DE2055569A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers aus um einen Kern gewickelten Rohren und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers aus um einen Kern gewickelten Rohren und Vorrichtung zu dessen DurchführungInfo
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Description
Dr. Hans - Heinrich WÜlrath
Dr. Dieter Weber
Telegrammadresse: WILLPATENT Postscheck: Frankfurt/Main 6763.
Bank: Dresdner Bank AC, Wiesbaden Konto Nr. 176 »Q7
il f» Nov. 1970
Postfedi 1327 i/ep
Guitay-Freytaj-StraSe U
Telefo« (Ο61Ϊ1) J7 27I·
Serie 1709/1783
L«Air Liquide
S oc Ιέ te,. Anonyme pour I1 Etude et 1'Exploitation
des Procedis Georges Claude, 75 Quai d'Orsay 75 Paris 7e/Frankreich
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers
aus um einen Kern gewickelten Rohren und Vorrichtung zu dessen Durchführung
Zusatz zu Patent .P. ??. A5. .6A3/.0..
(Patentanmeldung Serie I709)
Prioritäten» v. 13.November I969 in Prankreich
Anm.No.: E.N.69 38976
v.9.JuIi 1970 in Prankreich
Anm.No.: E.N.70 23900
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einem Rohrbündel, das aus konzentrischen Lagen von um einen
zentrischen Kern gewickelten Rohren und einem Außenmantel besteht, und mit Verteilung«- und Sammeleinrichtungen für
Stromungsmittel an einem und am anderen Ende des Rohrbündels sowie mit Durchgängen für ein Strömungemittel in
1098 3 9/0995
■ Die Rohre dieser Wicklungen werden im allgemeinen durch
f
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.:, Versfannung gegeneinander an ihrem Platz gehalten. Sie
kennen insbesondere gegeneinander gleiten und sich unter _ dem SinfIuA der verschiedenen Belastungen, im allgemeinen
i- auf Grund des eigenen Gewichtes der Wicklung während
der Fabrikation, des Transportes, der Aufstellung, des
j des Betriebes (Druckgefälle) dieser Austauscher zusammen-[ pressen. In jedem Fall schließt das Montageprinzijlp dieser
Austauscher aus, daß sie mit großen Abmessungen gefertigt werden können, denn die Unannehmlichkeiten insbesondere
infolge des Wicklungsgewichtes werden dann völlig untragbar.
Die Erfindung hat sich die Herstellung eines Austauschere
dieser Art in soloher Weise zur Aufgabe gestellt, daß die
spätere Formhaltigkeit des Rohrbümels gewährleistet ist,
und zwar besonders bei einem Austauscher von sehr großer Auetauschoberfläche und großen Abmessungen, der sich ohne
Beschädigung transportieren läßt und dessen Konstruktion
starr bleibt, woraus sich außerdem eine bessere B0triebs- „
leise ergibt.
Gemäß der Erfindung sind die Rohre jeder Rohrlage, und zwar
im allgemeinen; nahe ihrem Ende, durch Einfügung zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Einfassungen an der Hehrzahl
von Einfassungen fixiert, wobei sich der Innenrand der
ι 10'9839/099'B " 3 "
einen Einfassung um den Außenrand der Einfassung erstreckt,
die sie umschließt, so daß sich eine sich quer ssu dem Kern erstreckende Platte ergibt. Vorzugsweise stützen
sich die Rohre jeder lickeL-Lage in Rohrwiegen aufgekerbten Unterlagestücken ab, die in Längsrichtung angeordnet
und zwischen zwei Rohrlagen oder zwischen der ersten Rohrlage und dem Kern eingeschaltet sind. Diese gekerbten
Unterlagsstücke sind Kit ihren Enden an den Befestigungseinfassungen der Rohrenden befestigt. Diese Maßnahme ge- g
stattet die Gewinnung einer starren Konstruktion, in der jedes Rohr gegenüber dem Kern des Austauschers an seinem
Platz gehalten wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungefora der Erfindung ist
mindestens eine, der Einfassungsscheiben auf radialen
Armen abgestützt, die mit dem Kern fest verbunden sind. Venn also der Kern des Austauechers eine vertikale Achse
hat, sind die Tragarme fest an einer unteren Tragetruktür
unter Abstützung gegen den Boden verankert. Um sieherzu- f
stellen, daß die Druckverluste in den freien Räumen des gewickelten Bündels vorhersehbar und kontrollierbar sind,
werden einerseits Abdichtungsringe zwischen den Rohren und den sie aufnehmenden Einkerbungen der Einfassungen
und andererseits Ablenkungsmittel zwischen der Wicklung und der Wand des Austauschermantels vorgesehen. Dadurch
kann man den bevorzugten Durchgang von Strömungsmittel in den Zwischenräumen längs der inneren Mantelwand ausschalten.
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"*." 2055369
* ■ , ■ Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
ferner aus der nachstehenden Besohreibung «ines vorteilhaften Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Fig.l ist ein eohematisoher senkrechter Schnitt durch
einen Austauscher nach der Erfindung,
Fig.2 zeigt ebenfalls schenmtisch den unverkleideten
Wk, Austauscher,
Flg.3 ist ein Schnitt durch einen Teil des Austauschers
nahe seinem Kern,
Fig.h zeigt den Austauscherteil nahe dem Umfang des RohrbUndels,
teilweise geschnitten und teilweise perspektivisch,
Fig. 5 zeigt eine Einzelheit der Tragkonstruktion eiiner
m Platte.
Gemäß der Zeichnung besitzt der gewickelte Austauscher einen Kern 1, der aus einem zylindrischen Metallkörper
besteht und an seinen oberen und unteren Enden mit Bodenwänden 3 bzw.k versehen ist. Auf diesen 'Kern ist eine
große Zahl von Rohren 10 aufgewickelt, die zwischen dem oberen Verteiler und dem unteren Sammler angeordnet sind.
Der obere Verteiler besteht aus einer Kugel 13, in die
eine große Anzahl von Rohren 10a mündet. Die Kugel 13
■ ... ■■.■'■ ;- ' '■'-■ 5 - '
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wird vermittels eines Anschlußrohretutζens lh mit Flüssigkeit gespeist. Aßerdem ist ggf. ein Sammler mit einer
Rohrplatte vorgesehen, von der eine bestimmte Anzahl von Rohren 10 b ausgeht. Am unteren Ende besitzt der
Sammler in ähnlicher Weise eine Sammlerkugel 17, in die die Rohre 10 a einmünden und die einen Abzugsstutzen 18
einerseits und ggf. einen Sammler 19 andererseits mit
einer Rohrplatte aufweist, in welche die Rohre 10 b einmünden.
Die Rohre 10 a und 10 b sind in Lagen auf dem Kern 1 in folgender Weise aufgewickelt) Jede Rohrlage umfaßt Rohre
10 a und 10 b, die sich auf gekerbten Unterlagestücken
von der Form von Metallregletten abstützen, in denen duxh
Ziehen Vorsprungβ 22 derart ausgearbeitet sind, daß sich
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorsprüngen 22 eine
Anlagerohrviege 23 für ein Rohr 10 ergibt. Derartige gekerbte Unterlagsstücke sind gleidmäßig über den Umfang ä
Und jeweils zwischen zwei Rohrlagen verteilt, und ihre Befestigung erfolgt einerseits am oberen Ende durch eine
Querscheibe Zk und andererseits am unteren Ende dnxoh eine
Querscheibe 25* Diese Querscheibe Zk bzw. 25 besteht aus mehreren Kreisringen 26, 26' usw.,aus einem Steg 27 und
zwei Schenkeln 28 und 29, und zwar in der Weise, daß ein
äußerer Kreisring 26, der mit Kröpfungen 30 und 31 am
Steg 27 versehen ist, sich zwischen dem Schenkel 28 und eine· inneren Kreieringes 26 einlegen kann, die eine gewisse
Elastizität besitzen. Diese Kreisringe 26, 26* usw.
109839/0995 " 6 "
besitzen drei Lochreihenι einerseits nebeneinanderliegende
Lochungen, die nach auen offene Kerben von einer etwas
größeren Breite als der äußere Durchmesser eines Rohres 10 bilden, und andererseits mehrere Durchlässe 33 für
die Befestigung von Speiseleitungen oder aufsteigenden
"Rohren 3k, und schließlich eine größere Anzahl von
Knälen 35» die für den Durchgang der Gasphase eines Zwischenraums
trömungsmitteis dienen»
Die Rohre 10 sind in die Kerben 32 eingepaßt und dort
mittels Dichtungen 38 bleibend und im wesentliche! dicht
befestigt.
Um die Befestigung eines Teiles der Speiseleitungen 34·
und andererseits der Rohre 10 nahe ihm Enden vorzunehmen, sind untere Halteringe oder konzentrische Befestigungsgurte 40 vorgesehen, deren Durohmesser annähernd demjenigen
des entsprechenden Kreisringes 26 entspricht und • dessen Querschnitt verschieden ist. Die untere Scheibe
25 ruht auf vier am Kern 1 fest angebrachten radial«! Armen 42, und an ihrem oberen und unteren Ende sind die
gekerbten Unterlagsstücke 21 durch Vernietung auf jedem entsprechenden Kreisring 26 der Scheiben 24 und 25 befestigt.
Auf diese Weise ergibt sich eine besonders steife Konstruktion, die in der zeichnerisch dargestellten Form,
in welcher der Kern 1 vertikal liegt, auf der Scheibe
109839/0395 , " 7 "
ruht, deren Gewicht im wesentlichen durch die Arme kz
mit Verankerungen kk für Verankerungsbolzen k$ aufgenommen
wird. Letztere ragen mit ihren oberen Enden über die La££en k6 hinaus, auf denen sie durch Muttern k7 gehalten
werden. Diese Lajpjpen k6 stellen einen Teil einer
Tragkonstruktion k9 dar, die im wesentlichen aus einem
Zylinderreifen 50 mit eingezogenem unteren Teil 51 zur
Umschließung der Enden der Rohrabschnitte 10 und eines
wesentlichen Teiles der Sammelkugel 17 besteht. Dieses f
untere Tragwerk k9 besitzt am oberen Ende eine Innenwand
5k, die einen ringförmigen Speisehohlraum 55 bildet,
in den eine Strömungsmittelspeiseleitung 56 einmündet. ■
Der Reifen 50 vere/ngt sich nach oben, um längs des
zentrischen Körpers des Austauschers einen Zylindermantel 57 zu bilden, der in sehr geringem Abstand das einmal
gebildete Rohrbündel 59 umschließt., und sich an seinem
oberen Ende 58 erweitert, um mit einer Innenwand 60 einen Ringraum 62 zu bilden, in den eine Abzugsleitung
61 einmündet. Zwischen den Rohrbündeln 10 und der Innenwand des Mantels 27 ist eine Ablenkeinrichtung eingeschaltet,
die aus einem wendelförmig gewickelten feinen Blech 6k besteht, das einerseits einen Verankerungsrand
65 entlang einem Rohr 10 und andererseits einen Rand 66
aufweist, der sich elastisch gegen die Innenwand des Mantels 57 oder seiner "Verlängerung 5k abstützt.
Die Austauschar nach der Erfindung besitzen eine bestimmte
Anzahl von Rohrabschnitten 10 a und 10 b, die derart ge-
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staltet sind, dafl sie in die Kugeln lk bzw. 17 oder die
Sammler 15 bzw. 19 und dann in die Kerben 32 unter Einschaltung der Dichtungen 38 eines vorher verlegten Kreisringes 26 eingreifen. Andererseits sind sie so gestaltet,
daß sie um den Kern 1 mit Hilfe einer beweglichen Plattform gewickelt werden, die Rohrhaspeln trägt, welche
ihrerseits eine Drehbewegung um den Kern 1 erfahren. Diese eine einzige Spiralwindungsschicht bildende Lage von
»Rohren 10 a und 10 b (Pig.l)ietin zwei Beibringe^ jeweils
an oberen und unteren Ende befestigt, um einen unteren Kreisring und einen oberen Kreisring zu bilden. Gekerbte
Unterlagestücke 21 sind unmittelbar auf der Außenfläche
der Rihrlage in regelmäßiger Verteilung um diese herum durch Vernietung oder Verschraubung auf den so verlegten
beiden letzten Kreisringen befestigt. Die folgende Lage
wird in die Rohrwiegen dieser Unterlagsstücke eingelegt. Dank dieser Anordnung der Lagen 1st der Aufbau dieser
Austausch«· außerordentlich erleichtert.
SlB söl dar Austauscher kann für sehr verschiedene Zweke
verwendet werden, beispielsweise kann ein erstes Strömunflmittel für den Wärmeaustausch in die Kugel 13 eingeführt werden, während ein zweites Strömungsmittel durch
das Rehr 15 zugebracht wird. Die beiden Strömungsmittel
wandern in den Rohren 10 a und 10 b auf einem Wendelwege
abwärts. Sin drittes Strömungsmittel, das häufig in der Zweiphasenform verld/ejt, wird am unteren Ende durch
die Speiseleitung 36 in den Ringhohlraum 55 eingeführt
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und trennt sich In eine flüssige und eine gasförmige
Phase im Innern der gewölbten Wand 51t die ein Trenngefäß
bildet und unter der Scheibe 25 liegt. Diese Art der Einspeisung stellt keinen Teil der Erfindung dar und
wird daher nicht näher beschrieben. Ss sei jedoch erwähnt,
daß die in den Speiseleitungen oder den in die Flüssigkeit eintauchenden aufsteigenden Rohren 3h strömenden
Grase einen Aufatieg dieser Flüssigkeit in den Leitungen
3h und ggf. eine Mitnahme von Dampf und die Bildung ä
eines homogenen» flüssig- dampfförmigen Strömungsmittels
oberhalb der oberen Scheibe 25 hervorrufen, Bas so verteilte Strömungsmittel wird um Rohre 10 a und 10 b int
Inneren des Mantels 57 geleitet und durchläuft den oberen Ringraum 62, von wo es durch die Abzugsleitung 68 abgeführt
wird. Statt dieser Anordnung kann man auch eine aufsteigende Bewegung der in den Rohrabschnitten 10 a und
10 b umlaufenden Strömungsmitteln und eine Abwärtsbewegung
eines anderen Zwischenraumströmungemittels vorsehen, das am oberen Ende zugeführt und in entsprechender Veise mit/ "
Einrichtungen verteilt wird, die hier nicht beschrieben wurden.
Es ist zu bemerken, daß der vorstehend beschriebene Austauscher
auf bau di» wesentliche Besonderheit aufweist, daß die verschiedenen Rohre an dem Kern fest verankert sind
und sich weder in Axialrichtung no«h in Radialrlchtttng
verlagern können. Dies gestattet die Bildung einer besonders
starren und widerstandsfähigen unverfermbaren Konstruktion,
■ . - Io-109839/0995
die daher leicht zu transportieren ist und deren Gebrauchs Charakteristiken reproduzierbar sind, Besonderheiten in der Konstruktion betreffen die Dichtongs- und
Ablenkungsmittel, die an der Stelle der Kerben 32 angebracht sind, und zwar bedingt durch die Dichtungen 38
und zwischen dem Wendel 59 und dem Hantel 57» dank des
Ablenkbleche» 60. Diese Vorsichtsmaßnahmen gestatten die Erzeugung eines geregelten und vorhersehbare» Flusses
des Strömungsmlttels in den Zwischenräumen zwischen den
Lagen der rejschiedenen Rohre 10 a und 10 b.
Es sei betont, daß die oberen und unteren Scheiben einen
praktisch ähnlichen Grundgedanken haben. Bei aufsteigender Bewegung des Zwischenraumströnrungssiittels ist die obere
Scheibe jedoch im allgemeinen nicht mit Leitungen 3% ausgerüstet, sondern man begnügt eich mit den Dtix-dalässen
Bei Bewegung des Zwischenraumströmungsmittels ie entgegengesetzten Sinne besitzt dann im allgemeinen d±e untere
Scheibe diese Leitungen nicht. Der AiÄau ύ«τ Seaeifeem
kann entsprechend dem Bewegung βsinn des ZwischeöraiiiB-ströraungsmittels abgewandelt werden.
Die Austauscher nach der Erfindung werden m±t besonderem
Torteil für die Verflüssigung ψοη Natrgae verwendet«
Bs versteht sich, dag die Erfindung nicht auf ddt«
stellten und beschriebenen AusfährungsforMen
ist, sondern daran zahlreich* Abwandlungen
lOSfft/ttfff
werden kSjinea, oiine den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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- 12 -
Claims (11)
1./JWärmeaustauscher mit einem aus konzentrisch zwischen
einem zentrischen Kern und einem Außenmantel gewickelten
Rohrlagen, Verteilungs- und Samme1einrichtungen für
Strömungsmittel am einen und am anderen Ende des Rohrbündels sowie mit Überführungseinrichtungen für ein
Strömungsmittel in Längsrichtung indem die gewickelten Rohre umgebenden Raum, dadurch gekennzeichnet, tdaß die
Rohre jeder Rehrlage, im allgemeinen nahe ihren Enden, durch Einfügung zwisohen je zwei von mehreren aufeinanderfolgenden Kreisringen festgelegt sind, wobei der Innenrand
eines "Kreisringes den Außenrand des von ihm eingeschlossenen Kreisringes umgibt und die Kreieringe Platten bilden,
die sich quer zu dem Arn erstrecken.
2.) Austauscher nash Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rohre jeder gewickelten Lage sich in Rohrwiegen aus gekerbten Unterlagsstücken abstützen, die in Längsrichtung angeordnet und zwischen je zwei Rohrlagen oder zwischen der ersten Rehrlage und dem Kern eingeschaltet sind,
wobei die gekerbten Unterlagestücke in ihren Endex an den
Kreisringen fest angebracht sind.
3.) Wärmeaustauscher na*h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kreisringe mit nach außen offenen Kerben versehen
sind, in welche die Rohrabschnitte eingelegt sind.
- 13 -
109839/0995
4.) Wärmeaustauscher nach, Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Kreisring die Form eines Profiles mit einem
zum Kern koaxialen zylindrischen Steg und4swei radialen
Schenkeln hat, in die in gleichmäßigerVerteilung einerseits
die offenen Kerben zur Einbettung der Bündelrohre und andererseits ein oder mehrere Durchgänge quer durch,
die Scheibe für Zwischenraumströmungemittel eingearbeitet sind»
5.) Wärmeaustauscher nach einem der.Ansprüche 1 bis k, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kreisringscheibe auf mit dem Kern fest verbundenen Radialarmen aufgesetzt ist*
6.) Wärmeaustauscher naah Anspruch 5· dadurch gekennzeichnet,
daß bei vertikaler Lage des Austauscherkernes die Tragarme an einem unteren Traggestell fest verankert sind.
7.) Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern an seinen Enden mit Bodenwänden kugelförmiger Sammler oder Verteiler versehen ist,
in welche die Enden der Rohre der gewickelten Lagen eingreifen.
S.) Wärmeaustauscher nafe Anspruh k, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern unmittelbar von einem Traggestell getragen ist.
9.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, daäarch gekennzeichnet,
/099 5 " lk"
daß Dichtung ar Ing· zwischen dia Bohre und die Kerben der
si« aufnehmenden Kreisringe eingesetzt sind.
10.) Wärmeaustauscher nail Anspruch I9 gekennzeichnet durch
zwischen das Rohrbündel und die Wand des Austauschermantels
eingelegte Ablenkvinrichtungen.
11.) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1O1 dadurch gekennzeichnet,
fc daß die Ablenkmittel aus einen d&naen Blech bestehen, dessen oberer Rand um ein Rohr der fiafterea, Rohrlage des
Bündels angelenfct ist, während der unter· Rand sich elastisch
als Ablaufkante gegen die Innenfläche des Auetauscharmanteis
abstüta*.
L e e r s e i t e
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