes Wasser aus einem Kraftwerk, durch die Rohrleitungen – durch das Rohrinnenvolumen – des ersten Wärmeübertragers geführt. Das heiße Medium erhitzt die Rohrleitungen des ersten Wärmeübertragers, so dass salzhaltiges Wasser, das im ersten Wärmeübertrager bzw. im Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers verrieselt oder versprüht wird, auf den heißen Oberflächen der Rohrleitungen des ersten Wärmeübertragers verdampft. Der dadurch im Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers entstehende Wasserdampf gelangt nunmehr durch die Öffnung im Gehäuse des ersten Wärmeübertragers in die Rohrleitungen des unmittelbar an das Gehäuse des ersten Wärmeübertragers mit einer ersten Anschlussseite angeschlossenen zweiten Wärmeübertrager, so dass der Dampf folglich in das Rohrinnenvolumen der Rohrleitungen des zweiten Wärmeübertragers eintritt. Das verstärkt salzhaltige Wasser, dass nicht auf den Oberflächen der Rohrleitungen verdampft, sammelt sich im unteren Bereich des Gehäuses des ersten Wärmeübertragers und wird von dort abgeführt.In the application of seawater desalination is a hot medium, for. B. hot water from a power plant, through the pipes - passed through the pipe internal volume - the first heat exchanger. The hot medium heats the pipes of the first heat exchanger, so that salty water, which is trickled or sprayed in the first heat exchanger or in the pipe outer volume of the first heat exchanger, evaporated on the hot surfaces of the pipes of the first heat exchanger. The water vapor thus produced in the tube outer volume of the first heat exchanger now passes through the opening in the housing of the first heat exchanger into the pipelines of the second heat exchanger connected directly to the housing of the first heat exchanger with a first connection side, so that the steam is consequently introduced into the internal pipe volume of the pipes of the first heat exchanger second heat exchanger occurs. The increasingly saline water, which does not evaporate on the surfaces of the pipes, collects in the lower part of the housing of the first heat exchanger and is discharged from there.
Der nunmehr im Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers vorhandene Dampf wird durch das Verrieseln eines kalten Mediums, z. B. erneut Salzwasser, im Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers kondensiert, so dass an der von dem ersten Wärmeübertrager abgewandten zweiten Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers salzfreies Wasser aus dem Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers austritt und von dort abgeführt werden kann.The now present in the pipe internal volume of the second heat exchanger steam is caused by the trickling of a cold medium, eg. B. again salt water, condensed in the tube outer volume of the second heat exchanger, so that at the side facing away from the first heat exchanger second connection side of the second heat exchanger salt-free water from the inner tube volume of the second heat exchanger exits and can be discharged from there.
Die Wärmeenergie des innerhalb des zweiten Wärmeübertragers kondensierten Wasserdampfs wird an das im Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers verrieselte Medium, also beispielsweise an das dort verrieselte Salzwasser übertragen, so dass im Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers erneut Wasserdampf entsteht, der vorzugsweise einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Eine denkbare weitere Verwendung ist das Kondensieren dieses Dampfes aus dem Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers, so dass auch dieser Dampf kondensiert und als salzfreies Wasser abgeführt werden kann.The heat energy of the condensed within the second heat exchanger water vapor is transferred to the trickled in the outer tube volume of the second heat exchanger medium, so for example to the salted water there, so that in the outer tube volume of the second heat exchanger again water vapor is formed, which is preferably fed to a further use. A conceivable further use is the condensation of this vapor from the tube outer volume of the second heat exchanger, so that this steam can be condensed and removed as salt-free water.
Das für die erste Verdampfung notwendige heiße Medium, das durch das Rohrinnenvolumen des ersten Wärmeübertragers geleitet wird, tritt auf der ersten Anschlussseite des ersten Wärmeübertragers in das Rohrinnenvolumen des ersten Wärmeübertragers ein und tritt nachfolgend abgekühlt auf der zweiten Anschlussseite des ersten Wärmeübertragers wieder aus dem Rohrinnenvolumen heraus und wird abgeführt. Die Wärmeenergie hat das heiße Medium zum Verdampfen an das im Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers versprühte Salzwasser abgegeben. Die von dem heißen Medium an das Salzwasser übertragene Wärmeenergie ist somit die ursprüngliche Ausgangsenergie, die dem Verfahren zugeführt wird und nachfolgend zur weiteren Verdampfung bzw. Kondensation in verschiedenen Stufen übertragen wird, wobei bei jedem Übertragungsschritt stets ein geringfügiger Verlust an Wärmeenergie auftritt.The hot medium required for the first evaporation, which is passed through the tube internal volume of the first heat exchanger, enters the inside volume of the first heat exchanger on the first connection side of the first heat exchanger and subsequently exits the inside volume of the tube on the second connection side of the first heat exchanger and is discharged. The heat energy has given off the hot medium for evaporation to the salt water sprayed in the tube outer volume of the first heat exchanger. The heat energy transferred from the hot medium to the salt water is thus the original output energy which is fed to the process and subsequently transferred for further evaporation or condensation in different stages, with a slight loss of heat energy always occurring at each transfer step.
Das unmittelbare Anschließen des zweiten Wärmeübertragers mit einer Anschlussseite an das Gehäuse des ersten Wärmeübertragers bzw. durch das Verbinden des Rohraußenvolumens des ersten Wärmeübertragers mit dem Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers durch das unmittelbare Anschließen hat den Vorteil, dass auf die Verwendung einer strömungstechnisch und thermisch ungünstigen Umlenkhaube verzichtet werden kann. Folglich werden die an einer Umlenkhaube auftretenden Wärmeverluste verhindert und eine optimale Nutzung der Wärmeenergie realisiert, abgesehen von dem Umstand, dass auch der Wegfall der Hauben konstruktive und ökonomische Vorteile bietet.The immediate connection of the second heat exchanger with a connection side to the housing of the first heat exchanger or by connecting the outer tube volume of the first heat exchanger with the inner tube volume of the second heat exchanger by the direct connection has the advantage that dispenses with the use of a fluidically and thermally unfavorable Umlenkhaube can be. Consequently, the heat losses occurring at a deflecting hood are prevented and an optimal utilization of the heat energy is realized, apart from the fact that the omission of the hoods offers constructional and economic advantages.
Um einen optimalen Anschluss des Rohrinnenvolumens des zweiten Wärmeübertragers an das Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers zu gewährleisten, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Wärmeübertragersystems vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager mit einer Anschlussseite mit einer Flanschverbindung am Gehäuse des ersten Wärmeübertragers befestigt ist, wobei insbesondere eine Flachdichtung zwischen der Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers und dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers angeordnet ist. Durch die Flanschverbindung ist der zweite Wärmeübertrager mit seiner Anschlussseite an dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers anschraubbar, wodurch eine lösbare aber zuverlässige Verbindung realisiert wird. Dazu ist beispielsweise am zweiten Wärmeübertrager ein die Anschlussseite umgebender Flansch vorgesehen, der von Schrauben zur Befestigung am Gehäuse des ersten Wärmeübertragers durchtreten werden kann, wobei am Gehäuse des ersten Wärmeübertragers korrespondierende Gewinde oder Aufnahmen für die Schrauben vorgesehen sind.In order to ensure an optimal connection of the inner tube volume of the second heat exchanger to the outer tube volume of the first heat exchanger, according to a preferred embodiment of the heat exchanger system is provided that the second heat exchanger is attached to a connection side with a flange on the housing of the first heat exchanger, in particular a flat gasket between the connection side of the second heat exchanger and the housing of the first heat exchanger is arranged. Due to the flange connection, the second heat exchanger can be screwed with its connection side to the housing of the first heat exchanger, whereby a detachable but reliable connection is realized. For this purpose, for example, a connection side surrounding the flange is provided on the second heat exchanger, which can be passed by screws for attachment to the housing of the first heat exchanger, wherein the housing of the first heat exchanger corresponding threads or receptacles are provided for the screws.
Die erste Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers wird derart mit dem Flansch mit dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers verschraubt, dass die Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers, von der das Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers zugänglich ist, die Öffnung im Gehäuse des ersten Wärmeübertragers vollständig abdeckt, so dass aus dem Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers durch die Öffnung austretender Dampf ausschließlich in das Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers eintreten kann. Um das Austreten von Dampf in die Umgebung und auch das Eintreten von Leckluft bei im Wärmeübertrager vorhandenem Unterdruck zu verhindern, ist vorgesehen, dass zwischen der Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers und dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers eine Flachdichtung angeordnet ist, die vorzugsweise die Öffnung im Gehäuse des ersten Wärmeübertragers vollständig umgibt. Die Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers wird dann zur Befestigung auf die Flachdichtung aufgesetzt und der zweite Wärmeübertrager mit dem ersten Wärmeübertrager verschraubt, wodurch eine dichtende Verbindung zwischen den Wärmeübertragern entsteht.The first connection side of the second heat exchanger is screwed to the flange with the housing of the first heat exchanger, that the connection side of the second heat exchanger, from which the inner tube volume of the second heat exchanger is accessible, the opening in the housing of the first heat exchanger completely covers, so that from the Pipe outside volume of the first heat exchanger through the opening exiting steam can enter only in the inner tube volume of the second heat exchanger. In order to prevent the escape of steam into the environment and also the ingress of leakage air in the heat exchanger existing negative pressure, it is provided that between the connection side of the second heat exchanger and the housing of the first heat exchanger, a flat gasket is arranged, preferably the opening in the housing of completely surrounds the first heat exchanger. The connection side of the second heat exchanger is then placed for attachment to the gasket and the second heat exchanger bolted to the first heat exchanger, creating a sealing connection between the heat exchangers.
Zur einfachen Herstellung einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Gehäuse der Wärmeübertrager quaderförmig ausgestaltet sind, wobei insbesondere die Anschlussseiten an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten vorgesehen sind. Durch die quaderförmige Ausgestaltung der Wärmeübertrager kann beispielsweise der zweite Wärmeübertrager mit seiner Anschlussseite an einer Seitenfläche des Gehäuses des ersten Wärmeübertragers befestigt werden, wobei vorteilhaft ist, dass sowohl die Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers als auch die Seitenfläche des ersten Wärmeübertragers aufgrund der quaderförmigen Ausgestaltung eben ist. Als Seitenflächen werden die Flächen bezeichnet, die sich parallel zu den Rohrleitungen als Seitenflächen des Quaders erstrecken, wenn an den Stirnseiten der Rohrleitungen die Anschlussseiten vorgesehen sind. Daraus folgt dann auch, dass sich – bei geraden Rohrleitungen – die Anschlussseiten des Wärmeübertragers gegenüberliegen bzw. an gegenüberliegenden Stirnseiten positioniert sind.For easy production of a reliable connection between the first heat exchanger and the second heat exchanger is provided according to an advantageous development, in that the housings of the heat exchangers are of cuboid design, wherein in particular the connection sides are provided on two opposite end faces. Due to the parallelepiped configuration of the heat exchanger, for example, the second heat exchanger can be fastened with its connection side on a side surface of the housing of the first heat exchanger, wherein it is advantageous that both the connection side of the second heat exchanger and the side surface of the first heat exchanger due to the cuboid configuration is flat. Side surfaces are the surfaces that extend parallel to the pipes as side surfaces of the cuboid, if the connection sides are provided at the end faces of the pipes. It then follows that - in straight pipes - the connection sides of the heat exchanger are opposite or positioned on opposite end faces.
Wenn der zweite Wärmeübertrager mit einer seiner Anschlussseiten am Gehäuse des ersten Wärmeübertragers befestigt ist, insbesondere wenn die Wärmeübertrager quaderförmig ausgestaltet ist, dann folgt auch, dass bei dieser Anordnung die Rohrleitungen des ersten Wärmeübertragers orthogonal zu den Rohrleitungen des zweiten Wärmeübertragers angeordnet sind.If the second heat exchanger is fastened with one of its connection sides on the housing of the first heat exchanger, in particular if the heat exchanger is configured cuboid, then it follows that in this arrangement, the pipes of the first heat exchanger are arranged orthogonal to the pipes of the second heat exchanger.
Alternativ zu einer quaderförmigen Ausgestaltung der Wärmeübertrager ist vorgesehen, dass die Gehäuse der Wärmeübertrager eine winkelförmige Grundfläche aufweisen, also die Grundfläche eines Wärmeübertragers beispielsweise die Form eines L aufweist, wodurch sich vorteilhafte, in sich verschachtelte Anordnungsmöglichkeiten des ersten Wärmeübertragers relativ zum zweiten Wärmeübertrager ergeben. Während die Form eines L einen Winkel von 90° aufweist, sind je nach Anwendungsgebiet sämtliche anderen Winkel zwischen 0° und 90° realisierbar.As an alternative to a parallelepiped configuration of the heat exchangers, it is provided that the housings of the heat exchangers have an angular base surface, that is, the base of a heat exchanger has, for example, the shape of an L, resulting in advantageous nested arrangement possibilities of the first heat exchanger relative to the second heat exchanger. While the shape of an L has an angle of 90 °, depending on the field of application, all other angles between 0 ° and 90 ° can be realized.
Damit innerhalb des ersten Wärmeübertragers eine optimale Verdampfung realisiert wird, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager im von einer ersten Anschlussseite des ersten Wärmeübertragers abgewandten Endbereich des Gehäuses des ersten Wärmeübertragers befestigt ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der zweite Wärmeübertrager in einem Endbereich des Gehäuses des ersten Wärmeübertragers befestigt ist, der von der Eintrittsseite eines Mediums in das Rohrinnenvolumen abgewandt ist, so dass eine optimale Verdampfung auf der Oberfläche der Rohrleitungen gewährleistet ist. Das in das Rohrinnenvolumen des ersten Wärmeübertragers eintretende Medium ist an der Eintrittsseite in das Rohrinnenvolumen am heißesten und kühlt sich im Verlauf zur zweiten Anschlussseite, also zur Austrittsseite hin ab. Der zweite Wärmeübertrager ist dazu also vorzugsweise im Endbereich in Richtung der Austrittsseite befestigt, nämlich dort, wo das in dem Rohrinnenvolumen des ersten Wärmeübertragers geführte Medium schon abgekühlt bzw. kondensiert ist.In order for optimum evaporation to be realized within the first heat exchanger, it is provided according to a further embodiment that the second heat exchanger is fastened in the end region of the housing of the first heat exchanger remote from a first connection side of the first heat exchanger. It is advantageous if the second heat exchanger is fixed in an end region of the housing of the first heat exchanger, which is remote from the inlet side of a medium in the inner tube volume, so that an optimal evaporation is ensured on the surface of the pipes. The medium entering the tube inner volume of the first heat exchanger is hottest at the inlet side into the tube inner volume and cools down in the course of the second connection side, that is to say to the outlet side. The second heat exchanger is therefore preferably attached in the end region in the direction of the outlet side, namely where the guided in the inner tube volume of the first heat exchanger medium is already cooled or condensed.
In Abhängigkeit von dem Aufstellungsort des Wärmeübertragersystems ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers und der Anschlussseite des zweiten Wärmeübertragers ein Winkelmodul vorgesehen ist, so dass der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager auch nichtorthogonal zueinander anordenbar sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager unmittelbar, d. h. ohne Verbindungselemente, mit einer seiner Anschlussseiten an dem Gehäuse des ersten Wärmeübertragers befestigt ist. Wenn es allerdings räumliche Gegebenheiten notwendig machen, dass die Wärmeübertrager in einem Winkel abweichend von 90° zueinander orientiert sind, dann ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager ein Winkelmodul angeordnet ist, dass den durch die winklige Anordnung entstehenden Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager überbrückt und abdichtet. Vorzugsweise ist der zweite Wärmeübertrager bei einer solchen Anordnung bereits an einer seiner Anschlussseiten winklig ausgestaltet, so dass eine unmittelbare Verbindung zwischen den beiden Wärmeübertragern gewährleistet ist.Depending on the location of the heat exchanger system is provided according to an advantageous embodiment, that between the housing of the first heat exchanger and the connection side of the second heat exchanger, an angle module is provided so that the first heat exchanger and the second heat exchanger are not orthogonal to each other can be arranged. It is preferably provided that the second heat exchanger directly, d. H. fastened without fasteners, with one of its terminal sides to the housing of the first heat exchanger. However, if spatial conditions make it necessary for the heat exchangers to be oriented at an angle other than 90 ° to one another, then it is provided that an angle module is arranged between the first heat exchanger and the second heat exchanger, so that the gap formed between them by the angled arrangement bridged and sealed first and second heat exchanger. Preferably, in such an arrangement, the second heat exchanger is already designed at an angle on one of its connection sides, so that a direct connection between the two heat exchangers is ensured.
Zur Realisierung einer optimalen Kaskade aus Verdampfung und Kondensation und insbesondere zur optimalen Nutzung einer begrenzten Menge an Wärmeenergie hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn mehr als zwei Wärmeübertrager hintereinander angeordnet sind, wobei in Strömungsrichtung des Rohrinnenvolumens gesehen jeweils das durch das Gehäuse begrenzte Rohraußenvolumen des jeweils vorangehenden Wärmeübertragers mit dem Rohrinnenvolumen des nachfolgend angeordneten Wärmeübertragers verbunden ist. Durch diese Anordnung entsteht eine Mehrzahl von Paaren von ersten und zweiten Wärmeübertragern, die hintereinander angeordnet sind, d. h. der zweite Wärmeübertrager ist in einem zweiten Paar mit einem nachgeschalteten dritten Wärmeübertrager der nach dem Verständnis der Erfindung ”erste” Wärmeübertrager usw.To realize an optimal cascade of evaporation and condensation and in particular for the optimal use of a limited amount of heat energy has been found to be advantageous if more than two heat exchangers are arranged one behind the other, as seen in the flow direction of the inner tube volume each bounded by the outer tube volume of each preceding Heat exchanger is connected to the inner tube volume of the subsequently arranged heat exchanger. By this arrangement, a plurality of pairs of first and second heat exchangers are arranged, which are arranged one behind the other, d. H. the second heat exchanger is in a second pair with a downstream third heat exchanger of the understanding of the invention "first" heat exchanger, etc.
Dadurch kann folglich – anknüpfend an die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einem ersten und einem zweiten Wärmeübertrager – der im zweiten Wärmeübertrager durch die Kondensation des innerhalb des Rohrinnenvolumens des zweiten Wärmeübertragers geführten Mediums entstehende Dampf im Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers in einen mit einer Anschlussseite an das Gehäuse des zweiten Wärmeübertragers angeschlossenen dritten Wärmeübertrager, insbesondere in dessen Rohrinnenvolumen, eingeleitet werden.As a result, following the description of an exemplary embodiment with a first and a second heat exchanger, the vapor produced in the second heat exchanger by the condensation of the medium guided inside the inner volume of the second heat exchanger in the outer volume of the second heat exchanger can be converted into one having a connection side to the housing of the second heat exchanger connected third heat exchanger, in particular in the inner tube volume, are introduced.
In diesem dritten Wärmeübertrager erfolgt erneut ein Verdampfen von im Rohraußenvolumen des dritten Wärmeübertragers versprühten Salzwassers durch die Abgabe der Wärmeenergie des im Rohrinnenvolumen des dritten Wärmeübertragers vorhandenen Dampfes an das Salzwasser, so dass im Rohraußenvolumen des dritten Wärmeübertragers wiederum Dampf entsteht. Dieser Dampf wird nachfolgend in das Rohrinnenvolumen eines vierten Wärmeübertragers geleitet, der an das Gehäuse des dritten Wärmeübertragers angeschlossen wird. Diese Kette von Verdampfung von Salzwasser durch die Kondensation von bereits erzeugtem Wasserdampf kann in einer beliebig langen Kette von nacheinander erfindungsgemäß angeordneten Wärmeübertragern fortgesetzt werden. Die Anzahl der so hintereinandergeschalteter Wärmeübertrager ist lediglich durch die ursprünglich eingebrachte Wärmeenergie und durch die entstehenden Druckverluste beschränkt.In this third heat exchanger an evaporation of salt water sprayed in the tube outer volume of the third heat exchanger takes place again by the release of the heat energy of the existing in the tube internal volume of the third heat exchanger steam to the salt water, so that in turn pipe outside volume of the third heat exchanger steam is formed. This vapor is subsequently passed into the inner tube volume of a fourth heat exchanger, which is connected to the housing of the third heat exchanger. This chain of evaporation of salt water by the condensation of water vapor already generated can be continued in an arbitrarily long chain of sequentially inventively arranged heat exchangers. The number of so connected in series heat exchanger is limited only by the originally introduced heat energy and by the resulting pressure losses.
Am letzten Wärmeübertrager einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Wärmeübertragern ist ein Kondensator befestigt, der den im Rohraußenvolumen des letzten Wärmeübertragers erzeugten Dampf, der durch die Kondensation in einem vorangehenden Wärmeübertrager entstanden ist, durch den Einsatz eines Kühlmediums, beispielsweise Meerwasser, vollständig kondensiert, so dass die Kaskade von hintereinander angeordneten Wärmeübertragern beendet wird. Der Kondensator ist dabei im Wesentlichen ausgestaltet wie ein Wärmeübertrager, ist bevorzugt jedoch in seinen äußeren Abmessungen etwas kleiner. Der Kondensator ist – abweichend von den zuvor beschriebenen Kaskaden von Wärmeübertragern – mit seinem Rohraußenvolumen mit dem Rohraußenvolumen des letzten Wärmeübertragers verbunden, so dass der Dampf, der im Rohraußenvolumen des letzten Wärmeübertragers entsteht, unmittelbar in das Rohraußenvolumen des Kondensators gelangt. Anschließend kann das im Rohrinnenvolumen des Kondensators geführte Kühlmedium den verbleibenden Dampf vollständig kondensieren.At the last heat exchanger of a plurality of successively arranged heat exchangers, a condenser is attached, which completely condenses the steam generated in the pipe outer volume of the last heat exchanger, which is caused by the condensation in a preceding heat exchanger, by the use of a cooling medium, such as seawater, so that the Cascade of successively arranged heat exchangers is terminated. The condenser is designed substantially like a heat exchanger, but is preferably somewhat smaller in its outer dimensions. Deviating from the cascades of heat exchangers described above, the condenser is connected with its outer pipe volume to the pipe outer volume of the last heat exchanger, so that the steam which arises in the pipe outer volume of the last heat exchanger passes directly into the pipe outer volume of the condenser. Subsequently, the guided in the inner tube volume of the condenser cooling medium can completely condense the remaining vapor.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung herausgestellt, bei der acht Wärmeübertrager hintereinander angeordnet sind, wobei insbesondere der jeweils nachfolgende Wärmeübertrager in einem Winkel von etwa 90° zum vorangehenden Wärmeübertrager angeordnet ist. Bei einem Wärmeübertragersystem mit acht Wärmeübertragern hat sich herausgestellt, dass eine optimale Ausnutzung der ursprünglich vorhandenen Wärmeenergie zur Erzeugung von salzfreiem Wasser gewährleistet ist. Bei jedem Wärmeübertrager ist dabei von einem Temperaturverlust von etwa 3°K auszugehen. Um einen strömungstechnisch optimierten Verlauf des verdampften Wasser zu haben, sind die nachfolgenden Wärmeübertrager jeweils in einem Winkel von etwa 90° zum vorangehenden Wärmeübertrager angeordnet, so dass im Rohraußenraum des vorangehenden Wärmeübertragers vorhandener Dampf unmittelbar in das Rohrinnenvolumen des nachfolgenden Wärmeübertragers eintreten kann.Particularly advantageous, an arrangement has been found in which eight heat exchangers are arranged one behind the other, in particular, the respective subsequent heat exchanger is arranged at an angle of about 90 ° to the preceding heat exchanger. In a heat exchanger system with eight heat exchangers, it has been found that optimal utilization of the originally available heat energy to produce salt-free water is ensured. For each heat exchanger, a temperature loss of about 3 ° K is assumed. In order to have a flow-optimized course of the evaporated water, the following heat exchangers are each arranged at an angle of about 90 ° to the preceding heat exchanger, so that in the pipe exterior of the previous heat exchanger existing steam can enter directly into the inner tube volume of the subsequent heat exchanger.
Insbesondere zu Wartungs- und Reinigungszwecken hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wärmeübertrager nach dem Lösen der Verbindung untereinander bewegbar gelagert sind, insbesondere auf einem Schienensystem bewegbar sind. Durch diese Ausgestaltung ist ermöglicht, dass ein Wärmeübertrager, nachdem er von seinen Verbindungen mit Rohrleitungen bzw. anderen Wärmeübertragern gelöst ist, aus seiner Position herausbewegt werden kann, so dass beispielsweise andere Wärmeübertrager, Rohrleitungen, aber auch im Montagezustand nicht zugängliche Seiten des gelösten Wärmeübertragers für Wartungs- und Reparaturzwecke zugänglich werden. Der Wärmeübertrager ist dazu beispielsweise auf Rollen gelagert, die von einer Leitschiene geführt werden, so dass der Wärmeübertrager beispielsweise in einem Winkel von 90° zur Längserstreckung seiner Rohrleitungen bewegbar wird. Im Montagezustand bzw. im Betriebszustand sind die Rollen blockiert bzw. der Wärmeübertrager beispielsweise anderweitig abgestützt oder abgesenkt, so dass keine Vibrationen oder Verschiebungen des Wärmeübertragers entstehen können.In particular, for maintenance and cleaning has been found to be particularly advantageous if the heat exchanger are mounted to each other movable after releasing the connection, in particular on a rail system are movable. This configuration makes it possible that a heat exchanger, after it is released from its connections with pipelines or other heat exchangers, can be moved out of its position, so that, for example, other heat exchangers, pipes, but also in the assembled state inaccessible sides of the dissolved heat exchanger for Maintenance and repair purposes are accessible. The heat exchanger is, for example, mounted on rollers, which are guided by a guide rail, so that the heat exchanger, for example, at an angle of 90 ° to the longitudinal extension of its pipes is movable. In the assembled state or in the operating state, the rollers are blocked or the heat exchanger, for example, otherwise supported or lowered, so that no vibrations or displacements of the heat exchanger can arise.
Als besonders vorteilhaft hat sich insbesondere herausgestellt, wenn die Wärmeübertrager jeweils eine Mehrzahl von Rohrleitungen als Wärmeübertragungsfläche aufweisen, wobei an mindestens einer Anschlussseite des Wärmeübertragers mindestens eine dichtende Verbindung herstellbar ist, wobei von dem Wärmeübertrager mindestens zwei Wärmeübertragermodule und mindestens eine Tragstruktur umfasst sind, wobei die Wärmeübertragermodule jeweils Rohrleitungen und wenigstens eine Rohrplatte umfassen, wobei die Rohrleitungen in ihren Endbereichen über die Rohrplatte miteinander verbunden sind, wobei die Wärmeübertragermodule mit den Rohrplatten derart in der Tragstruktur befestigbar sind, dass das Rohrinnenvolumen des zweiten Wärmeübertragers mit dem Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers verbindbar ist und das Rohraußenvolumen des zweiten Wärmeübertragers gegen das Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers abgedichtet ist, und wobei die Tragstruktur die Wärmeübertragermodule derart umgibt, dass ein Teil der Kräfte von der Tragstruktur abgetragen wird.Particularly advantageous has been found particularly when the heat exchanger each having a plurality of pipes as a heat transfer surface, wherein at least one connection side of the heat exchanger at least one sealing connection can be produced, wherein the heat exchanger at least two heat exchanger modules and at least one support structure are included, wherein the Heat exchanger modules each comprise pipes and at least one tube plate, wherein the pipes are connected in their end regions via the tube plate, wherein the heat exchanger modules are fastened to the tube plates in the support structure such that the inner tube volume of the second heat exchanger with the tube outer volume of the first heat exchanger is connectable and the outer pipe volume of the second heat exchanger is sealed against the outer pipe volume of the first heat exchanger, and wherein the support structure, the heat u Surrounding modules such that a part of the forces is removed from the support structure.
Dem zuvor beschriebenen Wärmeübertrager liegt die Idee zugrunde, die wärmeübertragenden Bauelemente bzw. das wärmeübertragende System von den kraftübertragenden Bauelementen zu trennen bzw. die wärmeübertragenden Bauelemente maßgeblich von den Tragwerksaufgaben zu entlasten. Die wärmeübertragenden Bauelemente könnten infolge dessen nahezu ausschließlich dahingehend ausgelegt werden, Wärme optimal zu übertragen, während die kraftübertragenden Bauelemente dahingehend ausgestaltet werden können, die im System entstehenden Kräfte optimal abzutragen.The heat exchanger described above is based on the idea, the heat-transmitting components or the heat-transmitting Separate system from the power-transmitting components or relieve the heat-transferring components significantly from the structural tasks. As a result, the heat-transferring components could be designed almost exclusively to transfer heat optimally, while the force-transmitting components can be designed to optimally remove the forces generated in the system.
Durch diese Ausgestaltung werden die Rohrleitungen der Wärmeübertragermodule von der Kraftübertragung entlastet, so dass eine Verlagerung der zu übertragenden Kräfte von den Rohrleitungen auf die Tragstruktur erfolgt. Selbstverständlich können die Wärmeübertragermodule nicht vollständig von jeglicher Kraftübertragung befreit werden, jedoch soll mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion eine maßgebliche Entlastung der Wärmeübertragermodule erfolgen, so dass die Wärmeübertragermodule insgesamt, aber insbesondere die Rohrleitungen, weniger massiv ausgestaltet werden müssen. Die Wärmeübertragermodule, als wärmeübertragende Bauelemente, bestehen dabei aus einer bestimmten Mehrzahl von Rohrleitungen, die mit wenigstens einer Rohrplatte in ihren Endbereichen miteinander verbunden und zu einem Rohrbündel zusammengefasst sind.As a result of this embodiment, the pipelines of the heat exchanger modules are relieved of the transmission of force, so that a displacement of the forces to be transmitted from the pipelines to the support structure takes place. Of course, the heat exchanger modules can not be completely freed from any power transmission, but should be done with a construction according to the invention a significant relief of the heat exchanger modules, so that the heat exchanger modules in general, but in particular the pipes must be made less massive. The heat exchanger modules, as heat-transmitting components, in this case consist of a specific plurality of pipelines, which are connected to each other with at least one tube plate in their end regions and combined to form a tube bundle.
Die Wärmeübertragermodule sind im Montagezustand des Wärmeübertragers von der Tragstruktur umgeben, so dass die Austritts- bzw. Eintrittsquerschnitte der Rohrleitungen mit dem Rohraußenvolumen eines Wärmeübertragers verbunden werden können, wobei das im Rohrinnenvolumen geführte Medium gegen das die Rohrleitungen umströmende Medium abgedichtet ist. Die in dem Wärmeübertrager aus Druck oder aus dem strömenden Medium resultierenden Kräfte werden dabei von der die Wärmeübertragermodule umgebenden Tragstruktur abgetragen, so dass die Rohrleitungen im Wesentlichen von der Kraftübertragung entlastet werden. Diese Entlastung der Rohrleitungen und Rohrplatten von der Kraftübertragung führt dazu, dass die Rohrleitungen und die Rohrplatten insgesamt aus wesentlich dünnerem Material konstruiert werden können, was zu einer erheblichen Materialeinsparung und einem optimierten Wärmeübergang führt. Die Rohrleitungen, die Rohrplatten und die Tragstruktur sind vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl oder einem Edelstahl gefertigt.The heat exchanger modules are surrounded in the assembled state of the heat exchanger of the support structure, so that the outlet or inlet cross sections of the pipes can be connected to the tube outer volume of a heat exchanger, wherein the guided in the inner tube volume medium is sealed against the medium flowing around the pipes. The forces resulting from pressure or from the flowing medium in the heat exchanger are thereby removed by the supporting structure surrounding the heat exchanger modules, so that the pipelines are substantially relieved of the power transmission. This relief of the piping and tube plates of the power transmission causes the pipes and the tube plates can be constructed from a much thinner material, resulting in a considerable material savings and an optimized heat transfer. The piping, the tube plates and the support structure are preferably made of a stainless steel or a stainless steel.
Die Rohrleitungen werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zusätzlich entlastet, indem die Tragstruktur derart zwischen den Wärmeübertragermodulen angeordnet ist, dass auf der aus einer Mehrzahl von Rohrplatten und der Tragstruktur gebildeten Anschlussseite des Wärmeübertragers auftretende Kräfte gleichmäßig über die Anschlussseite verteilt abgetragen werden, insbesondere von der Tragstruktur abgetragen werden. Darunter ist nicht zu verstehen, dass die Kraft als Flächenlast abgetragen wird, sondern vielmehr, dass die Abtragpunkte für die wirksame Kraft zwar diskret, aber gleichmäßig verteilt über die Gesamtwirkfläche – die Rohrplatte – sind. Bei dieser Ausgestaltung bildet die Tragstruktur eine gleichmäßige Gitter- bzw. Rasterstruktur, die die Anschlussfläche für den Anschluss am Wärmeübertrager in gleichmäßige Felder mit geringer Fläche aufteilt, wobei wenigstens an den Kreuzungspunkten der Tragstruktur, die Kräfte in axialer Längsrichtung des Wärmeübertragers abgetragen werden. Die Größe eines Feldes entspricht dabei im Wesentlichen der Größe einer Rohrplatte. Äquivalentes gilt für die Stabilität des ersten Wärmeübertragers im Bereich der Öffnung für den Anschluss des zweiten Wärmeübertragers.The pipelines are additionally relieved in accordance with a preferred embodiment, in that the support structure is arranged between the heat exchanger modules such that forces occurring on the connection side of the heat exchanger formed from a plurality of tube plates and the support structure are removed evenly distributed over the connection side, in particular removed from the support structure become. This does not mean that the force is removed as surface load, but rather that the removal points for the effective force are discrete, but evenly distributed over the total effective area - the tube plate - are. In this embodiment, the support structure forms a uniform grid or grid structure, which divides the connection surface for connection to the heat exchanger in uniform fields with a small area, wherein at least at the intersection of the support structure, the forces are removed in the axial longitudinal direction of the heat exchanger. The size of a field corresponds essentially to the size of a tube plate. The same applies to the stability of the first heat exchanger in the region of the opening for the connection of the second heat exchanger.
Der gitterartige Aufbau der Tragstruktur gewährleistet eine einfache Verbindung der Rohraußenvolumina der einzelnen Wärmeübertragermodule zu einem globalen Rohraußenvolumen. Die Wärmeübertragermodule werden dafür in die dreidimensionale Tragstruktur eingesetzt, so dass das Wärmeübertragermodul und insbesondere die Rohrplatte gleichmäßig von der Tragstruktur umgeben sind. Der zweite Wärmeübertrager wird vorzugsweise an der Tragstruktur befestigt. Durch die Aufteilung der Anschlussfläche in eine Mehrzahl von Feldern mit je einer Rohrplatte geringer Größe, wobei die Tragstruktur die gesamte Anschlussfläche gleichmäßig stützt, kann die Größe der Anschlussseite beliebig erweitert werden, ohne dass durch etwaige Instabilitäten der Anschlussseite die Rohrleitungen zusätzlich belastet werden.The lattice-like structure of the support structure ensures a simple connection of the tube outer volumes of the individual heat exchanger modules to a global outer tube volume. The heat exchanger modules are used for this purpose in the three-dimensional support structure, so that the heat exchanger module and in particular the tube plate are uniformly surrounded by the support structure. The second heat exchanger is preferably fastened to the support structure. By dividing the pad in a plurality of fields, each with a tube plate of small size, wherein the support structure supports the entire pad uniformly, the size of the connection side can be arbitrarily extended without any instabilities of the connection side, the pipes are additionally burdened.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht des Weiteren vor, dass die Wärmeübertragermodule jeweils mindestens zwei Rohrplatten aufweisen, die die Rohrleitungen in ihren Endbereichen miteinander verbinden, wobei bevorzugt die Rohrleitungen gerade sind. Das Wärmeübertragermodul weist dabei in seiner Längserstreckung an beiden Enden jeweils eine Rohrplatte auf, die die Rohrleitungen miteinander verbinden, so dass aus der Einheit von Rohrplatten und Rohrleitungen ein symmetrisches Wärmeübertragermodul entsteht. Bevorzugt sind die Rohrleitungen dabei gerade ausgebildet, so dass an beiden Enden des Wärmeübertragers in seiner axialen Längserstreckung – an den Stirnseiten – jeweils durch die Rohrplatte ein Segment einer Anschlussseite ausgebildet wird, wobei sich an einem Ende der Medium-Eintritt und an dem anderen Ende der Medium-Austritt befindet. Die Rohrleitungen schließen bevorzugt bündig mit der Rohrplatte ab, so dass die Rohrplatte die Schnittstelle der Wärmeübertragermodule zur Tragstruktur darstellt. Die Rohrplatten schließen vorzugsweise an beiden Enden auch bündig mit der Tragstruktur ab und sind dichtend mit dieser verbunden.An advantageous embodiment further provides that the heat exchanger modules each have at least two tube plates which connect the pipes in their end regions with each other, wherein preferably the pipes are straight. The heat exchanger module has in its longitudinal extension at both ends in each case a tube plate, which connect the pipes together, so that from the unit of tube plates and pipes, a symmetrical heat exchanger module is formed. Preferably, the pipes are straight, so that at both ends of the heat exchanger in its axial longitudinal extent - at the end faces - each formed by the tube plate, a segment of a connection side, wherein at one end of the medium inlet and at the other end of the Medium outlet is located. The pipelines preferably terminate flush with the tube plate, so that the tube plate represents the interface of the heat exchanger modules to the support structure. The tubesheets preferably terminate flush with the support structure at both ends and are sealingly connected thereto.
Die Wärmeübertragermodule liegen bevorzugt horizontal und parallel zueinander angeordnet in der Tragstruktur und werden von dieser – in vertikaler Richtung – gestützt. Neben dieser Stützfunktion der Tragstruktur werden von der Tragstruktur zusätzlich in Längsrichtung der Rohrleitungen in axialer Längsrichtung der Wärmeübertrager auftretende Kräfte aufgenommen und abgetragen, so dass die Rohrleitungen von Kräften entlastet werden. An den Anschlussseiten ist die Verbindung zwischen Tragstruktur und der Rohrplatte jeweils dichtend ausgestaltet, so dass die Anschlussseiten insgesamt dicht sind. The heat exchanger modules are preferably arranged horizontally and parallel to each other in the support structure and are supported by the latter - in the vertical direction. In addition to this support function of the support structure, forces occurring and removed by the support structure in addition in the longitudinal direction of the pipes in the axial longitudinal direction of the heat exchanger are absorbed and removed, so that the pipelines are relieved of forces. At the connection sides, the connection between the support structure and the tube plate is in each case designed to be sealing, so that the connection sides are altogether tight.
Um den Rohraußenraum zur Führung eines Mediums zu definieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass an der Tragstruktur flächige Bauelemente befestigbar sind, die im montierten Zustand das Gehäuse des Wärmeübertragers bilden. Auf die vorzugsweise gitterartige Struktur der Tragstruktur werden flächige Bauelemente – insbesondere Platten oder Bleche – befestigt, so dass sich die flächigen Bauelemente membranartig über die Tragstruktur erstrecken und das Rohraußenvolumen begrenzen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für das Außengehäuse des Wärmeübertragers flächige Bauelemente aus einem sehr dünnen Material gewählt werden können, da eine regelmäßige Abstützung des Materials durch die Tragstruktur erfolgt. Dickwandige Bauelemente, die das Außengehäuse bilden und den hohen Drücken standhalten, sind durch diese Konstruktion nicht mehr erforderlich, so dass auch hier eine Materialeinsparung erreicht wird.In order to define the outer pipe space for the guidance of a medium, it is preferably provided that surface-mounted components can be fastened to the supporting structure, which in the mounted state form the housing of the heat exchanger. On the preferably grid-like structure of the support structure planar components - in particular plates or sheets - fixed so that the sheet-like elements extend in a membrane over the support structure and limit the pipe outside volume. This embodiment has the advantage that flat components of a very thin material can be selected for the outer housing of the heat exchanger, since a regular support of the material takes place through the support structure. Thick-walled components that form the outer housing and withstand the high pressures are no longer required by this construction, so that here too a material saving is achieved.
Herrscht beispielsweise im Rohraußenvolumen ein Unterdruck bezüglich der Umgebung, so würde das Gehäuse bei nicht ausreichender Abstützung zusammengedrückt, wenn die Dicke des Materials nicht ausreichend ist. Durch die Tragstruktur wird das Außengehäuse sowohl für inneren als auch für äußeren Überdruck abgestützt. Durch die mögliche Verwendung eines dünneren Materials für das Außengehäuse des Wärmeübertragers wird zum einen Material gespart zum anderen wird das Gesamtgewicht des Wärmeübertragers nennenswert reduziert und ein Anschluss eines weiteres Wärmeübertragers vereinfacht.If, for example, a negative pressure with respect to the environment prevails in the pipe outer volume, the housing would be compressed if not sufficiently supported if the thickness of the material is insufficient. Due to the support structure, the outer housing is supported for both internal and external overpressure. By the possible use of a thinner material for the outer casing of the heat exchanger material is saved on the one hand to the other, the total weight of the heat exchanger is significantly reduced and simplified connection of another heat exchanger.
Die Tragstruktur des Wärmeübertragers kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tragstruktur aus einem Rahmen besteht, wobei der Rahmen eine Mehrzahl von räumlich angeordneten Quadern ausbildet, insbesondere der Rahmen aus quer und längs zu den Wärmeübertragermodulen angeordneten Profilen gebildet ist, wobei die Profile jeweils an ihren Enden miteinander verbindbar sind, vorzugsweise form-, kraft- oder stoffschlüssig. Die Tragstruktur besteht aus einem Rahmen, der im Wesentlichen aus Quadern gebildet ist. Die Quader entstehen durch das Anordnen und Verbinden der Profile längs und quer zu den Wärmeübertragermodulen bzw. den Rohrleitungen.The support structure of the heat exchanger can be configured in different ways. According to a preferred embodiment, it is provided that the support structure consists of a frame, wherein the frame forms a plurality of spatially arranged cuboids, in particular the frame is formed from transversely and longitudinally arranged to the heat exchanger modules profiles, wherein the profiles each connectable at their ends are, preferably positive, non-positive or cohesive. The support structure consists of a frame which is formed essentially of blocks. The cuboids are created by arranging and connecting the profiles longitudinally and transversely to the heat exchanger modules or the pipelines.
Die Profile können dabei gleichartig oder verschiedenartig sein und lassen sich modular zu einer beliebigen Anzahl von nebeneinander, hintereinander und übereinander angeordneten Quadern zusammensetzen. Um das Einsetzen der Wärmeübertragermodule in den Rahmen zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die Profile quer und längs zu den Wärmeübertragermodulen angeordnet sind, so dass die Profile beim Einschieben des Wärmeübertragermoduls in den Rahmen das Einschieben nicht behindern. Die Tragstruktur kann dabei auch aus Längsprofilen gebildet werden, deren Länge im Wesentlichen der Länge der Wärmeübertragermodule entspricht. Zwischen den parallel zu den Wärmeübertragermodulen angeordneten Längsprofilen sind horizontal und vertikal verlaufende Querprofile angeordnet, die die Längsprofile zueinander beabstandet befestigen und Kräfte quer zur Längserstreckung der Wärmeübertragermodule aufnehmen. Die axialen Kräfte in Richtung der Längserstreckung der Wärmeübertragermodule werden dabei von den Längsprofilen getragen. Durch den Aufbau aus Profilen lässt sich die Größe des Rahmens – der Tragstruktur – in Abhängigkeit des Anwendungsfalls beliebig erweitern und anpassen. Für die Profile können jegliche Profilformen Anwendung finden, insbesondere offene, geschlossene, halboffene, flache Profile oder Winkelprofile.The profiles can be the same or different and can be modular to any number of side by side, one behind the other and superimposed cubes composed. In order to simplify the insertion of the heat exchanger modules in the frame, it is provided that the profiles are arranged transversely and longitudinally to the heat exchanger modules, so that the profiles during insertion of the heat exchanger module in the frame does not hinder the insertion. The support structure can also be formed from longitudinal profiles whose length substantially corresponds to the length of the heat exchanger modules. Between the parallel to the heat exchanger modules arranged longitudinal profiles horizontally and vertically extending transverse profiles are arranged, which fasten the longitudinal profiles spaced from each other and absorb forces transverse to the longitudinal extent of the heat exchanger modules. The axial forces in the direction of the longitudinal extent of the heat exchanger modules are supported by the longitudinal profiles. Due to the construction of profiles, the size of the frame - the supporting structure - can be expanded and adjusted as required depending on the application. For the profiles, any profile shapes can be used, in particular open, closed, semi-open, flat profiles or angle profiles.
Eine alternative Ausgestaltung der Tragstruktur sieht vor, dass die Tragstruktur flächige Gehäusemodule und Querverbinder umfasst, wobei die jeweiligen Gehäusemodule mit den Querverbindern untereinander verbindbar sind, insbesondere die Querverbinder die Gehäusemodule als innerer Rahmen stützen. Die Gehäusemodule sind dafür vorzugsweise als Platten ausgestaltet, die mit den Querverbindern untereinander verbunden werden. Die Querverbinder weisen dabei insbesondere eine Länge auf, die der Breite eines Wärmeübertragermoduls entspricht, so dass im Montagezustand zwischen zwei Gehäusemodulen eine Mehrzahl von Wärmeübertragern übereinander eingebracht werden kann. Die Wärmeübertragermodule liegen dabei vorzugsweise auch auf den die Gehäusemodule verbindenden Querverbindern auf. Die äußeren Gehäusemodule bilden dabei das Außengehäuse des Wärmeübertragers. Insgesamt bildet sich zwischen den Gehäusemodulen ein inneres Gerüst aus Querverbindern, die vorzugsweise form-, kraft- oder stoffschlüssig mit den Gehäusemodulen verbindbar sind, so dass sowohl äußere als auch innere Überdrücke von dieser Tragstruktur getragen werden können.An alternative embodiment of the support structure provides that the support structure comprises flat housing modules and cross connectors, wherein the respective housing modules with the cross connectors are connectable to each other, in particular the cross connector support the housing modules as an inner frame. The housing modules are preferably configured as plates, which are interconnected with the cross connectors. In this case, the transverse connectors in particular have a length which corresponds to the width of a heat exchanger module, so that a plurality of heat exchangers can be introduced one above the other in the assembled state between two housing modules. The heat exchanger modules are preferably also on the connecting the housing modules cross connectors. The outer housing modules form the outer housing of the heat exchanger. Overall, formed between the housing modules, an inner framework of cross connectors, which are preferably positive, cohesive or materially connected to the housing modules, so that both outer and inner overpressures can be supported by this support structure.
Um die Trennung von kraft- und wärmeübertragenden Bauelementen innerhalb des Wärmeübertragers fortzuführen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, das die Tragstruktur die Wärmeübertragermodule derart umgibt, dass mit Ausnahme der hydrodynamischen und hydrostatischen Kräfte auf die Rohrplatte die Kräfte von der Tragstruktur abgetragen werden. Die Wärmeübertragermodule werden dafür dichtend mit der Tragstruktur verbunden, allerdings dürfen über die Dichtung keine nennenswerten Kräfte übertragen werden, so dass die Kräfte im Wesentlichen von der Tragstruktur abgetragen werden. Einzig die auf die zwischen den Stirnseiten der Rohrleitungen vorhandene Rohrplatte wirkenden Kräfte werden dabei über das Wärmeübertragermodul, d. h. in axialer Richtung über die Rohrleitungen, abgetragen; die Dichtung zwischen Tragstruktur und Wärmeübertragermodul überträgt im Wesentlichen keine Kräfte. Die Wärmeübertragermodule sind dazu vorzugsweise schwimmend innerhalb der Tragstruktur gelagert, wobei die Befestigung an einem zweiten Wärmeübertrager ausschließlich über die Tragstruktur erfolgt. Die Abdichtung der schwimmenden Lagerung kann beispielsweise über eine die Rohrplatte umgebende Dichtlippe erfolgen, die der Bewegung des Wärmeübertragermoduls innerhalb der Tragstruktur folgt.To the separation of force and heat transferring components within the Continuing heat exchanger, is provided according to a preferred embodiment of the invention, which surrounds the support structure, the heat exchanger modules such that, except for the hydrodynamic and hydrostatic forces on the tube plate, the forces are removed from the support structure. The heat exchanger modules are sealingly connected to the support structure, however, no appreciable forces may be transmitted through the seal, so that the forces are essentially removed from the support structure. Only the forces acting on the tube plate existing between the end faces of the pipes are thereby removed via the heat exchanger module, ie in the axial direction via the pipes; the seal between support structure and heat transfer module transmits substantially no forces. For this purpose, the heat exchanger modules are preferably mounted in a floating manner within the support structure, with the attachment to a second heat exchanger taking place exclusively via the support structure. The sealing of the floating bearing can be done, for example, via a sealing lip surrounding the tube plate, which follows the movement of the heat exchanger module within the support structure.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Wärmeübertragersystem auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:In particular, there are a variety of ways to design and develop the heat exchanger system according to the invention. Reference is made to both the claims subordinate to claim 1, as well as to the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show:
Die
Das Rohrinnenvolumen der in den Wärmeübertragern
Durch das Verdampfen des innerhalb des Rohraußenvolumens des ersten Wärmeübertragers
Der im Rohraußenvolumen des ersten Wärmeübertragers
Der zweite Wärmeübertrager
Mit Ausnahme des ersten Wärmeübertragers
Die Wärmeübertrager
Der im letzten, achten Wärmeübertrager
Jedes Wärmeübertragermodul
Die Tragstruktur
An der in
Die Tragstruktur
Die Wärmeübertragermodule
Das dargestellte Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers lässt deutlich erkennen, dass die Anschlussseite
Claims (17)
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