DE1092493B - Rohrbuendel-Waermeaustauscher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher, bei welchem die vom Wärme abgebenden Medium, insbesondere von einem Rauchgasstrom durchströmten rohrartigen Wärmeaustauschelemente in einem Zylinder untergebracht sind, in welchem sie axial zwischen zwei Böden gehalten sind, wobei sie außen vom Wärme aufnehmenden, gasförmigen Medium umspült werden.

Um bei Längsstrom der beiden Medien zueinander große Wärmeübergangszahlen zu erhalten, müssen hohe Strömungsgeschwindigkeiten angewandt werden. Dadurch ergeben sich große Rohrlängen mit ungünstigen Längendehnungen. Den entlang des Rohres verschieden hohen Wärmebeanspruchungen kann nicht durch Anwendung unterschiedlicher Werkstoffe entsprochen werden, sondern die Rohre müssen in einem solchen Falle in ihrer ganzen Länge aus dem hochwertigen Werkstoff bestehen.

Aus diesen Gründen ist der die Wärmeübergangszahl erhöhende Querstrom zu den Rohren erstrebenswert. Man hat versucht, diesen durch Einbau von über die Rohrlänge verteilten Umlenk- oder Schikaneblechen in Form von Kreissegmenten, Kreisscheiben, Kreisringen od. dgl. in solche Wärmeaustauscher auf der Rohraußenseite zu erreichen. Dies gelingt aber einerseits nur sehr unvollkommen; andererseits wird dadurch der Druckverlust des Mediums erhöht. Weiterhin können bei dieser Ausführung nachträglich nur schwer oder überhaupt nicht einzelne Rohre ausgewechselt werden, da sie sich infolge ihrer Länge immer etwas werfen, so daß sie nicht mehr durch die Einbauten hindurchgezogen werden können. Außerdem ist die Reinigung der Heizfläche schwierig.

Eine weitere Möglichkeit, reinen Querstrom zu erreichen, die insbesondere bei Kondensatoren, Vorwärmern und Verdampfern bekannt ist, besteht darin, den Zylinderraum durch koaxial ineinander angeordnete Zylindermäntel in einzelne Ringräume zu unterteilen, welche miteinander durch Öffnungen in Verbindung stehen und von dem einen Medium auf ihrer ganzen Länge nacheinander durchströmt werden. Auch durch diese Anordnung wird noch keine höhere Erwärmung des aufzuheizenden Mediums erreicht.

Erfindungsgemäß werden bei solchen, mit koaxialen Ringräumen versehenen Wärmeaustauschern ohne Vergrößerung der Heizfläche hohe Wärmeübergangszahlen durch Anwendung eines mehrfachen Kreuzgegenstromes erzielt, und zwar dadurch, daß die in den jeweiligen Ringräumen befindlichen, in Kreisform angeordneten Rohrgruppen, einzeln oder zu mehreren zusammengefaßt, abwechselnd oben und unten durch Umlenkeinrichtungen strömungsmäßig hintereinander geschaltet sind, wobei das Wärme abgebende Medium

Rohrbündel -Wärmeaustauscher

Anmelder:

Vereinigte Economis er-Werke G.m.b.H., Hilden, Eichenstr. 2

Dipl.-Ing. Horst Edelmann, Hilden,
ist als Erfinder genannt worden

die Rohrelemente in wechselnder Längsrichtung durchströmt.

Weitere sich dadurch ergebende Vorteile bestehen darin, daß man einen kurzen Zylinderkörper mit kleiner Heizfläche erhält und daß die vom Rauchgas durchströmten kurzen Rohre sich erheblich besser reinigen und ein- und ausbauen lassen als längere. Hinzu kommt, daß nur auf dem Außenumfang der gut isoliert werden kann, Wärmeverluste eintreten können, so daß der Gütegrad des Wärmeaustauschers sehr hoch ist. Die Anwendung höherer Drücke bei den Wärme austauschenden Medien ist mit Rücksicht auf die Zylinderform ohne weiteres möglich. Es braucht jedoch nur der Außenmantel entsprechend verstärkt zu werden, während die inneren Zylindermäntel, die auf beiden Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt sind, als reine Strömungswände dünn gehalten werden können.

Die Verbindungsöffhungen zwischen den einzelnen Ringräumen, die sich zweckmäßigerweise über die ganze Höhe derselben erstrecken, können sehr verschieden angeordnet und in verschiedener Zahl vorhanden sein. Dadurch ergeben sich mehr oder weniger lange Strömungswege und damit mehr oder weniger große Temperaturerhöhungen.

Drei besonders zweckmäßige Anordnungen der Verbindungsöffhungen, die zum Gegenstand der Erfindung gehören, werden an Hand der Ausführungsbeispiele erläutert.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung, daß die Rohrelemente in den einzelnen Ringräumen hinsicht-Hch ihres Werkstoffes der jeweiligen Temperaturbeanspruchung angepaßt sind. Es brauchen also auf Grund der besonderen Konstruktion des Wärmeaustauschers nicht wie bei früheren Ausführungen die Rohrelemente in ihrer ganzen Länge aus hochwertigen

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Werkstoffen, ζ. B. Sicromal, zu bestehen, wodurch eine erhebliche Verbilligung erzielt wird.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers dargestellt:

Abb. 1 und 2 zeigen einen Wärmeaustauscher mit jeweils einer auf der gleichen Achsseite liegenden, von Mantel zu Mantel um ihre Breite versetzten Verbindungsöffnung in den Zylindermänteln,

Abb. 3 und 4 einen Wärmeaustauscher mit jeweils einer von Mantel zu Mantel um 180° versetzten Verbindungsöffnung in den Zylindermänteln und

Abb. 5 und 6 einen Wärmeaustauscher mit jeweils zwei von Mantel zu Mantel um 90° versetzten Verbindungsöffnungen in den Zylindermänteln.

Im Zylindermantel 1 sind die Böden 2 befestigt, zwischen denen auf konzentrischen Kreisen die Wärmeaustauscherrohre 3 angeordnet sind, die mit ihren Enden beiderseits in den Böden 2 z. B. eingeschweißt, eingewalzt oder mittels Stopfbüchsen befestigt sind.

Zwischen den Böde'n 2 sind außerdem koaxial zum Außenmantel und zwischen den Rohrkreisen verlaufende innere Zylindermäntel 4 angeordnet, die mit den Böden 2 verbunden sind und den Zylinderraum in einzelne Ringräume 5 unterteilen. Selbstverständlich können dabei in den einzelnen Ringräumen 5 auch mehrere Rohrkreise angeordnet sein. An der Außenseite der Böden 2 sind je zwei nebeneinanderliegende Ringräume 5 abwechselnd oben und unten durch kreisringförmige Umlenkkammern 6 und 7 miteinander verbunden.

Das wärmeabgebende Medium, welches bei 8 in den Wärmeaustauscher eintritt, durchströmt die Rohre 3, mit den außenliegenden beginnend, mit Hilfe der Umlenkkammern 6 und 7 umkehrend, nacheinander in Längsrichtung, bis es von den inneren Rohren aus durch das Abzugsrohr 9 aus dem Wärmeaustauscher austritt.

Die konzentrisch ineinander angeordneten Zylinderinnenmäntel 4 sind mit sich über die ganze Mantellänge erstreckende öffnungen 10 versehen, welche die einzelnen Ringräume 5 in einem bestimmten Sinne miteinander verbinden.

In Abb. 1 und 2 ist in den Zylindermänteln 4 auf gleicher Achsseite liegend je eine von Mantel zu Mantel um ihre Breite versetzte öffnung 10 angeordnet, wobei je zwei benachbarte Zylindermäntel durch je eine entsprechend versetzte, radial liegende Wand 11 miteinander verbunden sind.

Dadurch ist das aufzunehmende Medium, welches durch das Einführungsrohr 12 in den Wärmeaustauscher eintritt, gezwungen, mit dem inneren Ringraum beginnend, die Ringräume 5 auf dem ganzen Umfang zu durchströmen, bis es durch das Abführungsrohr 13 aus dem Wärmeaustauscher austritt. Es erwärmt sich infolge des Kreuzgegenstromes und des langen Strömungsweges verhältnismäßig hoch.

In Abb. 3 und 4, welche sonst dieselben Bezeichnungen wie die Abb. 1 und 2 tragen, liegt die Verbindungsöffnung 10 für die Ringräume 5 in den Zylindermänteln 4 von Mantel zu Mantel um 180° in Schnittebene versetzt. Das wärmeaufnehmende Medium durchströmt dabei in zwei Strömen jeweils nur den halben Umfang der Ringräume 5 und wird weniger hoch erwärmt als im ersten Fall.

In Abb. 5 und 6 sind in den Zylindermänteln 4 jeweils zwei einander gegenüberliegende Verbindungsöffnungen 10 für die Ringräume 5 vorgesehen, die von Mantel zu Mantel um 90° versetzt sind. Dabei durchströmt das wärmeaufnehmende Medium in vier Strömen jeweils nur einen viertel umfang der Ringräume 5, wobei die Erhitzungstemperatur noch niedriger als vorher ist.

In dem Falle, wenn höhere Rohrwandtemperaturen auftreten, brauchen gegebenenfalls nur die im äußeren Ringraum gelegenen Rohre aus hochwertigem Werkstoff zu bestehen.

Aus den Zeichnungen geht ferner hervor, daß die Wärmeaustauscherrohre 3 nach Abnahme der Umlenkkammern 6 und 7 für die Reinigung und die Auswechselung gut zugänglich sind.

Claims (5)

Patentansprüche=

1. Rohrbündel-Wärmeaustauscher, bei welchem die vom Wärme abgebenden Medium, insbesondere einem Rauchgasstrom durchströmten rohrartigen Wärmeaustauschelemente axial zwischen zwei Böden angeordnet sind und der das Rohrbündel enthaltende Zylinderraum durch koaxial ineinander angeordnete Zylindermäntel in durch öffnungen miteinander verbundene Ringräume unterteilt ist, in denen das andere Medium die Rohrelemente auf ihrer ganzen Länge im Querstrom umströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die in den jeweiligen Ringräumen befindlichen, in Kreisform angeordneten Rohrgruppen einzeln oder zu mehreren zusammengefaßt abwechselnd oben und unten durch Umlenkeinrichtungen strömungsmäßig hintereinander geschaltet sind, wobei das Wärme abgebende Medium die Rohrelemente in wechselnder Längsrichtung durchströmt.

2. Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylindermänteln, auf gleicher Achsseite liegend, in an sich bekannter Weise je eine von Mantel zu Mantel um ihre Breite versetzte öffnung angeordnet ist, wobei je zwei benachbarte Zylindermäntel durch je eine entsprechend versetzt radial liegende Wand miteinander verbunden sind.

3. Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylindermänteln je eine von Mantel zu Mantel um 180° versetzte öffnung angeordnet ist.

4. Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylindermänteln jeweils zwei einander gegenüberliegende, von Mantel zu Mantel um 90° versetzte öffnungen angeordnet sind.

5. Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrelemente hinsichtlich ihres Werkstoffes der jeweiligen Temperaturbeanspruchung angepaßt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 198 502.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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