DE2161402C3 - Rohrbündel-Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmetauscher mit von dem wärmeabgebenden, in Längsrichtung einströmenden Mittel durchströmten Rohren, die an ihren einander abgewendeten Offnungen in je eine an den Enden des Wärmetauschers vorgesehene Kammer münden und die auf ihrer Außenseite ihre Oberfläche vergrößernde Elemente tragen und von je einem weiteren das wärmeaufnehmende, dem Wärmetauscher senkrecht zur Rohrlängsrichtung zuströmende Mittel führenden Außenrohr umgeben sind.

Eine solche Gestaltung und Anordnung der Wärmetauscherrohre ist bei einem Doppelrohrkühler bekannt (DE-GM 19 12039). Dabei erstrecken sich die Außenrohre nahezu über die ganze Länge der mit den Elementen versehenen Innenrohre. Das — in diesem Fall Wärme abgebende Medium — wird in einem Zug durch die Außenrohre geführt wobei erhebliche Rohrreibungswiderstände überwunden werden müssen. Es ergibt sich aus dieser Konstruktion ein erheblicher Druckabfall in diesen Rohren. Ein solcher Druckabfall ist in vielen Fällen unerwünscht bzw. nicht tragbar, z. B. bei Saugvorerhitzern oder bei Vorerhitzern für Tanks od. dgl.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen wesentlich geringeren Rohrwiderstand als die bekannte Anordnung und damit einen geringeren Druckabfall aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenrohre für das wärmeaufnehmende Mittel im Längsmittelbereich des Wärmetauschers, in dem auch der Zu- bzw. Abfuhrstutzen für das wärmeaufnehmende Mittel angeordnet ist in einer etwa dessen Durchmesser entsprechenden Länge in Achsrichtung unterbrochen sind, so daß ihre einander zugewendeten ringförmigen Offnungen in einen zwischen den beiden Rohrgruppen gelegenen, ringförmigen, als Verteilkammer bzw. als Sammelkammer für die das wärmeaufnehmende Mittel führenden Außenrohre ausgebildeten Raum münden, so daß das wärmeaufnehmende Mittel die Außenrohre in zwei einander entgegengesetzten Strömen durchströmt daß die beiden Kammern durch to ein den Wärmetauscher zwischen ihnen längs und zentral durchsetzendes Rohr miteinander verbunden sind und daß die die Strömung aus dem Rohr aufnehmende Kammer einen Auslaß bzw. Einlaß für das wärmeaufnehmende Mittel aufweist
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Unterteilung des Mediumstromes in zwei zueinander parallele Ströme wird erreicht daß die Stromstärke halbiert wird. Dadurch gelingt es, den Druckabfall für eine gegebene Größe des Wärmeaustauschers auf ein Viertel herabzusetzen. Der Vorschlag der Erfindung ist dann von besonderem Vorteil, wenn nur ein geringer Druckabfall zulässig ist was z. B. der Fall ist wenn der Wärmeaustauscher als Vorerhitzer für einen Tank oder als Saugvorerhitzer dienen solL Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung führt dadurch zu einer solchen Unterteilung der Heizfläche, daß der Strom des wanneaufnehmenden Mittels in zwei parallele Ströme unterteilt wird, die z. B. zum Zweck der endgültigen Erhitzung wieder zu einem Strom vereinigt werden. Dies ergibt für die endgültige Erhitzung eine doppelte Stromstärke, verglichen mit den zwei parallelen Teilströmen und daher im letzten Teil der Anlage, wo die Viskosität ihren niedersten Wert hat, einen erhöhten Wärmeübergang. Dabei ist der Druckabfall im ersten Teil der Anlage, wo die Viskosität noch hoch ist verhältnismäßig niedrig. Wenn das Mittel in parallelen Strömen erhitzt worden ist ist der Wert der Viskosität gefallen und daher kann sodann in einen zusätzlichen Wärmeaustauscher die doppelte Stromstärke eingeführt werden. Wegen des niederen Wertes der Viskosität tritt trotzdem kein großer Druckabfall auf.

Ein weiterer Fortschritt der Erfindung ist daß der Außendurchmesser des Wärmeaustauschers zwar vergrößert wird, daß aber diese Vergrößerung nicht durch die Möglichkeit der Erhöhung der Zahl der in dem Wärmeaustauscher vorhandenen Wärmeaustauschrohre bedingt wird, sondern ihren Grund darin hat daß innerhalb des Wärmeaustauschers ein zentral gelegenes, den Wärmeaustauscher durchsetzendes Rohr vorgesehen ist das die zwei an den Enden des Wärmeaustauschers vorgesehene Kammern miteinander verbindet

Im folgenden werden drei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung,

Fig.2 zeigt im vergrößerten Maßstab den Querschnitt nach der Linie A-A der F i g. 1,
F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen, zum Teil in einen Tank eingesetzten Wärmeaustauschernach der Erfindung,

F i g. 4 zeigt im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform der Erfindung und

Fig.5 zeigt im vergrößerten Maßstab den Querschnitt nach der Linie A-A der F i g. 4.

Die F i g. 1 zeigt hiernach einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung, dessen

vorzugsweise zylindrisches Gehäuse 1 von einer Anzahl von Dampf rohren 2 durchsetzt wird, die je von einem Kondensatrohr 20 umschlossen sind. Die Dampfrohre 2 gehen von einer Verteilkammer 3 aus, in die ein Dampfeinlaßstutzen 4 mündet Der Dampf strömt in der F i g. 1 von rechts nach links zum Boden des Kondensatrohres 20. Das Kondensat wird in einer auf der Innenseite der Verteilkammer 3 gelegenen Kammer 5 gesammelt die einen Auslaß 6 für das Kondensat hat und in die sich die Kondensatrohre 20 öffnen. Diese Kondensatrohre 20 sind auf ihrer Außenseite mit einer Anzahl die Oberfläche vergrößernden Elementen 21 ausgestattet Die Kondensatrohre sind von Rohren 7 umgeben, die an beiden Enden offen und in zwei Gruppen angeordnet sind, von denen die eine rechts und die andere links in dem Wärmeaustauscher liegen. Zwischen den beiden Gruppen liegt in dem Gehäuse 1 eine ringförmige Kammer 8. Die rechts gelegenen Rohre haben eine erste öffnung zur Kammer 8 und eine zweite Öffnung zu der auf der Innenseite der Kondensatkammer 5 gelegenen Kammer 10 hin. Die links gelegenen Rohre haben eine erste öffnung zur Kammer 8 und eine zweite Öffnung zu der am linken Ende des Wärmeaustauschers gelegenen, einen Auslaßstutzen 12 aufweisenden Kammer U hin. Ein zentral gelegenes Rohr 13 verbindet die Kammern 10 und 11.

Das wärmeabgebende Mittel, beispielsweise Dampf, tritt in die Dampfrohre 2 ein und gibt an ein auf der Außenseite der Kondensatrohre 20 und innerhalb der Rohre 7 strömendes Mittel Wärme ab. Der Dampf wird kondensiert und das Kondensat fließt zur Kondensatkammer 5 und aus dieser durch den Ausströmstutzen 6 ab. Das zu erwärmende Mittel beispielsweise öl gelangt durch den Einlaßstutzen 14 in die ringförmige Kammer 8 und wird dort in zwei parallele Ströme geteilt, von denen einer in die rechten und der andere in die linken Rohre 7 eintritt. Der linke Strom tritt durch die linke Rohrgruppe 7 in die Kammer 11 und der rechte Strom tritt durch die rechte Rohrgruppe 7 in die Kammer 10, aus der er kontinuierlich in das zentral gelegene Rohr 13 eintritt, um hernach mit dem durch die linken Rohre geflossenen Strom vereinigt zu werden. Anschließend wird das öl durch den Auslaßstutzen 12 abgezogen.

Durch die Teilung des ölstromes in zwei parallele Ströme werden die Stromstärke innerhalb des Wärmeaustauschers und damit das Druckgefälle in ihm vermindert Anschließend kann das öl einem nachgeschalteten Wärmeaustauscher zugeführt oder einem anderen Prozeß unterworfen werden. Aber das öl hat nun eine solche Temperatur erreicht daß seine Viskosität bei Beibehaltung seiner Stromstärke keinen zu hohen Druckabfall verursacht

Die F i g. 2 zeigt die Anordnung des zentral gelegenen Rohres 13 und der rechts gelegenen Rohre 7, der Dampfrohre 2 und der Kondensatrohre.

Die Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Wärmeaustauschers nach der Erfindung, bei der das wärmeaufnehmende Mittel, nämlich das öl in umgekehrter Richtung zu den Pfeilen der Fig. 1 strömt Bei dieser Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher mit einem gewissen Teil seiner Länge in einem Tank, dessen rechtsgelegene Wand mit 15 bezeichnet ist eingesetzt Das öl gelangt hier unmittelbar in die Kammer 11 und wird an ihrem Ausgang in zwei parallele Ströme unterteilt von denen der eine unmittelbar durch die linksgelegenen Rohre 7 und die andere in das !0 Zentralrohr 13 eintritt und in der Figur nach rechts in die Kammer 10 fließt von der aus der ölstrom auf die rechtsgelegenen Rohre 7 verteilt wird und zum Mittelteil des Wärmeaustauschers, d. h. in die ringförmige Kammer 8, fließt Bei dieser Ausführungsform bildet , 5 diese Kammer 8 eine Sammelkammer für die beiden aus den linken und rechten Rohren 7 austretenden, parallelen Ströme. Aus dieser Sammelkammer strömt das öl zum Austrittsstutzen 14, nachdem es durch den aus der Verteilerkammer 3 kommenden und durch die Dampfrohre 2 strömenden Dampf erhitzt worden war.

Die Fig.4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Wärmeaustauschers nach der Erfindung, bei der sich die Dampfrohre 2 und die Kondensatrohre 20 zunächst durch den Teil des Wärmetaustauschers erstrecken, der die zwei parallelen Rohrsätze 7 enthält und ferner durch eine zusätzliche Wärmeaustauschereinheit 16, die innerhalb des Gehäuses 1 liegt und durch eine Trennwand 22 von dem erstgenannten Teil des Wärmeaustauschers getrennt ist Das in die Kammer 11 durch die linksgelegenen Rohre 7 und durch das Zentralrohr 13 eingetretene öl strömt durch die Rohre 17 in eine Kammer 18 und tritt aus dieser durch einen Austrittsstutzen 19 aus. Somit ist dem Hauptwärmeaustauscher eine weitere Wärmeaustauschereinheit nachgeschaltet. Die Kammer 11 bildet sowohl eine Sammelkammer für die beiden Ströme aus dem linken und dem rechten Rohrbündel als auch eine Verteilkammer für die Versorgung der Rohre 17 mit heißem öl. Durch die in der ringförmigen Kammer 8 erfolgende Teilung des Öls in zwei Ströme wird die Stromstärke so herabgesetzt, daß der Druckabfall im Wärmeaustauscher nicht zu hoch wird, aber nach der Erhitzung in parallelen Strömen und Sammlung in der Kammer 11 ist die Viskosität des Öls so weit gesunken, daß das weitere Erhitzen in den Rohren 17 ohne einen zu hohen Druckabfall und ohne zu große Strömungsverluste stattfinden kann. Der nachgeschalteten Wärmeaustauschereinheit kann auch eine andere Bauart gegeben werden.

so Die F i g. 5 zeigt den Schnitt durch diesen Wärmeaustauscher nach der Linie A-A der F i g. 4.

Um Wärmespannung zwischen den durchströmten Rohren 2 und 20 und zwischen diesen Rohren und den

sie umgebenden Rohren 7 zu vermeiden, werden alle diese Rohre nur an ihrem einen Ende festgehalten, so daß sie sich frei ausdehnen können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Rohrbündelwärmetauscher mit von dem wärmeabgebenden, in Längsrichtung einströmenden Mittel durchströmten Rohren, die an ihren einander abgewendeten Offnungen in je eine an den Enden des Wärmetauschers vorgesehene Kammer münden und die auf ihrer Außenseite ihre Oberfläche vergrößernde Elemente tragen und von je einem weiteren das wärmeaufnehmende, dem Wärmetauscher senkrecht zur Rohrlängsrichtung zuströmende Mittel führenden Außenrohr umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohre (7) für das wärmeaufnehmende Mittel im Längsmittelbereich des Wärmetauschers, in dem auch der Zu- bzw. Abfuhrstutzen für das wärmeaufnehmende Mittel angeordnet ist, in einer etwa dessen Durchmesser entsprechenden Länge in Achsrichtung unterbrochen sind, so daß ihre einander zugewendeten ringförmigen Offnungen in einen zwischen den beiden Rohrgruppen gelegenen, ringförmigen, als Verteilkammer bzw. als Sammelkammer für die das wärmeaufnehmende Mittel führenden Außenrohre (7) ausgebildeten Raum (8) münden, so daß das wärmeaufnehmende Mitte! die Außenrohre (7) in zwei einander entgegengesetzten Strömen durchströmt, daß die beiden Kammern (3, 11) durch ein den Wärmetauscher zwischen ihnen längs und zentral durchsetzenden Rohr (13) aufnehmende Kammer (11) einen Auslaß bzw. Einlaß für das wärmeaufnehmende Mittel aufweist