DE1254164B

DE1254164B - Roehrenwaermetauscher mit rundem Querschnitt

Info

Publication number: DE1254164B
Application number: DEV12679A
Authority: DE
Original assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Current assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Priority date: 1957-06-28
Filing date: 1957-06-28
Publication date: 1967-11-16

Description

Röhrenwärmetauscher mit rundem Querschnitt Die Erfindung betrifft einen Röhrenwärmetauscher mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Mantelrohr zur Führung eines gasförmigen, wärmeabgebenden Mediums, in das parallelgeschaltete, das wärmeaufnehmende Medium führende Rohrstränge eingebaut sind, deren Teilstrecken in im wesentlichen senkrecht zur Mantelrohrachse liegenden Rohrebenen, über den Umfang gleichmäßig verteilt, zu Evolventen gebogen sind, wobei alle parallelgeschalteten Rohrstränge durch sämtliche Rohrebenen hindurchgeführt sind und jeweils die äußeren Enden der Teilstrecken mit einem äußeren Teilstreckenende aus einer unmittelbar benachbarten Rohrebene, und die inneren Enden der Teilstrecken mit einem inneren Teilstreckenende aus einer unmittelbar benachbarten Rohrebene verbunden sind.
Die Verwendung von Gaskanälen mit rundem Querschnitt hat den Zweck, gegenüber der rechteckigen Ausführung tote Ecken zu vermeiden und die Verteilung der Temperaturen und des Gasstromes wesentlich gleichmäßiger zu gestalten. Außerdem haben zylindrische Wärmetauscher eine geringere Oberfläche, so daß die Herstellungskosten niedriger liegen. Runde Querschnitte sind besonders vorteilhaft bei Wärmetauschern, die in einem Behälter mit einem und oberhalb eines Reaktorcore untergebracht werden sollen. Solche Konstruktionen verwenden zwei ineinander angeordnete, druckfeste zylindrische Behälter mit Halbkugel- oder Korbböden.
Im inneren Behälter ist dabei das Reaktorcore unterhalb des Wärmetauscher-Rohrsystems angeordnet, und die im Core aufgeheizten Gase dienen als wärmeabgebendes Medium.
Dieses Medium wird, wie bekannt, in Zwangumlauf gehalten.
Ein Röhrenwärmetauscher der eingangs genannten Art ist durch die deutsche Patentschrift 747522 bekannt; denn nach dieser Patentschrift sollen die einzelnen Rohrschlangen in zur Achse des Behälters senkrechten Ebenen so gekrümmt sein, daß die Querteilung von Rohr zu Rohr, senkrecht zur Rohrachse gemessen, über den ganzen Querschnitt gleichbleibt. Diese Anordnung ergibt zwangläufig eine Evolventenform des einzelnen Rohres. Die einzelnen Rohrstränge verlaufen hierbei als Schlange mit schwach zickzackförmig gekrümmter Windungsebene im wesentlichen parallel zur Mantelrohrachse. Da erfahrungsgemäß das gasförmige, wärmeabgebende Medium bei nur geringfügiger Vermischung senkrecht zur Strömungsrichtung im wesentlichen parallel zur Mantelrohrachse strömt, bleibt jedoch jeder Rohrstrang während seines ganzen Verlaufs im wesentlichen im gleichen Umfangsbereich des wärmeabgebenden Mediums, so daß die in der Regel über den Eintrittsquerschnitt des Mantelrohres ungleichmäßige Temperaturverteilung dieses Mediums zu verschiedenen Temperaturerhöhungen in den einzelnen Rohrsträngen des wärmeabgebenden Mediums führt. Dies gilt auch für Röhrenwärmetauscher der eingangs genannten Art, die durch die USA-Patentschrift 2 402 881 bekannt sind; denn nach dieser Patentschrift verlaufen in benachbarten Rohrebenen die miteinander verbundenen Teilstreckenenden in der Blickrichtung parallel zur Mantelrohrachse genau fluchtend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßige Wärmebeaufschlagung aller Rohrstränge des Wärmetauschers und eine kontinuierlich g 0 leichmäßig sich entwickelnde Temperatur des zu erwärmenden Mediums bei einfachster Rohrführung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs genannten bekannten Wärmetauscher, dadurch gelöst, daß jedes Teilstreckenende mit einem in Umfangrichtung versetzt liegenden Teilstreckenende der anderen Rohrebene verbunden ist und diese Versetzung in den Verbindungen der Teistreckenenden fortlaufend im gleichen Drehsinn um die Mantelrohrachse vorgesehen ist.
In Ausgestaltung der Erfindung besteht das Rohrsystem aus gleichen Teilstreckenpaaren, deren jedes durch ein U-Rohr gebildet wird, dessen Schenkel zu parallel verlaufenden Evolventen gebogen sind, wobei die Basis des U-Rohres die Verbindung zweier Teilstreckenenden darstellt. Hierbei kann jedes Teilstreckenpaar aus einem Rohrstück gebogen und das Rohrsystem zur Dampferzeugung vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Abb. I Längsschnitte durch jeweils eine Hälfte von zwei als Dampferzeuger ausgebildeten Wärmetauschern; A b b. 2 den Querschnitt der A b b. 1 mit einer Rohrebene, schematisch. Die gezeigten stehenden Wärmetauscher haben, wie A b b. 2 zeigt, runden Querschnitt und sind im Innern mit den Rohrsystemen 1 bzw. 2 versehen.
Das durch die Wärmetauscher strömende Heizgas tritt von unten aus dem Gaskana13 in die Wärmetauscher ein, bestreicht sämtliche Rohre der eingebauten Rohrsysteme und verläßt, nachdem es seine Wärme an die in den Rohren strömende Flüssigkeit abgegeben hat, über Auslaß 4 die Wärmetauscher. Das Rohrsystem eines Wärmetauschers wird aus vollständig gleichen, evolventenförmig gebogenen U-Rohren 5 gebildet. Eine Anzahl solcher gebogener U-Rohre 5, gleichmäßig über den Umfang verteilt, bilden, zu Evolventen ineinandergewickelt, eine Rohrebene 6 bzw. in einem eine Teilstrecke darstellenden Schenkel die eine und mit dem anderen Schenkel, d. h. der anderen Teilstrecke des U-Rohres, die benachbarte Ebene.
Das Wärmetauschsystem wird durch übereinanderlegen solcher Rohrebenen 6 gebildet. Durch die evolventenförmige Ausbildung in den Rohrebenen 6 haben sämtliche Teilstrecken der Rohre 5 in jedem Punkt des Gasquerschnittes gleichen Abstand voneinander, so daß sie von dem durchströmenden Gas gleichmäßig beaufschlagt werden. Die Rohrsysteme 1 und 2 sind als Dampferzeuger vorgesehen. Wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, sind hierbei 24 Rohrstränge vorhanden. Das Rohrsystem ist unterteilt in Vorwärmer 9, Verdampfer 10 und Überhitzer 11. Mit 12 sind Tragrohre, mit 13 ein Austrittsringsammler, mit 7 ringförmige Verteiler und mit 8 Zugführungsrdhre für die einzelnen Rohrstränge bezeichnet. Mit 21 ist eine Mischtrommel und mit 22 sind Verbindungsrohre zum überhitzer, die als Tragrohre dienen können, angedeutet. Im Kernraum ist das Rohr 23 eingesetzt, das durch einen Deckel 24 abgeschlossen ist.
Die evolventenförmig gebogenen Teilstrecken der U-Rohre sind mit den Teilstrecken der benachbarten Rohrebene durch äußere Verbindungsrohre 14 und die innere Verbindung 15 darstellende Rohrstücke verbunden. Die Führung der einzelnen parallelgeschalteten Rohrstränge erfolgt so, daß z. B. die vom Rohrebenenzentrum bei 16 ausgehende Teilstrecke eines Rohres 5 am äußeren Teilstreckenende 17 der Evolvente die Ebene verläßt und mit dem äußeren, um ein Rohr versetzten Teilstreckenende 18 in der nächsten Ebene verbunden ist. In der Zeichnung wird der Rohrstrang von dort aus wieder zum Zentrum hingeführt und zwar zu 19, U-förmig umgebogen und in der nächsten Ebene wieder an die Peripherie zurückgeführt. Von hier aus erfolgt der weitere Anschluß in der nächsten Rohrebene, wieder um eine Rohrteilung versetzt bei 20. Sinngemäß gleiche Verbindungen sind im Zentrum vorgesehen. Durch die auf diese Weise kreisförmig wandernde Verbindung der Teilstreckenenden der evolventenförmigen Rohre wird erreicht, daß Unterschiede in der Beheizung weitgehend ausgeglichen werden. Die evolventenförmige Ausbildung der Rohrteilstreckenpaare ermöglicht die gleiche Ausbildung sämtlicher Rohrstränge. Sämtliche U-Rohre des Wärmetauschers weisen die gleiche Kurvenform auf und haben gleiche Länge und können aus einem Rohrstück ohne Aneinanderschweißen hergestellt werden. Durch die Verbindung der äußeren und inneren Rohr-Teilstreckenenden zu den Nachbarebenen erübrigen sich weitere Verbindungsrohre und es entsteht ein übersichtliches und einfaches Rohrsystem. Das Rohrsystem des Wärmetauschers gemäß der Erfindung läßt sich konstruktiv einfach und kostenmäßig preiswert herstellen. Es ist besonders zur Dampferzeugung mit Zwangdurchlauf des Mediums geeignet Die Anwendung der erfindungsgemäßen Ausbildung ist nicht auf die oben erwähnten Wärmetauscher in Kernreaktoren beschränkt. Sie ist auch anwendbar bei Wärmetauschern, die von Gasen aus herkömmlichen Brennstoffen in üblichen Bauarten beaufschlagt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Röhrenwärmetauscher mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Mantelrohr zur Führung eines gasförmigen, wärmeabgebenden Mediums, in das parallelgeschaltete, das wärmeaufnehmende Medium führende Rohrstränge eingebaut sind, deren Teilstrecken in im wesentlichen senkrecht zur Mantelrohrachse liegenden Rohrebenen über den Umfang gleichmäßig verteilt zu Evolventen gebogen sind, wobei alle parallelgeschalteten Rohrstränge durch sämtliche Rohrebenen hindurchgeführt sind und jeweils die äußeren Enden der Teilstrecken mit einem äußeren Teilstreckenende aus einer unmittelbar benachbarten Rohrebene und die inneren Enden der Teilstrecken mit einem inneren Teilstreckenende aus einer unmittelbar benachbarten Rohrebene verbunden sind, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß jedes Teilstreckenende (17) mit einem in Umfangrichtung versetzt liegenden Teilstreckenende (18) der anderen Rohrebene ver- bunden ist und diese Versetzung in den Verbindungen der Teilstreckenenden fortlaufend im gleichen Drehsinn um die Mantelrohrachse vorgesehen ist.
2. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (1, 2) aus gleichen Teilstreckenpaaren besteht, deren jedes durch ein U-Rohr gebildet wird, dessen Schenkel zu parallel verlaufenden Evolventen gebogen sind, wobei die Basis des U-Rohres die Verbindung (15) zweier Teilstreckenenden darstellt.
3. Röhrenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilstreckenpaar aus einem Rohrstück gebogen ist.
4. Röhrenwärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (1, 2) zur Dampferzeugung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 962169, 747 522; französische Patentschrift Nr. 641914; USA.-Patentschriften Nr. 2 402 881, 2170 145.