DE2200916C3 - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Wärmeaustauscher sind aus der DE-PS 67 145 bekannt. Als Zwischenüberhitzer können Wärmeaustauscher solcher Bauart in nuklearen Dampfkraftanlagen angewendet werden. Wird dann jedoch im Gegensatz zur bekannten vertikalen Rohrstellung eine horizontale Rohranordnung gewählt, was aus konstruktiven und preislichen Gründen bevorzugt wird, so ist es schwierig, das anfallende Kondensat und die nichtkondensierbaren Gase aus dem Wärmeaustauscher zu entfernen. Besonders wegen der unterschiedlichen thermischen Belastung der Rohre können sich Wasserpfropfen und Gasansammlungen bilden, als deren Folge beträchtliche Teile der Wärmeübergangsfläche unwirksam werden.

Trotz der bekannten Unterteilung der Wärmeaustauschfläche in mehrere Bündel, deren Sammelkammern jeweils entwässert werden, können sich in einem Bündel auftretende Instabilitäten auf der Heizdampfseitc auf die benachbarten Bündel auswirken und es kann deshalb, besonders bei einer größeren Menge nichtkondensierbarer Gase, die benötigte Spüldampfmenge verhältnismäßig hoch sein, was thermodynamische Verluste bedeutet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeaustauschfläche eines Wärmeaustauschers zu aktivieren und Instabilitäten während des Betriebes örtlich zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Zwar ist es aus der DE-PS 8 39 946 bekannt, in einen Wärmeaustauscher eine Drosselstelle einzubauen; dies erfolgt jedoch nicht nach der Entwässerung zwischen zwei Robrbündeln, um Rückströmungen und Instabilitäten zu vermeiden. Vielmehr wird diese bekannte Drossel innerhalb eines Rohres zur Abgrenzung zweier Rohrabschnitte angeordnet, wodurch zum ehen die

ίο vom ersten in den zweiten Rohrabschnitt übertretende Dampfmenge begrenzt wird und zum andern das bereiis im ersten Rohrabschnitt angefallene Kondensat anläßlich der Entspannung beim Durchtritt durch die Drosselstelle erneut verdampft Bei diesem Einrohr-Wärmeaustauscher wird Pfropfenströmung bewußt in Kauf genommen, da im zweiten Rohrabschnitt die Heizdampf menge vollständig kondensiert werden soll.

Als besonderer Vorteil der Erfindung wird angesehen, daß die Spüldampfmenge bis nahe an das theoretisch erreichbare Minimum reduziert werden kann.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und werden anschließend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 zwei gleich^Zwischenüberhitziings-Elemente, die vom Arbeitsdampf in Serie durchströmt werden,
Fig.2 ein Zwischenüberhitzungs-Element anderer Konstruktion,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Sammelkammer der F i g. 2 nach der Linie III-III.

F i g. 1 zeigt zwei identische Zwischenüberhitzungs-Elemente 1. Der Heizdampf wird der Verteilkammer 2 beim Dampfeintritt 3 zugeführt und strömt durch das Rohrbündel 4, von dem nur drei Rohre 5 eingezeichnet sind, zur Sammelkammer 6. Die daran anschließende Verteilkammer 7 ist von der Sammelkammer 6 durch die horizontale Scheidewand 8 getrennt, die eine Blende 9 für den Durchtritt des Heizdampfes aufweist. Hierauf strömt der Heizdampf, wie durch die Pfeile 10 angedeutet ist, durch das Rohrbündel 11, das durch die Rohre 12 symbolisiert ist, in die Sammelkammer 13, weiter durch die Blende 14 der horizontalen Scheidewand 15 in die Verteilkammer 16 und von hier durch das Rohrbündel 17, das durch das Rohr 18 angedeutet ist, in die Sammelkammer 19. Das in den Rohrbündeln 4 und 11 anfallende Kondensat des Heizdampfes wird aus den Sammelkammern 6 und 13 durch die Kondensatableitungen 20 und 21 abgeleitet und stört daher den Wärmeübergang im jeweils nachfolgenden Rohrbündel Il bzw. 17 nicht. Das Kondensat des Rohrbündels 17 wird durch die Kondensatableitung 22 entfernt. Die nichtkondensierbaren Gase, vor allem Luft, werden zusammen mit dem Rest des noch nicht kondensierten Heizdampfes über die Leitung 23 abgesaugt.

Auf seinem Weg durch die Rohre der Rohrbündel 4, Il und 17 strömt der Heizdampf (in der Zeichnung) von unten nach oben. Der Arbeitsdampf strömt im Gegenstrom dazu um die Rohre der Rohrbündel 4, Il und 17 von oben naeh unten, wie durch die Pfeile 24 veranschaulicht ist. Durch das Gegenstromprinzip innerhalb eines Zwischenüberhilzungs-Elemehts 1 trifft der kälteste Arbeitsdampf zuerst auf jenen Restteil des Heizdampfes, der am meisten mit nichtkondensierbaren Gasen angereichert ist und den tiefsten Druck und damit die tiefste Temperatur aufweist. Falls eine Pfropfenslrömung auftritt, ist sie auf dieses eine

Rohrbündel 17 beschränkt, das nur einen geringen Teil der Gesamtfläche ausmacht. So ergibt sich auch in diesem Fall durch das Gegenstrornprinzip der beste mittlere Wärmedurchgangswert für das gesamte Zwischenüberhitzungs-Element 1 und damit eine Einsparung von Wärmeübergangsfläche,

Die Blenden 9 und 14 in den Scheidewänden 8, 15 zwischen Sammel- und Verteilkammern haben den Zweck, Druckstufen im Strömungsweg des Heizdampfes zu schaffen. Auf diese Weise ist es möglich, Rückströmungen mit Sicherheit zu vermeiden und die einzelnen Rohrbündel 4,11 und 17 oder Bündelgruppen strömungsmäßig voneinander zu trennen, so daß gegebenenfalls auftretende Instabilitäten auf ein Rohrbündel oder eine Bündelgruppe beschränkt bleiben und sich nicht in Strömungsrichtung fortpflanzen können.

Um die thermodynamischen Verluste zu reduzieren, ist es von Vorteil, die Zwischenüberhitzung mit zwei Zwischenüberhitzungs-Elementen 1 durchzuführen, die von Heizdämpfen verschiedener Temperatur gespeist werden. Eine solche Anordnung ist ebenfalls aus F i g. 1 ersichtlich. Es kommt auch hier für die Scha'tung der beiden Zwischenüberhitzungs-Elemente 1 das Gegenstromprinzip in Anwendung, derart, daß das vom Arbeitsdampf zuerst durchströmte Zwischenüberhitzungs-Element 1 mit dem kälteren Heizdampf und das zweite Zwischenüberhitzungs-EIement 1 mit dem heißeren Heizdampf beheizt wird.

Nach einer anderen Konstruktion sind die Sammelkammer 6 und die nachfolgende Verteilkammer 7 durch eine Rohrleitung 25 miteinander verbunden. Eine solche Ausführung zeigt das Zwischenüberhitzungs-EIement 27 nach F i g. 2. Auch hier sind drei Rohrbündel 4,11 und 17 vorhanden, die nacheinander vom Heizdampf durchströmt werden. Die Sammelkammer 6 nach dem ersten Rohrbündel 4 ist mit der Verteilkammer 7 des nächsten Rohrbündels 11 nur durch die Rohrleitung 25 verbunden. Diese Rohrleitung 25 kann an sich als Drosselstelle ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rohrleitung 25 größer zu dimensionieren, dafür aber die Blende 26 einzubauen. In beiden Fällen wird die erwünschte Druckstufe im Strömungsweg des Heizdampfes erreicht. — Es ist naheliegend, daß auch zwischen den Rohrbündeln 11 und 17 eine gleiche Verbindungsleitung angeordnet werden kann.

Auch können zwei dieser Zwischenüberhitzungs-Elemente 27 zu einer Einheit zusammengefaßt und vom Arbeitsdampf in Serie durchströmt werden.

Die Anordnung der vom Arbeitsdampf zuerst durchströmten Rohrbündel 11 und 17 kann auch gemäß Fig.3 erfolgen, bei der die Rohrbündel 11 und 17 zusammengebaut sind. In der Verteilkammer 7 (F i g. 2) ist eine (nicht eingezeichnete) vertikale Trennwand vorgesehen, so daß der durch die Rohrleitung 25 zuströmende Heizdampf nur die Rohre 12, aber nicht die Rohre 18 beaufschlagen kann. In die Sammelkammer 13 ist die vertikale Scheidewand »5 mit der Blende 14 eingesetzt, so daß eine neue Ver'eilkammer 16 entsteht, von der aus die Rohre 18 gespeist werden. Sie enden in der von der Verteilkammer 7 durch die Trennwand abgeteilten (in der Zeichnung nicht sichtbaren) Sammelkammer, aus der das Kondensat über die Kondensatableitung 22 abgeleitet wird und die nichtkondensierbaren Gase durch die Leitung 23 abgesaugt werden. Um auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Gegenstromprinzip zu wahren, wird der Arbeitsdampf durch die Rohrbündel 17 und 11 derart geführt, wie es in Fig.3 durch den Pfeil 24 angedeutet ist. — Die Anwendung dieser Ausführung beschränkt sich nicht auf ein Zwischenüberhitzungs-EIement 27 nach Fi g. 2, sondern kann ebenso bei einem Zwischenüberhitzungs-EIement 1 nach F i g. 1 verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Wärmeaustauscher,

dessen gerade Rohre zu mehreren Rohrbündeln zusammengefaßt sind, bei dem in den Rohren Heizdampf und um die Rohre ein aufzuheizendes Arbeitsmittel strömt,

in welchem die einzelnen Rohrbündel stromaufwärts mit einer Verteilkammer und stromabwärts mit einer Sammeikammer für den Heizdampf verbunden sind, wobei jede Sammelkammer über eine Kondensatableitung entwässert wird,
bei dem die Rohrbündel vom Heizdampf in Serie durchströmt und vom Arbeitsmittel in Serie umströmt sind und

bei dem die einzelnen Rohrbündel unterschiedliche Wärmeaustauschflächen aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rohrbündel (4,11,17) horizontal angeordnet und so ausgelegt sind, daß in jedem einzelnen Rohr der Heizdampf zumindest teilweise kondensiert und
zwischen zwei benachbarten Rohrbündeln (4, 11 bzw. 11,17) im Strömungsweg des Heizdampfes eine Drosselstelle angeordnet ist

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drofselstelle durch eine Blende (9,14) in einer Scheidewand (8,15) zwischen der Sammelkammer (6, 13) und der nachfolgenden Verteilkammer (7,16) gebildet ist

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet dun.h eine Verbindungsleitung (25) zwischen der Sammeikammer (6) 'ind der Verteilkammer (7), die als Drosselstelle ausgebildet ist.