DE1101459B

DE1101459B - Heat exchanger with smooth or ribbed pipes closed at one end, to which steam is supplied and condensate is discharged at the open end

Info

Publication number: DE1101459B
Application number: DEG25513A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Weiss
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1958-10-17
Filing date: 1958-10-17
Publication date: 1961-03-09

Description

Wärmetauscher mit an einem Ende verschlossenen glatten oder berippten Rohren, denen an dem offenen Ende Dampf zu-und Kondensat abgeführt wird Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit runden elliptischen oder flachen glatten oder berippten Rohren für die Erwärmung mittels Dampf von Luft oder Gasen bzw. für die Kondensation von Wasserdampf oder chemischen Dampfgemischen, wobei die Luft bzw. die Gase oder die Kühlflüssigkeit um die Rohre strömt.Heat exchangers with smooth or ribbed closed at one end Pipes to which steam is supplied and condensate discharged at the open end. The invention relates to a heat exchanger with round elliptical or flat smooth or finned Pipes for heating by means of steam from air or gases or for condensation of water vapor or chemical vapor mixtures, the air or the gases or the coolant flows around the tubes.

Es sind Wärmetauscher bekannt, die an Stelle einer Dampfverteilerkammer an dem :einen Ende des Rohres und einer Kondensatsammelkammer an dem anderen Ende des Rohres nur auf einer Seite ineinander oder übereinander gebaute Doppelkammern aufweisen, während das den Kammern abgewendete Ende der Tauscherrohre verschlossen ist. Bei dieser Lösung dient die dem Tauscherrohr nahe liegende Kammer der Kondensatsammlung, während von der entfernt liegenden Dampfverteilkammer durch die Kondensatkammer hindurch in jedes Tauscherrohr ein Dampfzuleitu :gsrohr geführt werden muß,, das als Verteilerrohr fast über die ganze Innenlänge des Tauscherrohres geht.There are known heat exchangers which, instead of a steam distribution chamber at one end of the pipe and a condensate collection chamber at the other end of the pipe, double chambers built one inside the other or one above the other only on one side have, while the end of the exchanger tubes facing away from the chambers is closed is. With this solution, the chamber near the exchanger tube is used to collect condensate, while from the distant steam distribution chamber through the condensate chamber A steam feed pipe must be passed through into each exchanger pipe as a distribution pipe goes over almost the entire inner length of the exchanger pipe.

Diese schweißtechnisch sehr schwierig herzustellenden Wärmetauscher haben noch den Nachteil, daß sie auch -schlecht zu überwachen sind und für die Reinigung kaum ausgebaut werden können. Diese Nachteile überwiegen in vielen Fällen den wärmetechnischen Vorteil dieser Ausführung.These heat exchangers are very difficult to manufacture in terms of welding technology still have the disadvantage that they are also bad to monitor and for cleaning can hardly be expanded. In many cases, these disadvantages outweigh the technical disadvantages Advantage of this design.

Demgegenüber bringt die Erfindung einen neuen Wärmetauscher mit nur einer gemeinsamen., einfachen Kammer mit dem Rohrboden verschweißt oder verschraubt, die für die Dampfverteilung wie für die Kondensatsammlung dient, während die einseitig verschlossenen Tauscherrohre auf den Rohrboden aufgehetzt sind und mit Lenkstücken für die Dampfverteilung sowie die Kondensat- und Gasableitung versehen werden.In contrast, the invention brings a new heat exchanger with only a common, simple chamber welded or screwed to the tube sheet, which serves for the steam distribution as well as for the condensate collection, while the one-sided closed exchanger tubes are attached to the tube sheet and with steering pieces for steam distribution as well as condensate and gas discharge.

Ein Beispiel eines Wärmetauschers nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben.An example of a heat exchanger according to the invention is given described in the drawing.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher mit Kammer und Rahmengehäuse; Fig.2 zeigt einen Querschnitt desselben Wärmetauschers; Fig.3 zeigt einen, horizontalen Schnitt durch den Wärmetauscher; Fig.4 zeigt einen Schnitt durch ein Rohrboden-#,tück mit eingeschweißtem Rohr und in die Rohröffnung eingesetztem Mundstück; Fig. 5 zeigt einen Grundriß dieses Mundstückes; Fig.6 zeigt eine weitere Ausführung des Mundstückes.Fig. 1 shows a longitudinal section through the heat exchanger with chamber and frame housing; Fig. 2 shows a cross section of the same heat exchanger; Fig. 3 shows a horizontal section through the heat exchanger; 4 shows a section through a tube sheet - #, piece with a welded tube and inserted into the tube opening Mouthpiece; Fig. 5 shows a plan view of this mouthpiece; Fig. 6 shows another Execution of the mouthpiece.

Erfindungsgemäß hat der Wärmetauscher nur eine einzige gemeinsame ILammer 1 für die Verteilung des Dampfes und die Sammlung des Kondensats. Auf dem Rohrboden 2 sitzen die Wärmetauscherrohre 3, die in den Rohrboden eingeschweißt, eingewalzt, eingepreßt oder verschraubt sein können. Die Kammer 1 hat seitlich einen Dampfzuführungsstutzen 4 und unten einen Kondensatstutzen 5. Das Rahmengehäuse 6 hat Flansche 7 mit Verschraubungslöchern B. Der obere Rahmenboden 9 hat Aussparungen 10, die für die Wärmetauscherrohre 3 als längsverschiebliche Führungen dienen.According to the invention, the heat exchanger has only one common ILammer 1 for the distribution of the steam and the collection of the condensate. On the Tube sheet 2 sit the heat exchanger tubes 3, which are welded into the tube sheet, rolled in, pressed in or screwed. The chamber 1 has a side Steam supply nozzle 4 and a condensate nozzle 5 below. The frame housing 6 has flanges 7 with screw holes B. The upper frame base 9 has recesses 10, which serve as longitudinally displaceable guides for the heat exchanger tubes 3.

Erfindungsgemäß ist nun in jede Rohröffnung auf der Kammerseite ein Mundstück 11 .eingesetzt, welches eine Fangnase 12 und eine Lenkdüse 13 aufweist und so ausgebildet ist, daß das Mundstück die Rohröffnungen 14 vollständig verschließt und im Inneren mit dem Rohr eine Sammelrinne 15 bildet. Von .dieser Sammelrinne 15 ist auf der Rückseite .der Fangnase 12 eine Abflußöffnung 16 für das Kondensat vorgesehen. Das Mundstück 11 ist in dem Rohr befestigt, möglichst so, daß es jederzeit wieder ausgewechselt werden kann, durch in der Darstellung nicht eingezeichnete Spannringe oder durch eine Klammer. Es kann aber auch notfalls durch einen angeschweißten Bügel gehalten werden oder selbst leicht angepuuktet sein.According to the invention is now in each tube opening on the chamber side Mouthpiece 11 .einsetzt, which has a catch 12 and a steering nozzle 13 and is designed so that the mouthpiece completely closes the tube openings 14 and forms a collecting channel 15 with the pipe inside. From .this collecting channel 15 is on the back .der catch 12 a drain opening 16 for the condensate intended. The mouthpiece 11 is fixed in the tube, if possible so that it is at all times can be replaced again by not shown in the illustration Clamping rings or by a clamp. But it can also be welded on if necessary Stirrups are held or even be slightly pukt.

Die Wirkungsweise ist folgende. Normalerweise würde beim Eintritt des Dampfes in das Rohr sowohl die darin befindliche Luft- oder Gasmenge und auch (las Kondensat gestaut, wodurch ein sehr lauter und auch gestörter Betrieb entstünde, vor allem aber keine einheitliche Wärmeübertragung möglich wäre. Durch die Erfindung der Mundstücke wird nun der Dampf durch die Düse 13 so flach an eine oder zwei Wandseiten gelenkt, daß er diesen Wandseiten entlangströmt, während auf der gegenüberliegenden Wandseite des Rohres die Dampfströmung nicht stattfindet, sondern eine Rückströmung des überschüssigen Dampfes vor sich gehen; kann, wobei .auch gegebenenfalls Gaseinschlüsse mit zurückströmen und ,das Kondensat frei abfließen kann. Dieses Kondensat sammelt sich in der Rinne 15 und wird durch die Öffnung 16, die auf der Rückseite der Fangnase 12 angebracht ist, durch den dort in Folge der Dampfströmung herrschenden Unterdruck abgesaugt.The mode of action is as follows. Usually would upon entry of the steam into the pipe, both the amount of air or gas in it and also (read condensate accumulated, which would result in a very loud and also disrupted operation, but above all no uniform heat transfer would be possible. Through the invention the mouthpiece is now the steam through the nozzle 13 so flat on one or two wall sides directed so that it flows along these sides of the wall, while on the opposite wall side of the pipe the steam flow does not take place, but a backflow of the excess steam take place; can, where .also if necessary Gas inclusions flow back and the condensate can flow off freely. This Condensate collects in the channel 15 and is through the opening 16, which is on the Rear of the catch nose 12 is attached, through which there as a result of the steam flow sucked off prevailing negative pressure.

Die einzelnen Rohre, .die oben verschlossen sind, sind. bei längerer Ausführung durch Öffnungen der oberen Rahmenplatte längsverschieblich geführt, so daß sie sich frei ausdehnen können. Der Rahmen 6 ist aber nicht unbedingt erforderlich. Der Wärmetauscher kann auch ohne Rahmen als Einbau-Element ausgeführt werden, wobei dann die Führung durch eine Platte, die im Einbaugehäuse befestigt wird, ersetzt wird.The individual tubes that are closed at the top are. for longer Execution guided longitudinally displaceably through openings in the upper frame plate, see above that they can expand freely. The frame 6 is not absolutely necessary. The heat exchanger can also be designed as a built-in element without a frame, whereby then the guide is replaced by a plate that is fastened in the installation housing will.

Erfindungsgemäß ist das Element für einen solchen Einbau vorgesehen, bei dem die Kammer unten und die Rohre senkrecht nach oben geführt sind, so daß der Dampf von der Kammer in die Rohre nach oben strömt und das Kondensat entgegen nach unten fließt. Dabei ist aber auch eine Neigung der Rohre bis wenige Grade über die Horizontale möglich. In diesem Fall wird dann der Dampfstrahl der oberen Rohrseite angelenkt, so @daß das Kondensat auf der unteren Rohrseite zurückfließen kann. Die Kammer ist normalerweise geschweißt mit der RohrboJenplatte. Sie kann aber auch zweckmäßigerweise, vor allem in den Fällen, in :denen eine Verschmutzung der Rohre zu befürchten ist, angeflanscht sein.According to the invention, the element is intended for such an installation, in which the chamber below and the tubes are guided vertically upwards, so that the steam from the chamber flows up into the pipes and the condensate flows against it flows downwards. But there is also an inclination of the pipes up to a few degrees above the horizontal possible. In this case the steam jet is then the upper side of the pipe hinged so @ that the condensate can flow back on the lower side of the pipe. the Chamber is usually welded to the tubular bucket plate. But it can also expedient, especially in those cases in which the pipes are contaminated it is to be feared that it will be flanged.

Der Wärmetauscher ist sowohl als Luft- als auch als Gaserhitzer, aber auch als Kondensator bei Dampfkraftanlagen oder als Kondensator für plartielle Kondensation oder Total-Kondensation von chemischen Dampfgemischen geeignet. Er bietet den Vorteil, daß er gegenüber den bekannten Zwei-Kammer-Ausführungen vollkommen spannungsfrei .ist, auch bei großen Temperaturunterschieden. Er ist also für große, breite und mehrreihige Elemente äußerst vorteilhaft, die bei robustem Betrieb erhebliche Temperaturdifferenzen aufweisen können. Weiter bietet er den Vorteil, daß er nicht korrosionsanfällig ist, da Luft und aggressive Gase sich in der unteren Kammer abscheiden und nicht oder nur schwer in das Rohrinnere eintreten können. Er erlaubt vor allem aber eine gute Regelung und ein vorteilhaftes Verhalten, bei fI`eaillastübeaufschlagung. Vor allem gibt -er bei schwacher Regelung als Lufterhitzer eine Erwärmung der unteren Luftschichten, die nach dem Erhitzer durch natürliche Mischung einen Ausgleich der Temperatur bewirken, was bei den bekannten Lufterhitzern umgekehrt erfolgt und dort einen erheblichen Nachteil bedeutet. Die Düse bewirkt auch durch ihre Steigerung der Einströmgeschwindigkeit .eine Erhöhung des Wärmeübergangs, -der noch verbessert wird, @daß auch ,auf der Rückseite eine Dampfströmung noch stattfindet, die die Ableitung des Kondensats beschleunigt, wodurch keine Kondensatstauung und starker Kondensatfilm entstehen können.The heat exchanger is available as both an air and a gas heater, however also as a condenser in steam power plants or as a condenser for partial condensation or total condensation of chemical vapor mixtures. It offers the advantage that it is completely tension-free compared to the known two-chamber versions .is, even with large temperature differences. So it is for tall, wide and multi-row elements extremely advantageous, the considerable temperature differences in robust operation can have. It also has the advantage that it is not susceptible to corrosion is because air and aggressive gases separate in the lower chamber and not or can only enter the inside of the pipe with difficulty. Above all, it allows one good regulation and an advantageous behavior in the case of fI`eaillastübüberschlagung. before Above all, with weak regulation as an air heater, it warms the lower ones Layers of air that balance the natural mixture after the heater Cause temperature, which is done in reverse with the known air heaters and there means a significant disadvantage. The nozzle also works by increasing it the inflow speed. an increase in the heat transfer, which is even better becomes, @ that also, a steam flow still takes place on the back, which the Discharge of the condensate accelerated, which means no condensate accumulation and stronger Condensate film can arise.

Das Mundstück kann aus Metall, Edelstahl, Guß, es kann aber auch als Preßstück aus Kunststoff oder Porzellan hergestellt sein, wobei die Lenkdüse 11 so ausgeführt werden kann, daß sie sowohl, in Strömungsrichtung des äußeren Mediums gesehen, die Rückseite, die Vorderseite oder auch die seitlichen Wandteile mit Dampf bestreicht.The mouthpiece can be made of metal, stainless steel, cast iron, but it can also be used as a Pressed piece can be made of plastic or porcelain, the steering nozzle 11 can be designed so that they both, in the direction of flow of the external medium seen, the back, the front or the side wall parts with steam coated.

Die Rohre können sowohl runden, elliptischen oder flachen Querschnitt aufweisen, sie können auch als Glattrohre oder als Rippenrohre oder mit Draht- oder Schrauhenbandwendeln versehen sein.The tubes can have round, elliptical or flat cross-sections have, they can also as smooth tubes or as finned tubes or with wire or Be provided with helical coils.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Heat exchangers with round, elliptical or flat smooth or finned tubes for the heating of air or gases by means of steam or for the condensation of water vapor or chemical vapor mixtures, with the air or the gases or the cooling liquid flowing around the tubes, while the perpendicular or up to a small angle above the horizontal inclined tubes are closed at the upper end and at the open end of the steam and the condensate is discharged, characterized in that the tubes at their open ends in the Tube sheets of a joint welded or screwed chamber for steam distribution and condensate collection are fastened by rolling, welding, pressing or screwing and each have a mouthpiece in their openings protruding into the chamber which laterally guides the steam and drains the condensate.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipes are guided to be longitudinally displaceable at their closed ends.

3. » Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the common chamber is laterally one or more steam supply openings and at least one condensate discharge nozzle has below.

4. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that that each mouthpiece has a catch for the steam and one of these on a wall side surface Flat connecting nozzle opening with condensate trap ring in the flow shadow of the Has catch nose lying condensate discharge opening.

5. Heat exchanger according to claim 1 to 4, characterized; that the mouthpieces are made of cast iron, stainless steel, plastic or porcelain and in a manner known per se by means of a clamp or clamping ring are removably attached. References contemplated: United States Patent Specification No. 2,488,623.