DE2120563A1 - Heat exchanger - for use at high temp and pressure - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscher, insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen.
• Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit in einem im wesentlichen zylindrischen mit Mindestens einem Deckel versehenen Gehäuse unter;ebrachten gekrümmten Rohren, insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen und gegebenenfalls bei hohen Drücken.
• Fiir den Einsatz bei hohen Temperaturen werden heute allgemein die socrenannten Spiralwärmeaustausclier verwendet. Diese sind in der Regel so aufgebaut, daß mehrere ineinander gesteckte wendelförmige Rohrschlangen in einem Gehäuse untergebracht sind.
• Die Spiralwärmeaustauscher haben jedoch den großen Nachteil, daß sie nur im wärmetechnisch verhältnismäßig ungünstigen Querstrom arbeiten können, d. h. daß das die Rohre außen umspülende Medium quer zu den - gekrümmten - Achsen der einzelnen Rohre der Rohrschlangen strömt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich in wärmetechnisch günstiger, d. h. im Gegenstromverfahren betreiben läßt und außerdem für den Einsatz unter hohem Druck geeignet ist. Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß hintereinander geschaltete Rohrspiralen so nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Mittelpunkte etwa in der Acilse cles zylindrischen Gehäuses liegen, wobei einander benachbarte Spiralen gegenläufige Windungen aufweisen, so daß ihre jeweiligen äußeren und inneren Enden in abwechselnder Folge miteinander verbunden sind, und zwischen ilmen Jeweils eine Leitplanke eingelegt ist, die im Bereich der Verbindungen Öffnungen aufweist, die der Durchführung der Verbindungen sowie des die Rohrspiralen außen umspülenden Mediums dienen.
• Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung ermöglicht die Unterbringung großer Wärmeübergangsflächen auf kleinstem Raum. Die einzelnen Rohrspiralen, die die auftretenden Wärmedehnungen in sich selbst aufnelmien, weisen jeweils die gleiche Rohrlänge auf, so daß die Wärmeübergangsfläcllen über den gesamten Wärmeaustauschbereich gleich bleiben.
• Für den Ein- und Ausbau der Rohrspiralen und der Leitplatten ist es besonders günstig, wenn die Rohrspiralen und die Leitplatten mit hilfe des einen Deckels gegen den anderen Deckel oder ein feste Platte in axialer Richtung gepreßt sind.
• Ferner ist es von Vorteil, daß für die Zu- und Ableitungen die Deckel in deren Zentrum durcildrinrende, gleichachsig in einander verschachtelte Rohre vorgesehen sind. Diese Gestaltung ist fiir die Festigkeit der Deckel von besonderem Vorteil.
• Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher läßt sich auch in einfacher Weise vollkommen gasdicht ausführen, so daß auch Gase und sogar Edelgase, z.B.
• Helium, bei hohen Temperaturen praktisch ohne Verluste durch ihn hindurch geleitet werden können.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung dargestellt, bei dem zwei parallel-geschaltete Wärmeaustauschereinheiten in dem zylindrischen Gehäuse so untergebracht sind, daß zwischen ihnen ein das die Rohrspiralen außen umspülende Medium aufnehmender Sammelraum vorgesehen ist. Dabei zeigen die obere und die untere Hälfte jeweils eine andere Anschlußmöglichkeit der Zu- und Ableitungen.
• In dem zylindrischen Gehäuse 1 sind etwa in dessen Mitte zwei am Gehäuse befestigte und gegen dieses abgedichtete Platten 2 angeordnet, gegen die hintereinander-geschaltete Rohrspiralen 3 durch Federelemente 4, die sich an den Deckeln 3 abstützen, gepreßt werden. Zwischen einander benachbarten Spiralen 3, die gegenläufige Windung aufweisen, ist jeweils eine Leitplatte 6 angeordnet. Zwischen den Federelementen 4 und der deckelseitig letzten Rohrspirale 3 ist eine Druckplatte 7 angeordnet.
• Bei dem in der unteren Hälfte dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das primäre Medium durch ein an das innere Ende der an der Platte 2 anliegenden Rohrspirale 3 angeschlossenes Zuleitungsrohr 8 ein.
• Diese erste Rollrspirale ist mit der nächstfigenden an den äußeren Enden 9 und die nächstfolgende wiederum mit der darauffolgenden an den inneren Enden lo verbunden. Die Verbindungen wechseln in gleichbleibender Reihenfolge ab, bis das primäre Medium die letzte Rollrspirale verläßt und durch eine Öffnung 11 in das Ableitungsrolir 12 gelangt. Das sekundäre Medium strömt durch ein in dem Ableitungsrohr 12 verschachtelten Zuleitungsrohr 13 ein. Es gelangt über Öffnungen 14, 15 und iG in den von der Druckplatte 7, d-er nachfolgenden Leitplatte G und der Rohrspirale 3 begrenzten ebenfalls spiralfbrmigen Zwischenraum 17, den es im Gegenstrom zum primaren Medium nach außen durchströmt. Durch eine in der Leitplatte angeordnete Offnung 18, die gleichzeitz der Durchführung der Verbindung am äußeren Ende 9 dient, gelangt das sekundäre Medium in den Zwischenraum 17 der nächstfolgenden Rohrspirale 3, den es durch eine Öffnung 19, die gleichzeitig, der Durchführung der Verbindung am inneren Ende 10 dient, wieder verläßt. Aus dem an die Platte 2 angrenzenden Zwischenraum 17 gelangt das sekundäre Medium durcli eine Öffnung 20 in einen Sammelraum 21, aus dem es durch ein Ableitungsrohr 22 austritt.
• Das in der oberen Hälfte der Zeielmung dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem nach der unteren Hälfte der Zeichnung lediglich dadurch, daß anstelle des Zuleitungsrohres 8 für das primäre Medium ein Zuleitungsrohr 23 verwendet wird, daß durch die Rohre 12 und 13 sowie durch die Rohrspiralen 3 zentral hindurchgefülzrt und an das innere Ende 10 der an der Platte 2 anliegenden Rolirspirale 3 angeschlossen ist0 Dadurch wird mindestens ein Durchbruch im Mantel des Gehäuses 1 eingespaart un<l die Anordnung der Anschliisse weiter auf zwei Bereiche konzentriert.
• Das Gehäuse 1 ist mit einer feuerfesten Auskleidung 24 versehen. Diese Auskleidung hält nicht nur die Wärmeverluste gering, sie ermöglicht darüberhinaus die Einsparung von Material bei dem einen Druckmantel darstellenden Gehäuse 1.
• Eine weitere, das Gefäß ummantelnde Isolierung läßt sich, falls notwendig, ebenfalls in einfacher Weise anbringen Neben der Anordnung von einer Wärmetauschereinheit oder, wie im Ausführungsbeispiel, zwei Wärmeaustauschereinfieiten ist selbstverständlich im Bedarfsfall die Unterbringung weiterer Wärmeaustauschereinheiten in einem Gehäuse möglich.

Claims (6)

Paste nt a n s p r ü c h e :

1. Wärmeaustauscher mit in einem im wesentlichen zylindrischen mit mindestens einem Deckel versehenen Gehäuse untergebrachten gekrümmten Rohren, insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß hintereinander geschaltete Rohrspiralen (3) so nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Mittelpunkte etwa in der Achse des zylindrischen Gehäuses (1) liegen, wobei einander benachbarte Rohrspiralen (3) gegenläufige Windungen aufweisen, so daß ihre jeweiligen äußeren (9) und inneren Enden (10) in abwechselnder Folge miteinander verbunden sind, und zwischen ihnen jeweils eine Leitplatte (6) eingelegt ist, die im Bereich der Verbindungen Öffnungen (18; 19) aufweist, die der Durchführung der Verbindungen sowie des die Rohrspiralen (3) außen umspülenden Mediums dienen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrspiralen (3) und die Leitplatten (6) mit Hilfe des einen Deckels (5) gegen den anderen Deckel (5) oder eine feste Platte (2) in axialer Richbng gepreßt sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiclmet, daß die Pressung durch Federelemente (4) erfolgt.

4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zu-und Ableitungen die Deckel iii deren Zentrum durchdringende gleichachsig ineinander verschachtelte Rohre (12, 13, 23) vorgesehen sind.

5. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 dadurch gekennzeicii6net, daß zwei parallel geschaltete Wärmeaustauschereinheiten in dem zylindrischen Gehäuse (1) so untergebracht sind, daß zwischen ihnen ein das die Rohrspiralen (3) außen umspiilende Medium aufnehmender Sammelraum (21) vorgeleisen ist.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit einer feuerfesten Auskleidung (24) verseilen ist.

L e e r s e i t e