DE1501484B2

DE1501484B2 - SURFACE HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: DE1501484B2
Application number: DE19661501484
Authority: DE
Inventors: Walter 7320 Göppingen; Bidlingmaier Karl-Heinz 7331 Faurndau Carl
Original assignee: Carl, Christian, 7320 Göppingen
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE1501484A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Oberflächenwärmetauscher mit einem kreiszylindrischen stehenden Außengehäuse, mit Zu- und Ablauf des abzukühlenden Dampfes an entgegengesetzten Enden des Oberfiächenwärmetauschers, wobei der Dampf von einer Dampfvorlage in einem Ende des Oberfiächenwärmetauschers durch Kühlrohre geleitet ist, die von einer Rohrplatte ausgehend sich in Strömungsrichtung des Dampfes konisch verjüngen, und wobei die Kühlrohre von außen durch ein Kühlmittel beaufschlagt sind, das das Außengehäuse über seine Länge zwischen der oberen und unteren Rohrplatte der Kühlrohre durchströmt.The invention relates to a surface heat exchanger with a circular cylindrical standing outer housing, with inlet and outlet of the steam to be cooled at opposite ends of the surface heat exchanger, wherein the steam is from a steam receiver in one end of the surface heat exchanger is passed through cooling tubes which, starting from a tube plate, are conical in the direction of flow of the steam taper, and wherein the cooling tubes are acted upon from the outside by a coolant that the outer housing Flows through the cooling tubes over its length between the upper and lower tube plates.

Ein bekannter Oberflächenwärmetauscher dieser Art (DT-PS 55 453) dient zum Verdampfen des als Flüssigkeit vorliegenden Kühlmittels. Zu diesem Zweck wird durch die im Querschnitt kreisförmigen Kühlrohre von unten nach oben Heißdampf geleitet, der im Anschluß an einen oberen Sammelraum abgeführt wird. Das Kühlmittel fließt auf der Außenseite des Mantels der Kühlrohre nach unten und nimmt dabei die zur Verdampfung notwendige Wärme auf. Durch die nach unten konisch erweiterte Form der Kühlrohre wird die auf dem Mantel der Rohre nach unten fließende Flüssigkeit abgebremst, so daß sie länger in Kontakt mit den Rohren bleibt, und außerdem die Heizfläche für die Flüssigkeit vergrößert, so daß eine weitgehend gleichmäßige Verdampfung der Flüssigkeit über die gesamte Länge der Kühlrohre erfolgt.A known surface heat exchanger of this type (DT-PS 55 453) is used to evaporate the coolant present as a liquid. For this purpose, superheated steam is passed through the cooling tubes, which are circular in cross section, from bottom to top, which is then discharged to an upper collecting space. The coolant flows down the outside of the jacket of the cooling tubes and absorbs the heat necessary for evaporation. The downwardly flared shape of the cooling tubes slows down the liquid flowing down on the jacket of the tubes so that it remains in contact with the tubes for longer, and also enlarges the heating surface for the liquid, so that a largely uniform evaporation of the liquid takes place over the entire length of the cooling tubes.

Zur Kondensatbildung ist dieser bekannte Oberflächenwärmetauscher jedoch nicht geeignet. Würde der Wärmetauscher als Kondensator eingesetzt werden, so würde der Heißdampf bevorzugt in der beschleunigten Strömung im verjüngten oberen Bereich der Rohre kondensieren. Das Kondensat würde dabei unter Behinderung der Strömung teils zusammen mit nicht kondensiertem Restdampf in den oberen Sammelraum ausgestoßen, teils in die Dampfvorlage zurückfließen, so daß eine gleichmäßige oder gar vollständige Kondensation des Heißdampfes in den Rohren nicht erreicht werden könnte. Eine gleichmäßige Kondensatbildung ist auch deshalb nicht möglich, weil infolge der räumlich unterschiedlichen Strömungsverhältnisse in der Dampfvorlage unterschiedliche Dampfmengen mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten in die Rohre eintreten würden. Infolge des kreisförmigen Querschnittes der Rohre wäre zudem ein vollständiger Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und den Heißgasen nicht zu erreichen, da im Bereich der Rohrmitte stets kondensierter Restdampf verbleibt.However, this known surface heat exchanger is not suitable for the formation of condensate. Would the Heat exchangers are used as a condenser, so the superheated steam would be preferred in the accelerated Condense the flow in the tapered upper area of the tubes. The condensate would be hindered the flow is partly expelled into the upper collecting space together with non-condensed residual steam, partly flow back into the steam, so that a uniform or even complete condensation of the superheated steam in the pipes could not be reached. Uniform condensation is also not possible because due to the spatially different flow conditions in the Steam supply different amounts of steam with different flow velocities in the pipes would occur. As a result of the circular cross-section of the tubes, there would also be a complete heat exchange between the coolant and the hot gases cannot be reached because it is in the area of the center of the pipe residual condensed vapor always remains.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oberflächenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er als Kondensator hoher Leistung verwendbar ist, indem eine gleichmäßige Kühlung und insbesondere eine vollständige Kondensation des durchströmenden Dampfes erfolgt.The invention is based on the object of providing a surface heat exchanger of the type mentioned at the beginning Art to be designed so that it can be used as a high-performance condenser by providing uniform cooling and in particular a complete condensation of the steam flowing through takes place.

Nach der Erfindung wird bei einem Oberflächenwärmetauscher der eingangs angegebenen Art diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Verwendung des Oberflächenwärmetauschers als Kondensator der zu kondensierende Dampf von oben nach unten durch die einen flachen rhombischen Querschnitt aufweisenden Kühlrohre geleitet ist und die im oberen Ende vorgesehene Dampfvorlage zwischen der Eintrittsöffnung des Dampfes und dem oberen Rohrboden eine Prallplatte aufweist und daß unterhalb der unteren Rohrplatte ein Kondensatsammeiraum vorgesehen ist, in dem zwischen der unteren Rohrplatte und der Kondensataustrittsöffnung eine Umlenkwand für das Kondensat vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in a surface heat exchanger of the type specified at the beginning solved in that when using the surface heat exchanger as a condenser to be condensed Steam from top to bottom through the cooling tubes, which have a flat rhombic cross-section is directed and the provided in the upper end of the steam blanket between the inlet opening of the Steam and the upper tube sheet has a baffle plate and that below the lower tube plate Condensate collection space is provided in which between the lower tube plate and the condensate outlet opening a baffle is provided for the condensate.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Oberfiächenwärmetauschers wird eine gleichmäßige Kühlung und eine vollständige Kondensation des Dampfes erreicht. Die in der Dampfvorlage vorgesehene Prallplatte lenkt den einströmenden und zu kondensierenden heißen Dampf gleichmäßig in sämtliche Kühlrohre. Im Bereich der Einströmenden der Kühlrohre hat der Dampf infolge des großen Strömungsquerschnittes eine geringe Geschwindigkeit, die in Richtung auf den Kondensatsammeiraum etwa entsprechend der zunehmenden Abkühlung des Dampfes zunimmt, so daß bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen Kühlmittel und Dampf eine höhere Relativgeschwindigkeit vorliegt. Im oberen Bereich der Kühlrohre wird der Dampf infolge der hohen Temperaturdifferenz stark abgekühlt, so daß eine schnelle Kondensatbildung erreicht wird, die in Richtung auf den Kondensatsammeiraum den gesamten sich verengenden Rohrquerschnitt er-Due to the design of the surface heat exchanger according to the invention uniform cooling and complete condensation of the steam is achieved. The baffle plate provided in the steam receiver directs the inflowing hot steam to be condensed evenly into all cooling tubes. In the area of the inlet end of the cooling pipes, the steam has a large flow cross-section a low speed that increases in the direction of the condensate collection space roughly corresponding to the Cooling of the steam increases, so that with small temperature differences between coolants and steam has a higher relative velocity. The steam is in the upper area of the cooling pipes Cooled down considerably as a result of the high temperature difference, resulting in rapid condensation the entire narrowing pipe cross-section in the direction of the condensate collection space

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faßt, so daß gut gekühltes Kondensat nach unten austritt. Die Kondensatbildung und die Reibung des strömenden Dampfes am Kondensat erhöhen den Strömungswiderstand des Dampfes im Kühlrohr. Dieser Widerstand steigt nach unten an, so daß ein Rückstaueffekt entsteht, unter dessen erhöhtem Druck die Kondensatbildung trotz der wegen der Querschnittverengung beschleunigten Strömung begünstigt wird. Das Kondensat oder das Kondensat-Naßdampfgemisch treten entsprechend der hohen Strömungsgeschwindigkeit unter verringertem statischem Druck aus den Kühlrohren aus, der beim Eintritt in den Kondensatsammelraum bei der Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit unter dem Einfluß der Umlenkwand ansteigt und so für die restliche Kondensierung sorgt.so that well-cooled condensate escapes downwards. The formation of condensation and the friction of the flowing Steam on the condensate increases the flow resistance of the steam in the cooling pipe. This Resistance rises downwards, so that a backwater effect occurs, under the increased pressure of which condensate is formed despite the accelerated flow due to the narrowing of the cross-section is favored. That Condensate or the condensate-wet steam mixture occur according to the high flow velocity under reduced static pressure from the cooling pipes when entering the condensate collecting space when the flow velocity is reduced under the influence of the baffle increases and so takes care of the rest of the condensation.

Daß die Kühlrohre rhombischen Querschnitt haben, ist an sich aus der FR-PS 9 12 747 bekannt. Jedoch dienen diese Rohre nicht zur Phasenumwandlung der in ihnen enthaltenen Flüssigkeit, sondern durch die rhobische Ausbildung soll die quer zu den Rohren fließende zu kühlende Flüssigkeit so gelenkt werden, daß ein optimaler Wärmeaustausch mit den Rohrwandungen gewährleistet ist.That the cooling tubes have a rhombic cross-section is known from FR-PS 9 12 747. However serve these tubes not for the phase change of the liquid contained in them, but by the rhobic Training is intended to direct the liquid to be cooled flowing transversely to the pipes in such a way that an optimal Heat exchange with the pipe walls is guaranteed.

Wenn die Prallplatte in bezug auf die Eintrittsöffnungen des Dampfes konvex gekrümmt ist und in ihrem Randbereich einen Abstand von der Umfangswandung der Dampfvorlage hat, kann der Dampf leicht umgelenkt werden und zwischen dem Rand der Prallplatte und der Umfangswandung zu den Einströmenden der Kühlrohre gelangen. Die Wirkung der Umlenkwand im Kondensatsammeiraum wird noch erhöht, wenn die Umlenkwand ausschließlich in dem von der Kondensataustrittsöffnung abgewandten Bereich Abstand von der Umfangswandung des Kondensatsammeiraumes hat.When the baffle plate is convexly curved with respect to the inlet openings of the steam and in its The edge area is at a distance from the circumferential wall of the steam receiver, the steam can easily be deflected and between the edge of the baffle plate and the peripheral wall to the inflow of the Get cooling tubes. The effect of the baffle in the condensate collection space is increased when the Deflection wall only in the area facing away from the condensate outlet opening, distance from the Has circumferential wall of the condensate collection space.

Damit sich auf der Umlenkwand kein Kondensat sammeln kann, ist die Umlenkwand in Richtung auf ihr freies Ende nach unten geneigt.So that no condensate can collect on the baffle, the baffle is in the direction of it free end inclined downwards.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 in vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Oberflächenwärmetauscher im Axialschnitt,F i g. 1 in a simplified representation of a surface heat exchanger according to the invention in axial section,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in F i g. 1 undFIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1 and

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie M-III in F i g. 1.F i g. 3 shows a section along the line M-III in F i g. 1.

Wie die F i g. 1 bis 3 zeigen, weist der Oberflächenwärmetauscher ein zylindrisches Außengehäuse 1 auf, in dem drei parallel zueinander verlaufende und nebeneinander liegende Kühlrohre 2 bis 4 angeordnet sind. Die Kühlrohre 2 bis 4 bilden mit stirnseitigen Rohrplatten 5,6 eine Baueinheit, so daß die Rohrplatten und die Kühlrohre zusammen aus dem Außengehäuse 1 herausgenommen werden können. Die Rohrplatten 5, 6 dichten die Kühlrohre 2 bis 4 gegen den durch das Außengehäuse 1 gebildeten Kühlflüssigkeitsraum 7 ab. Im unteren Bereich des Kühlflüssigkeitsraumes 7 ist im Außengehäuse 1 eine Zuführleitung 8 und im oberen Bereich eine Abführleitung 9 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen.As the F i g. 1 to 3 show, the surface heat exchanger has a cylindrical outer housing 1, in which three cooling pipes 2 to 4 running parallel to one another and lying next to one another are arranged. The cooling tubes 2 to 4 form a structural unit with the tube plates at the end, so that the tube plates and the Cooling tubes can be removed together from the outer housing 1. Seal the tube plates 5, 6 the cooling tubes 2 to 4 against the cooling liquid space 7 formed by the outer housing 1. At the bottom In the area of the cooling liquid space 7 there is a supply line 8 in the outer housing 1 and in the upper one Area provided a discharge line 9 for the cooling liquid.

Die Kühlrohre 2 bis 4 haben, wie die F i g. 2 und 3 zeigen, flachen rhombischen Querschnitt; dabei weist das mittlere Kühlrohr 3 einen größeren Querschnitt auf als die beiden seitlichen Kühlrohre 2 und 4. Der rhombische Querschnitt der Kühlrohre hat den Vorteil, daß bei kleinem Rohrquerschnitt eine große Mantelfläche zur Verfügung steht, die die Kondensatbildung bzw. Abkühlung des Dampfes begünstigt. Zweckmäßig bestehen die Kühlrohre aus zwei miteinander verschweißten Schalen. Die lotrechten Kühlrohre 2 bis 4 sind nach unten verjüngt ausgebildet, so daß die Querschnittsfläche der Kühlrohre im unteren Bereich nur noch einen Bruchteil der Querschnittsfläche im oberen Bereich beträgt. The cooling tubes 2 to 4 have, as shown in FIG. Figures 2 and 3 show flat rhombic cross-sections; thereby points the middle cooling tube 3 has a larger cross-section than the two lateral cooling tubes 2 and 4. The rhombic Cross-section of the cooling tubes has the advantage that with a small tube cross-section a large surface area is available, which favors the formation of condensate or the cooling of the steam. Expediently exist the cooling tubes made of two shells welded together. The vertical cooling pipes 2 to 4 are after tapered at the bottom, so that the cross-sectional area of the cooling tubes in the lower area is only one Fraction of the cross-sectional area in the upper area.

Oberhalb der oberen Rohrplatte 5 bzw. der Einströmenden 10 der Kühlrohre 2 bis 4 ist eine Dampfvorlage 11 vorgesehen, die nach oben durch einen Dekkel 12 abgeschlossen ist. In die Dampfvorlage 11 tritt durch eine Öffnung 13 im Deckel 12 der zu kondensierende Dampf ein. An der Innenseite des Deckels 12 ist eine in bezug auf die Eintrittsöffnung 13 des Dampfes konvex gekrümmte Prallplatte 14 befestigt, die etwa Kreisform hat und einen kleineren Durchmesser als das Außengehäuse 1 aufweist. Dadurch wird zwischen der Prallplatte 14 und dem Mantel des Außengehäuses ein Ringspalt 15 gebildet, durch den der durch die Öffnung 13 einströmende Dampf zu den Einströmenden 10 der Kühlrohre 2 bis 4 gelangen kann.Above the upper tube plate 5 or the inflow ends 10 of the cooling tubes 2 to 4 is a steam reservoir 11 provided, which is upward through a lid 12 is completed. The steam to be condensed enters the steam reservoir 11 through an opening 13 in the cover 12 Steam on. On the inside of the cover 12 is one with respect to the inlet opening 13 of the steam attached convex curved baffle plate 14, which has an approximately circular shape and a smaller diameter than that Has outer housing 1. This is a between the baffle plate 14 and the jacket of the outer housing Annular gap 15 is formed through which the steam flowing in through the opening 13 to the inflowing ends 10 of the Can get cooling tubes 2 to 4.

Unterhalb der unteren Rohrplatte 6 mit den Ausströmenden 19 der Kühlrohre 2 bis 4 ist ein ebenfalls durch das Außengehäuse 1 gebildeter Kondensatsammeiraum 16 vorgesehen, der mit einer Kondensataustrittsöffnung 17 versehen ist. Im Bereich dieser Austrittsöffnung 17 ist im Kondensatsammeiraum 16 eine Umlenkwand 18 angeordnet, die zwischen der unteren Rohrplatte 6 und der Kondensataustrittsöffnung 17 liegt. Die Umlenkwand 18 hat Kreisform (F i g. 3) und weist in ihrem von der Kondensataustrittsöffnung 17 abgewandten Bereich 18a einen kleineren Durchmesser auf als das Außengehäuse 1. Wie F i g. 3 zeigt, wird dadurch zwischen der Umlenkwand 18 und dem Außengehäuse 1 ein halbkreisförmiger Ringspalt 20 gebildet. Der der Kondensataustrittsöffnung 17 zugewandte Bereich 186 der Umlenkwand 18 hat einen dem Innendurchmesser des Außengehäuses 1 entsprechenden Durchmesser. Die Umlenkwand 18 ist in Richtung auf ihr freies Ende 21 nach unten geneigt, so daß sich etwa auf der Umlenkwand sammelndes Kondensat sofort abfließen kann.Below the lower tube plate 6 with the outflow ends 19 of the cooling tubes 2 to 4 is also a Provided condensate collection space 16 formed by the outer housing 1, which has a condensate outlet opening 17 is provided. In the area of this outlet opening 17 there is a condensate collection space 16 Deflection wall 18 arranged between the lower tube plate 6 and the condensate outlet opening 17 lies. The deflecting wall 18 has a circular shape (FIG. 3) and points in its from the condensate outlet opening 17 remote area 18a has a smaller diameter than the outer housing 1. As in FIG. 3 shows is thereby A semicircular annular gap 20 is formed between the deflection wall 18 and the outer housing 1. The region 186 of the deflecting wall 18 facing the condensate outlet opening 17 has an inner diameter of the outer housing 1 corresponding diameter. The baffle 18 is in the direction of their free end 21 inclined downwards, so that about the baffle collecting condensate immediately can drain.

Der Boden 22 des Kondensatsammeiraumes 16 ist in Richtung auf die Kondensataustrittsöffnung nach unten geneigt, so daß das im Sammelraum gesammelte Kondensat vollständig durch die Austrittsöffnung 17 abfließt. The bottom 22 of the condensate collection space 16 is downward in the direction of the condensate outlet opening inclined so that the condensate collected in the collecting space flows off completely through the outlet opening 17.

Der durch die Eintrittsöffnung 13 strömende Dampf trifft zunächst auf die Prallplatte 14 auf, wird dort umgelenkt und durch den Ringspalt 15 gleichmäßig in die Kühlrohre 2 bis 4 geleitet. Der Dampf strömt in Richtung des Pfeiles 23 durch die Kühlrohre 2 bis 4 und wird dabei kondensiert. Die Umlenkwand 18 verhindert, daß nicht kondensierter Dampf in den Kondensatsammeiraum 16 gelangt.The steam flowing through the inlet opening 13 first strikes the baffle plate 14, where it is deflected and passed evenly through the annular gap 15 into the cooling tubes 2 to 4. The steam flows towards of the arrow 23 through the cooling tubes 2 to 4 and is condensed in the process. The baffle 18 prevents that uncondensed steam reaches the condensate collection space 16.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

15 Ol 484 claims:

1. Surface heat exchanger with a circular cylindrical standing outer housing, with inlet and Drain of the steam to be cooled at opposite ends of the surface heat exchanger, wherein the steam from a steam receiver in one end of the surface heat exchanger through cooling tubes is guided, which, starting from a tube plate, is conical in the direction of flow of the steam taper, and wherein the cooling tubes are acted upon from the outside by a coolant that the length of the outer casing between the upper and lower tube plates of the cooling tubes flows through, characterized in that when using the surface heat exchanger as a condenser, the steam to be condensed from top to bottom through one flat The cooling tubes (2,3,4) having a rhombic cross-section are passed and the one provided in the upper end Steam reservoir (11) between the inlet opening (13) of the steam and the upper tube sheet (5) has a baffle plate (14) and that below the lower tube plate (6) a condensate collecting space (16) is provided in which between the lower tube plate (6) and the condensate outlet opening (17) a baffle (18) is provided for the condensate.

2. Surface heat exchanger according to claim 1, characterized in that the baffle plate (14) in is convexly curved with respect to the inlet opening (13) of the steam and in its edge region at a distance from the circumferential wall of the steam template (11).

3. Surface heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the deflecting wall (18) exclusively in the area (18a) facing away from the condensate outlet opening (17) Distance from the circumferential wall of the condensate collection space (16).

4. Surface heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the The deflection wall (18) is inclined downward in the direction of its free end (21).