DE1228283B

DE1228283B - Device for preventing the entry of a first flowing medium into a second resting or flowing medium at defects in partitions

Info

Publication number: DE1228283B
Application number: DEG25087A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wolfgang Dipl-Phys
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1958-08-09
Filing date: 1958-08-09
Publication date: 1966-11-10

Description

Vorrichtung zum Verhindern des Eintritts eines ersten strömenden Mediums in ein zweites ruhendes oder strömendes Medium an Defektstellen von Trennwänden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhindern des Eintritts eines ersten strömenden Mediums in ein zweites ruhendes oder strömendes Medium an Defektstellen von Trennwänden, bei der der Querschnitt des ersten Stromes mindestens an den gefährdeten Stellen derart verkleinert -und/oder der Querschnitt des zweiten Stromes an diesen Stellen derart vergrößert ist, daß der statische Druck im ersten Strom in diesen Stellen niedriger ist als im zweiten Strom. Unter Anwendung des Bemoullischen Prinzips soll also verhindert werden, daß das betreffende Medium in der verbotenen Richtung strömt. Dies sei zunächst an Hand von F i g. 1 kurz erläutert: Ein Gas 1 ströme mit der Geschwindigkeit wi durch ein Rohr vom Querschnitt F" ein Gas 2 ströme mit der Geschwindigkeit W2 durch ein Rohr vom Querschnitt F2. Beide Rohre mögen eine gemeinsame Trennwand haben. Zwischen zwei Punkten auf einem gemeinsamen Stromfaden gilt die Bemoullische Gleichung wobei p der hydrostatische, der hydrodynamische, P der Gesamtdruck und t) die Gasdichte bedeutet. (Gegebenenfalls wäre noch die Ortshöhe zu berücksichtigen.) Es werde nun angenommen, daß z. B. infolge eines Lecks 3 eine Strömung von einem Rohr in das andere stattfinden kann. Betrachtet man zwei Punkte A, und A2 eines solchen Stromfadens, so gilt längs diesem ebenfalls die Bemoullische Gleichung: wobei p, und P2 sowie wl und- w2 sowie Q, und Q2 die hydrostatischen Drücke, Geschwindigkeiten und Dichten an den Stellen Al und A2 bedeuten. Ist nun Z. B. hinreichend größer als , so läßt sich erreichen, daß p,>p, ist. Das hat zur Folge, daß Gas vom Punkt A2 nach A" aber nicht umgekehrt strömen kann. Durch passende Wahl der Geschwindigkeiten und bei Vorliegen von Gasen geeigneter Dichte läßt sich dies immer erreichen durch entsprechende Bemessung des Querschnitts und/oder der Druckdifferenz an den Rohrenden.The invention relates to a device for preventing the entry of a first flowing medium into a second stationary or flowing medium at defects in partition walls, in which the cross section of the first stream at least at the endangered places so reduced - and / or the cross section of the second stream is enlarged at these places so that the static pressure in the first stream in these places is lower than in the second stream. Using the Bemoullian principle, the aim is to prevent the medium in question from flowing in the forbidden direction. This is first of all on the basis of FIG. 1 briefly explained: A gas 1 flows at the speed wi through a pipe with the cross section F ″, a gas 2 flows at the speed W2 through a pipe with the cross section F2. Both pipes may have a common partition. The following applies between two points on a common flow filament the Bemoull equation where p is the hydrostatic, the hydrodynamic, P the total pressure and t) the gas density. (If necessary, the altitude would also have to be taken into account.) It is now assumed that z. B. as a result of a leak 3, a flow can take place from one pipe into the other. If one considers two points A and A2 of such a stream filament, the Bemoull equation also applies along this line: where p, and P2 as well as wl and -w2 as well as Q, and Q2 mean the hydrostatic pressures, velocities and densities at the points Al and A2 . Is now e.g. B. sufficiently larger than , so lets achieve that p,> p,. The consequence of this is that gas cannot flow from point A2 to A " but the other way around. With a suitable choice of speeds and the presence of gases with a suitable density, this can always be achieved by appropriate dimensioning of the cross-section and / or the pressure difference at the pipe ends.

Ohne Belang für einen eventuellen Durchtritt des Mediums in der verbotenen Richtung ist der Umstand, daß der hydrodynamische Druckanteil des schneller - strömenden Mediums größer als - der des langsamer strömenden Medium ist. Infolge der entstehenden Saugwirkung wird das zweite Medium zu einem gewissen Teil durch den unter gleichem oder höherem Gesamtdruck stehenden Strom mitgerissen.Which is of the slower-flowing medium - flowing medium is greater than - without concern for a possible passage of the medium in the forbidden direction, the fact that the hydrodynamic pressure portion of faster. As a result of the resulting suction effect, a certain part of the second medium is entrained by the current under the same or higher total pressure.

Es ist nun aus der USA.-Patentschrift 2 417 250 bekanntgeworden, in ein Gelenk einer Auspuffleitung ein Rohr einzusetzen, dessen Durchmesser an der Gasaustrittsseite kleiner ist als an der Gaseintrittsseite, so daß durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des heißen Gases im Gebiet des Gelenkes dieses vor heißen Gasen geschützt wird. Bei auftretenden Lecks kann daher nur die umgebende Luft in das Gelenk eindringen, die Auspuffgase können aber nicht ausströmen. Es sollen also wertlose Gase auf eine für das Auspuffgelenk möglichst schonende Weise in die Atmosphäre entlassen werden, wobei vor allem der Wärmeaustausch zwischen den Auspuffgasen und der Umgebung verhindert werden soll, damit die Gelenke nicht Schaden leiden.It is now become known from USA. Patent 2,417,250 to use a pipe into a joint of an exhaust pipe whose diameter is smaller at the gas outlet side than at the gas inlet side, so that by the increased flow rate of the hot gas in the area of the joint, this prior hot gases is protected. If leaks occur, only the surrounding air can penetrate the joint, but the exhaust gases cannot escape. So worthless gases should be released into the atmosphere in a way that is as gentle as possible for the exhaust joint, with the primary aim of preventing the exchange of heat between the exhaust gases and the environment so that the joints do not suffer damage.

Aus der USA.-Patentschrift 842 393 ist außerdem bekannt, an der engsten Stelle eines Venturirohres ein Ventil einzusetzen, so daß das Ventil unter niedrigerem Druck steht als an anderen Stellen der Leitung und die Strömungsgeschwindigkeit bei vermindertem Leckverlust verändert werden kann. Die Problemstellung liegt also auf dem Gebiet der Strömungsgeschwindigkeitskontrolle.From USA. Patent 842,393 is also known to employ at the narrowest point of a Venturi tube, a valve, so that the valve is at a lower pressure than at other points of the line and the flow rate can be varied under reduced leakage. The problem is therefore in the field of flow rate control.

Die vorstehend erwähnten Patentschriften befassen sich also mit zweckmäßigen Konstruktionen von Gelenken bzw. Ventilen. Es ist aber auch bei Wärmeaustauschern bereits bekannt gewesen, den Rohrquerschnitt an bestimmten Stellen zu verringern. So Wird es durch eine bekannte Vorrichtung (franzö-#ische, Patentschrift 1079 141) ermöglicht, einen von einem Sammelanschlußstutzen kommenden Gasstrom dadurch gleichmäßig auf #mehrere Rohre zu verteilen, daß die Enden der Rohre, die in einen von dem Anschlußstutzen aus beschickten Raum hineinragen, mit je einem in der Mitte gelochten Einsatzstück versehen sind, so daß der Strömungsquerschnitt an der Eintrittsstelle wesentlich verringert ist.The above-mentioned patents are thus concerned with appropriate constructions of joints or valves. However, it has already been known in the case of heat exchangers to reduce the tube cross-section at certain points. A known device (French patent specification 1079 141) makes it possible to distribute a gas flow coming from a collecting connection piece evenly over several pipes by the fact that the ends of the pipes protrude into a space fed from the connection piece , are each provided with an insert piece perforated in the middle, so that the flow cross-section at the entry point is significantly reduced.

Es ist außerdem bekannt (-deutsche PatenÜchrift 931385), bei einer Rohrverbindung insbesondere für Kühleinrichtungen, -die aus an den Enden zweier zu verbindender Rohre angebrachten Flanschen und einem von den Rohrenden eingeschlossenen Verstärkungsrohr besteht, das Verstärkungsrohr in der Nähe der Flansche mit einer Einschnürung zu versehen, in die beim Kaltschweißen der Flansche der dabei auf der Innenseite der Flansche austretende Werkstoff eintritt.It is also known (-deutsche PatenÜchrift 931385), with a pipe connection especially for cooling devices, - which consists of flanges attached to the ends of two pipes to be connected and a reinforcement pipe enclosed by the pipe ends, the reinforcement pipe in the vicinity of the flanges with a constriction provided, into which the material emerging on the inside of the flanges enters when the flanges are cold-welded.

Schließlich ist auch eine Methode bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 2 225 615), mit deren Hilfe die Verbindungsstelle zwischen den Enden der wasserdurchströmten Rohre von Kondensatoren und dem Kopfstück so geschaltet werden kann, daß Schäden durch Aufprallerosion sowie Reibungsverluste des eintretenden Wasserstrahls vermieden werden; außerdem soll die Strömung an dieser Stelle nicht turbulent sein, damit die im Wasser gelöste Luft nicht freigesetzt wird und zu Korrosionserscheinungen Anlaß geben könnte. Dies wird dadurch erreicht, daß die Bohrung des Kopfstückes und das Rohrende an der Wassereintrittsseite etwas aufgeweitet werden und daß das Rohr so in die Bohrung eingeführt wird, daß das aufgeweitete Rohrende eng am aufgeweiteten Ende der Bohrung anliegt. Ebenfalls von der Wassereintrittsseite her wird nun noch ein rohrförmiges Einsatzstück aus Kunstharz oder Hartgummi in das Rohr eingeschoben und mit diesem verklebt. Das Ende des Einsatzstückes ist ebenfalls aufgeweitet und bis zur Berührung mit dem Kopfstück nach rückwärts gebogen, so daß es das aufgeweitete Rohrende vollständig umschließt und gegen elektrochemische Angriffe des Wassers schützt. Die Formgebung des Einsatzstückes gewährleistet außerdem eine laminare Strömung: Der Durchmesser des Einsatzstückes nimmt nämlich vom Rohrinnem bis zum Beginn der Aufweitung hin stetig ab, so daß der Strömungsquerschnitt an der Eintrittsstelle am engsten ist und dem Verlauf der Stromlinien eines durch eine öffnung hindurchtretenden Wasserstrahls entspricht.Finally, a method has also become known (US Pat. No. 2 225 615), with the help of which the connection point between the ends of the condenser tubes through which water flows and the head piece can be switched in such a way that damage from impact erosion and friction losses from the entering water jet are avoided; In addition, the flow should not be turbulent at this point, so that the air dissolved in the water is not released and could give rise to signs of corrosion. This is achieved in that the bore of the head piece and the pipe end are widened somewhat on the water inlet side and that the pipe is inserted into the bore in such a way that the widened pipe end lies tightly against the widened end of the bore. Also from the water inlet side, a tubular insert made of synthetic resin or hard rubber is now pushed into the pipe and glued to it. The end of the insert is also widened and bent backwards until it touches the head piece, so that it completely encloses the widened pipe end and protects it against electrochemical attack by the water. The shape of the insert also ensures a laminar flow: the diameter of the insert decreases steadily from the inside of the pipe to the start of the expansion, so that the flow cross-section is narrowest at the entry point and corresponds to the course of the streamlines of a water jet passing through an opening.

Der Verminderung der Querschnitte liegen also die verschiedensten Aufgabenstellungen zugrunde: Entweder es soll ein Gasstrom gleichmäßig auf mehrere Rohre verteilt oder es soll ein Raum geschaffen werden, in den der beim Kaltschweißen austretende Werkstoff ausweichen kann, oder es soll schließlich gewährleistet sein, daß die Strömung an der Eintrittsstelle-in ein Rohr laminar ist.The reduction of the cross-sections are therefore the most varied The tasks are based on: Either one gas flow should be distributed evenly over several Pipes are distributed or a space is to be created in which the cold welding escaping material can evade, or it should ultimately be guaranteed that the flow at the point of entry into a pipe is laminar.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei Wärmeaustauschern ein Vermischen von aneinander vorbeiströmenden Medien in der verbotenen Richtung zu verhüten. Eine solche Verunreinigung kann immer dann eintreten, wenn der Druck des rein zu haltenden Mediums nicht größer ist als der Druck des nicht rein zu haltenden Mediums.In contrast, the object of the invention is to prevent mixing of media flowing past one another in the forbidden direction in heat exchangers. Such contamination can always occur when the pressure of the medium to be kept clean is not greater than the pressure of the medium that is not to be kept clean.

Diese Aufgabe ist beim Bau von Wärmeaustauschern bisher nicht gestellt worden. Sie kann aber darüber hinaus mit den bekannten Vorrichtungen auch nicht erfüllt werden, denn in keinem Fall sind die Stellen verminderten Rohrquerschnitts so angeordnet, daß der entstehende Unterdruck eine Verunreinigung des strömenden Mediums durch ein anderes, durch etwa in der, Nähe gelegene Leckstellen eindringendes Medium verhindern könnte.This task has not yet been set in the construction of heat exchangers been. But it can also not with the known devices must be met, because in no case are the points of reduced pipe cross-section arranged so that the resulting negative pressure contaminates the flowing Medium penetrating through another leakage point in the vicinity Medium could prevent.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Anwendung einer Vorrichtung zum Verhindern des Eintritts eines ersten strömenden Mediums in ein zweites ruhendes oder strömendes Medium an Defektstellen von Trennwänden, bei der der Querschnitt des ersten Stromes mindestens an den gefährdeten Stellen derart verkleinert und/oder der Querschnitt des zweiten Stromes an diesen Stellen derart vergrößert ist, daß der statische Druck im ersten Strom an diesen Stellen niedriger ist als im zweiten Strom, auf Wärmetauscher in Anlagen zur Wärmeübertragung, GaszerIegung oder -synthese oder bei Wärmetauschem in Anlagen, in denen ein Gas als Schutzgas für ein anderes Gas dient.The object of the invention is achieved through the use of a device to prevent the entry of a first flowing medium into a second dormant one or flowing medium at defects in partition walls, where the cross-section of the first stream is reduced in size and / or at least at the endangered points the cross-section of the second stream is enlarged at these points in such a way that the static pressure in the first stream is lower at these points than in the second Electricity, on heat exchangers in plants for heat transfer, gas separation or synthesis or in the case of heat exchangers in systems in which one gas is used as a protective gas for another Gas is used.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in einem Wärmeaustauscher ein unter höherem Druck stehender verunreinigter Gasstrom an einem zweiten bereits gereinigten vorbeigeleitet werden soll. Es läßt sich aber auch mit zwei Flüssigkeitsströmen oder einem Flüssigkeits-und einem Gasstrom durchführen. Die Stromrichtung der beiden Medien kann gleich oder entgegengesetzt sein.The device according to the invention is particularly advantageous when in a heat exchanger a contaminated one under higher pressure Gas flow is to be diverted past a second already cleaned one. It leaves but also with two liquid flows or one liquid and one gas flow carry out. The direction of flow of the two media can be the same or opposite be.

Die Erfindung ist dabei nicht auf bestimmte Bauarten von Wärmeaustauschern beschränkt. So können die Wärmeaustauscher mit Rohrbündeln innerhalb eines Mantelrohres oder mit ebenen Platten zur Trennung der verschiedenen Medien versehen sein. Besonders empfiehlt es sich, für diesen Zweck konzentrische Rohre vorzusehen. Ebenso ist es möglich, außer geraden auch gekrümmte Rohre oder Platten einzubauen; außerdem kann man die verschiedenen Ströme nicht nur parallel, sondern auch in einem bestimmten Winkel aneinander vorbeiführen. Bei gekrümmten Rohren oder Platten muß darauf geachtet werden, daß an den Stellen, an denen die Kompensation des hydrostatischen Druckes wegen der auftretenden Fliehkräfte am geringsten ist, dieser mindestens noch kompensiert wird. Dies kann dadurch be- wirkt werden, daß man z. B. bei Verwendung -ineinanderverlaufender Rohre gemäß Fig. 2 den Wandabstand zwischen Innen- und Außenrohr zwischen der konvexen Seite des Innenrohres und der konkaven Seite des Außenrohres a größer ausbildet als den zwischen der konkaven Seite des Innenrohres und der konvexen Seite des Außenrohres b. Dabei ist vorausgesetzt, daß die verbotene Richtung diejenige vom Innen- in das Außenrohr ist.The invention is not limited to certain types of heat exchangers. The heat exchangers can be provided with tube bundles within a jacket tube or with flat plates for separating the various media. It is particularly advisable to use concentric pipes for this purpose. It is also possible to install curved pipes or plates in addition to straight pipes; In addition, the various streams can not only be guided in parallel, but also at a certain angle. In the case of curved pipes or plates, care must be taken to ensure that the hydrostatic pressure is at least compensated at the points where the compensation of the hydrostatic pressure is lowest due to the centrifugal forces that occur. This can be characterized has the effect that z. B. when using intertwining tubes according to FIG. 2, the wall distance between the inner and outer tube between the convex side of the inner tube and the concave side of the outer tube a is greater than that between the concave side of the inner tube and the convex side of the outer tube b. It is assumed that the forbidden direction is that from the inner to the outer tube.

Führt man innerhalb eines Wärmeaustauschers nicht einen warmen an einem kalten, sondern mehrere warme an mehreren kalten Strömen verschiedenartiger Stoffe aneinander vorbei, so dient das Verfahren nach der Erfindung ebenfalls dazu, die unter höherem oder gleichem Gesamtdruck stehenden Ströme an Leckstellen am übertreten in der verbotenen Richtung zu hindern. Schließlich kann die Erfindung auch angewandt werden, wenn das reinzuhaltende Medium in Ruhe ist.If one does not list a warm one within a heat exchanger one cold, but several warm with several cold streams of different kinds Substances past each other, the method according to the invention also serves to the currents under the same or higher total pressure at leakage points to prevent in the forbidden direction. Finally, the invention can also be used when the medium to be kept clean is at rest.

Allerdings kann man die Erfindung nicht unbeschränkt auf alle Wärmeaustauschvorgänge ohne weiteres übertragen, denn bei dem Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis der hier erforderlichen Größe findet nur mehr ein verminderter Wärmeaustausch statt. Ist man bei der Wahl eines der beiden Medien frei, so kann durch Benutzung eines Mediums mit guten Wärmeübertragungseigenschaften, z. B. Helium, dieser Nachteil mindestens bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden. Besonders vorteilhaft gestalten sich die Verhältnisse mindestens in diesem Fall dann, wenn man die Stromräume konzentrisch zueinander anordnet, z. B. in Form von ineinander verlaufenden koaxialen Rohren. Außerdem läßt sich der Wärmeübergang durch vorteilhafte Ausbildung der Oberfläche der Trennwände fördern.However, the invention cannot be restricted to all heat exchange processes easily transferred, because with the flow rate ratio here required size, there is only a reduced heat exchange. is one is free to choose one of the two media, so can by using one medium with good heat transfer properties, e.g. B. Helium, that disadvantage be balanced at least to some extent. Particularly beneficial At least in this case, the conditions are shaped when one considers the power spaces arranged concentrically to one another, e.g. B. in the form of mutually extending coaxial Pipes. In addition, the heat transfer can be achieved through an advantageous design of the surface the partition walls.

So kann die Oberfläche der den langsameren Gasstrom einschließenden Wandungen z. B. durch Aufrauhen und/oder durch Anbringung von Kühlrippen vergrößert werden. Dies ist zulässig, weil das langsamer strömende Medium ohnehin den geringeren Druckabfall erfährt als das schneller strömende.So the surface of the can enclose the slower gas flow Walls z. B. enlarged by roughening and / or by attaching cooling fins will. This is permissible because the slower flowing medium is the lower one anyway Experiences pressure drop than the faster flowing.

Claims

Patent claim: Device for preventing the entry of a first flowing medium into a second stationary or flowing medium at defective points of partition walls, in which the cross-section of the first flow is reduced at least at the endangered points and / or the cross-section of the second flow is enlarged at these points is that the static pressure in the first stream is lower at these points than in the second stream, characterized by the application in heat exchangers in plants for heat transfer, gas separation or synthesis or in heat exchangers in plants in which one gas is used as a protective gas for another gas serves. Documents considered: German Patent No. 931385; French Patent No. 1079 141; U.S. Patent Nos. 2,417,250 , 842,393 .