DE1953628A1 - Rohrbuendel-Waermeaustauscher - Google Patents

Description

L.& C. Steinmüller G.m.b.H. 527 Gummersbach, den 23.10.69

Pa 6930 Bth/Bo

Patentanmeldung

"Rohrbünde!-Wärmeaustauscher"

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen Stoffen großen Druckunterschiedes, von denen der durch die Rohre strömende Stoff eine hohe Eingangstemperatur aufweist und wobei die Rohrboden gleiche 'oder ungleiche Dicken aufweisen und mindestens ein Rohrboden, vorzugsweise an der Seite, mit hoher Eingangs temperatur des strömenden Stoffes durch eine am zylindrischen Mantel abgestützte Halterung gegen Ausbiegungen gesichert ist.

Bei Rohrbündel-Wärmeaustauschern ohne Druckausgleichselemente können die Rohre nicht als Anker zur Verstärkung eines dünnen Bodens herangezogen werden. Die Dicke des Bodens bei Rohrbündel-WHrmeaustauschern ohne Dehnungsausgleichselemente ist stark abhängig von der Federcharakteristik der Rohre und damit von der Baulänge des Wärmetauschers, wobei die Bodendicke durch die maximale Wärmestromdichte begrenzt ist. Bei freitragenden Systemen oder bei großen Baulängen kann aber der Boden, insbesondere auf der Eintrittsseite, ντο der durch die Rohre strömende Stoff eine hohe Eingänge temperatür aufweist, nicht so dünn ausgeführt werden, daß die Wärmosjmnnungen in vertretbaren Grenzen bleiben. Die beschriebenen Wärmeaustauscher können somit die ihnen gestellten Aufgaben nicht erfüllen.

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Es sind Rohrbündel-Wärmeaustauscher bekannt geworden, bei denen der dünne Rohrboden durch aufgeschweißte oder angegossene Rippen verstärkt wird. Zur Kraftableitung an den die Rohre umgebenden zylindrischen Mantel müssen diese Rippen außerhalb des Mantels angebracht sein. Bei hohen Temperaturen des durch die Rohre strömenden Stoffes wird eine solche Bauart unbrauchbar, da die Rippen infolge der schlechten Wärmeableitung ebenfalls eine hohe Temperatur annehmen, so daß die Festigkeit des Bodens dadurch erheblich gemindert wird.

Es ist weiterhin ein Wärmeaustauscher bekannt geworden, bei dem der dünne Boden über kurze Rundanker mittels eines gitterartigen Tragrostes gegen Ausbiegen gesichert wird (DAS 1 294 981). Bei dieser Art Entlastungselement besteht jedoch der Nachteil, daß die Verbindung zur dünnen Rohrbodenplatte durch über den Rohrboden verteilt angeordnete Anker erfolgt, was nicht nur befostigungstechnische, sondern auch einbautechnische Schwierigkeiten bereitet. Auch sind wärmetechnische Nachteile durch Bildung eines Temperaturfeldes mit hohen Temperaturen im Bereich der Ankerbefestigung nicht ausgeschlossen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher zu schaffen, dessen Rohrboden ohne besondere Konstruktions- und fertigungstechnischen Aufwand unabhängig von der Baulänge durch Entlastungseleraente an der Auswölbung gehindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nahe dem Rohrboden ein um ein Mehrfaches dickerer, freitragender Zwischenboden angeordnet ist, welcher seinerseits am zylindrischen Mantel abgestützt ist, wobei die einzelnen Rohre über vorzugsweise sternförmige Halterungen gehalten sind. Infolge der Verwendung eines nahe dem dünneren Rohrboden liegenden Zwischenbodens wird für die Bemessung des dünnen Bodens die maßgebende kurze Rohrlänge erzielt. Die oberhalb des Zwischenbodens vorhandenen Rohrlängen sind bei der erfin-

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dungsgemäßen Konstruktion für die Auslegung des dünnen Rohrbodens nicht maßgebend. Die Relativdehnung zwischen den kurzen Rohrstücken und dem zugeordneten Mantelstück wird so gering, daß der dünne Rohrboden nicht durch zusätzliche Biegekräfte an der Einspannstelle belastet wird.

Da die vom Zwischenboden aufgefangenen Axialkräfte in den Mantel geleitet und im Austrittsbereich des Wärmetauschers wirksam werden, muß in der Regel der Zwischenboden als freitragendes System und damit in einer bestimmten Dicke ausgeführt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei Wärmeaustauschern mit Zwischenboden, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen, auch den Rohrboden an der Austrittsseite dünn zu gestalten und diesen durch einen weiteren vorgelagerten Zwischenboden zu entlasten.

Zur sicheren Kühlung des dünnen Rohrbodens auf der Seite großer Temperaturdifferenzen zwischen den im Wärmeaustausch stehenden Medien sieht die Erfindung ferner vor, daß die Heizflächenrohre von dem dicken Zwischenboden ausgehend von je einem Rohrstück in Form eines Mantelrohres mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der das heiße Medium führenden Rohre umgeben ist, welches bis nahe an den Rohrboden herangeführt ist. Das Kühlmedium muß also zwangsläufig den dünnen Rohrboden bespülen. Wird als Kühlmedium verdampfendes Wasser verwendet, so wirkt sich auf Grund der Beheizung der konzentrische Ringspalt als Steigrohr aus. Durch die intensive Bespülung des Rohrbodens wird ein Anhaften von Dampfblasen vermieden.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist die Erfindung an einem möglichen Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine erste mögliche Ausführungsform der Erfindung bei einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher ohne zweiten Rohrboden, ^w 2 eine zweite mögliche Ausführungsform mit

zweitem Rohrboden,

" 3 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 2, '

." k eine dritte mögliche Ausführungsform der Erfindung mit zweitem Rohrboden und zweitem Zwischenboden.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist an der Eintrittsseite des heißen Mediums einen dünnen Rohr-

^ boden 1 auf. Nahe diesem Rohrboden 1 ist zu dessen Entlastung ein freitragender Zwischenboden 2 vorgesehen, welcher sich auf ein zylindrisches Mantelstüclc 3 abstützt. An den zunächst geraden Wärmetauscherrohren k werden sternartig geformte Halterungen 5 angeschweißt, über die die Rohre h sich auf den freitragenden Zwischenboden 2 abstützen. Die Rohre k, welche durch den Zwischenboden 2 hindurchgeführt sind, werden konzentrisch von der Oberkante 7 des Zwischenbodens 2 bis nahe an den Rohrboden 1 von einem Mantelrohr 6 umgeben, dessen Innendurchmesser ^WD" größer ist als der Außendurchmesser ^Md^M der Rohre k. Es besteht auch die Möglichkeit, die Bohrungen 8 im Zwischenboden 2 so groß wie den Außendurchmesser des Mantelrohres

w zu wählen, damit eine Verankerung des Mantelrohres in dieser Art möglich ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit einem zweiten Rohrboden 9'· Die Abstützung des dünnen Rohrbodens I¹ zeigt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie in Fig. 1 beschrieben, jedoch sind anstelle des zylindrischen MantelstUckes 3 zur Abstützung des Zwischenbodens 2 bzw. 2' (bzw. 10" in Fig. h) noclcenartige Elemente 13' im Innenraum des zylindrischen Mantels 11' vorgesehen.

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In Fig. 3 ist insbesondere die Anordnung der an die Rohre h¹ angeschweißten Halterungen 5' zu erkennen.

Die Fig. 4 zeigt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie Fig. 2, jedoch wurde anstelle des dicken Rohrbodens 9' ein dünnerer Rohrboden 9" verwendet, welcher durch einen nahe diesem angeordneten zweiten Zwischenboden 10" in gleicher Weise entlastet ist wie derjenige, welcher in Fig. 1 bzw-r in Fig. 2 beschrieben ist.

-Schutzanspriiche-

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Claims (2)

1. - 6 - 23.10.69

   Pa 6930 Gm 6927

   Bth/Bo

   Schutzansprüche

   I.) Rohrhündel-Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwi-

   eu Stoffen großen Druckunterschiedes, von denen der durch die Rohre strömende Stoff eine hohe Eingangstemperatur aufweist, und wobei die Rohrboden gleiche oder ungleiche Dicken aufweisen und mindestens ein Rohrboden vorzugsweise an der Seite mit hoher Eingangstemperatur des strömenden Stoffes durch eine am zylindrischen Mantel abgestützte Halterung gegen Ausbiegungen gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dein Rohrboden (l, 1') ein um ein Mehrfaches dickerer, freitragender Zwischenboden (2, 2¹) angeordnet ist, welcher seinerseits am zylindrischen Mantel (H') abgestützt ist, wobei die einzelnen Rohre (4, V) über vorzugsweise sternförmige Halterungen (5, 5') gehalten sind.
2. 2.) Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Zwischenboden (2, 2') geführten, das heiße Medium führenden Rohre (k, V) konzentrisch von einem Mantelrohr (6, 6¹) mit größerem Innendurchmesser "D" als deren Außendurchmesser "d" umgeben sind, wobei dieses Mantelrohr (6, 6¹) bis nahe an den Rohrboden (l, 1') hingeführt ist.

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