DE2410292A1

DE2410292A1 - Shell-and-tube heat exchanger - with sector-shaped tube-supporting baffle plates

Info

Publication number: DE2410292A1
Application number: DE2410292A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Loewe
Original assignee: Cass International GmbH
Current assignee: Cass International GmbH
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1974-03-04
Publication date: 1975-09-18
Also published as: AT337219B; ATA133775A

Abstract

In a heat exchanger consisting of a bundle of tubes (through which a first medium flows) inside a parallel cylindrical housing (through which a second medium flows) the tubes are supported at regular intervals along their length by transverse anchored baffle plates equal in size and whose shape is that of the sector of a circle. Each successive baffle is positioned at an angle of rotation relative to the previous baffle so that the second medium flows through the shell along a spiral path. Each baffle is rotated through the same angle relative to the previous baffle. "Dead space" is eliminated or greatly reduced. The degree of turbulence corresponding to a given velocity is reduced so that lower press. drops and erosion rates are obtd.

Description

Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit einem zylindrischen Gehäuse, in welchem eine Mehrzahl von ein erstes Medium führenden sich in axialer Richtung des Gehäuses erstreckenden Rohren angeordnet ist, die entlang ihrer Länge durch in gleichen Abständen quer angeordnete und mittels Zuganker befestigte StUtz- und Lenkbleche abgestützt sind, deren jedes nur einen Teil der Querschnittsfläche des Gehäuses ausfüllt und demgemäß mit der Gehäuse innenwand eine Durchtrittsöffnung fUr ein die Rohre umströmendes zweites Medium bildet, wobei durch bei aufeinanderfolgenden StUtz- und Lenkblechen unterschiedlich gebildete Durchtrittsöffnungen ein nicht geradliniger Strömungsweg fUr das zweite Medium gebildet ist, und mit Ein - und Austrittsöffnungen am Gehäuse fUr das zweite Medium. Heat exchanger The invention relates to a heat exchanger with a cylindrical housing in which a plurality of a first medium arranged leading in the axial direction of the housing extending tubes is that along its length by equally spaced transversely and means Tie rods attached support and guide plates are supported, each of which is only one Part of the cross-sectional area of the housing fills and accordingly with the housing inner wall forms a passage opening for a second medium flowing around the tubes, wherein by differently formed in successive support and guide plates Passages formed a non-straight flow path for the second medium is, and with inlet and outlet openings on the housing for the second medium.

Solche Wärmeaustauscher können fUr sich getrennt angeordnet oder in Mäntel, Gehäuse oder dergleichen anderer größerer Wärmaustauscher eingebaut sein. Such heat exchangers can be arranged or separately for themselves be installed in jackets, housings or the like of other larger heat exchangers.

Die Abmessungen solcher Wärmeaustauscher werden durch die wärmetechnischen Forderungen bestimmt, beispielsweise durch die pro Zeiteinheit durchzusetzenden Volumina des ersten und/oder.des zweiten Mediums. The dimensions of such heat exchangers are determined by the thermal engineering Demands determined, for example by the per unit of time to be enforced Volumes of the first and / or the second medium.

Ein Problem besteht bei solchen Wärmeaustauschern darin, daß, um Erosionen an den Rohren im Gehäuse zu vermeiden, eine bestimmte Geschwindigkeit des um die Rohre herumströmenden zweiten Mediums nicht Uberschritten werden darf. Diese Geschwindigkeit des um die Rohre herumströmenden zweiten Mediums ist besonders kritisch, da sie oftmals nicht in Ubereinstimmung mit den wärmetechnischen Anforderungen optimal verwirklicht werden kann, sondern vielmehr von konstruktiven Einzelheiten abhängt. Um einen guten Wärmedbergang zu erhalten, ist Turbulenz erforderlich, die andererseits erhöhten Druckverlust verursacht. Je größer die Turbulenz ist, um so geringer ist die zulässige Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums, wodurch wiederum der Wärmeaustauscher größer gebaut werden muß. A problem with such heat exchangers is that, to To avoid erosion on the tubes in the housing, a certain speed of the second medium flowing around the pipes must not be exceeded. This speed of the second medium flowing around the tubes is special critical, as they are often not in accordance with the thermal requirements can be implemented optimally, but rather from constructive details depends. To get a good heat transfer, turbulence is required, which on the other hand caused increased pressure loss. The greater the turbulence, the more so lower is the permissible flow rate of the second medium, whereby in turn, the heat exchanger must be built larger.

Bei Wärmeaustauschern der einleitend genannte Art sind verschiedene AusfUhrungen von StUtz- und Lenkblechen bekannt. In- vielen Fällen ist eine Verringerung der Längsgeschwindigkeit des zweiten Mediums, d.h. der Geschwindigkeit in axialer Richtung des Wärmeaustauschergehäuses, und auch der Quergeschwindigkeit, d.h. der zur Längsgeschwin digkeit rechtwinkligen Geschwindigkeit wUnschenswert. Jedoch reichen die mit den bekannten AusfUhrungen erzielten Geschwindigkeitsverringerungen fUr viele Fälle nicht aus. Außerdem sind bei den bekannten Ausführungen und Anordnungen von StUtz- und Lenkblechen in den nicht geradlinigen Strömungsv wegen vergleichsweise große tote Räume vorhanden, wodurch notwendigerweise der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers herabgesetzt wird. There are different types of heat exchangers of the type mentioned in the introduction Executions of support and guide plates known. In many cases there is a decrease the longitudinal speed of the second medium, i.e. the speed in the axial direction Direction of the heat exchanger housing, and also the transverse speed, i.e. the A speed perpendicular to the longitudinal speed is desirable. However, enough the speed reductions achieved with the known designs for many cases fail. In addition, in the known designs and arrangements of support and guide plates in the non-rectilinear flowv because of comparative there are large dead spaces, which inevitably reduces the efficiency of the heat exchanger is reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher der einleitend genannten Art derart zu gestalten, daß der Wirkungsgrad weiter verbessert wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stütz- und Lenkbleche gleiche Kreissektorgestalt haben, und daß aufeinanderfolgende StUtz- und Lenkbleche mit jeweils gleicher Winkelverdrehung angeordnet sind. The object of the invention is to provide a heat exchanger of the introductory to make the type mentioned in such a way that the efficiency is further improved. According to the invention, this object is achieved in that the support and guide plates have the same circular sector shape, and that successive support and guide plates with are arranged in each case with the same angular rotation.

Bei einer solchen Ausführung kann durch entsprechende Auswahl der Größe der Kreissektorgestält der Stütz- und Lenkbleche der Durchschnittsquerschnitt an einem solchen Blech beliebig, d.h. der gewünschten Längsgeschwindigkeit entsprechend gewählt werden. Dadurch, daß die aufeinanderfolgenden kreissektorförmigen Stütz- und Lenkbleche mit jeweils gleicher Winkelverdrehung angeordnet sind, wird zunächst auch eine vergleichsweise niedrige Quergeschwin digkeit erzielt, wobei zusätzlich in die Strömung ein gewisser Drall eingefUhrt wird, wodurch die bei bekannten Ausführungen vorhandenen toten Räume in den Strömungswegen beseitigt oder zumindestens in großem Ausmaß verkleinert werden. Insbesondere auch hierdurch wird der Wirkungsgrad des Wärmuberganges weiter verbessert. Außerdem ergibt sich eine Verminderung der Druckverluste durch besseren Anströmwinkel an die im Gehäuse angeordneten das erste Medium führendr Rohre , sowie weniger jedoch ausreichende Turbulenz, da keine reine Querströmung vorhanden ist. Die erzielten Geschwindigkeiten sind derart, daß die Gefahr der Erosion der das erste Medium führenden Rohre weitgehend beseitigt ist. In such an embodiment, by appropriate selection of the Size of the circular sector, the support and guide plates, the average cross-section any on such a sheet, i.e. according to the desired longitudinal speed to get voted. Due to the fact that the successive circular sector-shaped support and guide plates are arranged with the same angular rotation, is first also achieved a comparatively low Quergeschwin speed, with additional A certain swirl is introduced into the flow, whereby the known designs existing dead spaces in the flow paths eliminated or at least largely Extent to be reduced. In particular, this also increases the efficiency of the Heat transfer further improved. In addition, there is a reduction in pressure losses through a better angle of incidence to the first medium arranged in the housing Pipes, as well as less, but sufficient turbulence, as there is no pure cross flow is available. The speeds achieved are such that there is a risk of erosion the pipes carrying the first medium have been largely eliminated.

Eine besondere Aus fUhrungs form der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stützt und Lenkbleche gleiche achssymmetrische Doppelkreissektorgestalt haben. Bei einer solchen Gestaltung der StUtz- und Lenkbleche zusammen mit der Anordnung aufeinanderfolgender StUtz- und Lenkbleche mit jeweils gleicher Winkelverdrehung wird ein außerordentlich gUnstiges Strömungsbild für das zweite Medium in dem Wärmeaustauscher geschaffen. A particular embodiment of the invention is characterized in that that the supports and guide plates have the same axially symmetrical double circular sector shape to have. With such a design, the support and guide plates together with the arrangement successive support and guide plates each with the same angular rotation becomes an extremely favorable flow pattern for the second medium in the heat exchanger created.

GegenUber der bekannten AusfUhrung kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Stütz- und Lenkbleche bei verbessertem Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers eine kUrzere StUtzweite realisiert werden, was hinsichtlich der Vermeidung - von Vibrationen vorteilhaft ist. Compared to the known embodiment, with the inventive Arrangement of the support and guide plates with improved efficiency of the heat exchanger A shorter support second can be realized, which in terms of avoidance - vibration is beneficial.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert: Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Wärmeaustauschers, an welchem die Erfindung verkörpert ist. The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explains: Fig. 3 is a schematic sectional view of a heat exchanger, on which the invention is embodied.

Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene schaubildliche Teilschnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 is a perspective view on an enlarged scale Partial sectional view of an embodiment of the invention.

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer anderen bevorzugten Aus fUhrungs form der Erfindung. Figure 3 is a view similar to Figure 2 of another preferred one From embodiment of the invention.

Gemäß Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher vorgesehen, der ein Gehäuse 1 mit Endkappen 2 und 3 fUr Eintritt und Austritt eines ersten Mediums aufweist, welches durch eine Vielzahl von Rohren 4 strömt, von denen nur einige -dargestellt sind. Die Rohre 4 sind an beiden Enden in je einem Rohrboden 5 festgelegt. According to Fig. 1, a heat exchanger is provided which has a housing 1 with end caps 2 and 3 for entry and exit of a first medium, which flows through a plurality of tubes 4, only some of which are shown are. The tubes 4 are fixed in a tube sheet 5 at both ends.

Im mittleren Teil des Gehäuses 1 sind zwei Offnungen 6 und 7 für Eintritt und Austritt eines zweiten Mediums vorgesehen, welches die Rohre 4 im Inneren des Wärmeaustauschergehäuses 1 umströmt. In the middle part of the housing 1 are two openings 6 and 7 for Entry and exit of a second medium provided, which the tubes 4 inside of the heat exchanger housing 1 flows around.

Weiterhin sind in dem mittleren Teil des Gehäuses 1 StUtz- und Lenkbleche 8 dargestellt, die später anhand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben werden. Furthermore, in the middle part of the housing 1 support and guide plates 8, which will be described in more detail later with reference to FIGS. 2 and 3.

Es ist zu verstehen, daß die Fig. 1 einen Wärmeaustauscher nur schematisch zeigt, und daß die Anzahl der dargestellten Rohre 4 und der StUtz- und Lenkbleche 8 in der Praxis meist viel größer als die in Fig. 1 dargestellte Anzahl ist. It is to be understood that Fig. 1 shows a heat exchanger only schematically shows, and that the number of tubes shown 4 and the support and guide plates 8 is usually much larger than the number shown in FIG. 1 in practice.

Solche Stütz- und Lenkbleche 8 werden Ublicherweise mittels nicht dargestellter Zuganker in der gewUnschten Stellung festgelegt,-und sie weisen Öffnungen fUr den Durchgang der das erste Medium fUhrenden Rohre 4 auf. Die Zuganker sind auch in den Fig. 2 und 3 nicht gezeigt, um die Darstellung nicht kompliziert zu machen. Die Zuganker sind jedoch bekannt. Such support and guide plates 8 are usually not by means of shown tie rod set in the desired position, -and they have openings for the passage of the pipes 4 carrying the first medium. The tie rods are also not shown in FIGS. 2 and 3 in order not to complicate the representation do. The tie rods are known, however.

In Fig. 2 ist eine erste Aus fUhrungs form von StUtz-und Lenkblechen 8a wiedergegeben. Bei dieser AusfUhrungsform haben die StUtz- und Lenkbleche 8a Kreissektorgestalt, und aufeinanderfolgende StUtz- -und Lenkbleche 8a sind mit jeweils gleicher Winkelverdrehung angeordnet, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist, wobei der Verdrehungswinkel vorzugsweise gleich dem Sektorwinkel der Bleche 8a ist. In Fig. 2 is a first embodiment of support and guide plates 8a reproduced. In this embodiment, the support and guide plates have 8a Circular sector shape, and successive support and guide plates 8a are each with arranged the same angular rotation, as can be seen from Fig. 2, wherein the The angle of rotation is preferably equal to the sector angle of the metal sheets 8a.

Die StUtz- und Lenkbleche 8a gemäß Fig. 2 haben eine Gestalt entsprechend einem Kreissektorwinkel von 1200, so daß, wenn aufeinanderfolgende StUtz- und Lenkbleche 8a mit jeweils gleicher Winkelverdrehung von ebenfalls 120° angeordnet sind, jedes vierte Stütz- und Lenkblech 8a sich in der gleichen relativen Lage befindet, wie dieses aus Fig. 3 bequem ersichtlich ist.The support and guide plates 8a according to FIG. 2 have a shape accordingly a circular sector angle of 1200, so that when successive support and guide plates 8a are arranged with the same angular rotation of also 120 °, each fourth support and guide plate 8a is in the same relative position as this can be easily seen from FIG. 3.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß mit der dort getroffenen Gestaltung und Anordnung der StUtz- und Lenkbleche 8a nicht nur eine Strömungskomponente in Querrichtung und demgemäß eine Quergeschwindigkeit erhalten wird, sondern auch - zufolge der mit jeweils gleicher Winkelverdrehung angeordneten aufeinanderfolgenden StUtz- und Lenkbleche 8a - zusätzlich in die Strömung ein gewisser Drall eingefUhrt wird. From Fig. 2 it can be seen that with the design made there and arrangement of the support and guide plates 8a not only a flow component in Transverse direction and, accordingly, a transverse speed is obtained, but also - according to the successive ones arranged with the same angular rotation in each case Support and guide plates 8a - additionally introduced a certain twist into the flow will.

In Fig. 3 ist eine andere bevorzugte Aus fUhrungs form der Erfindung dargestellt, die insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Quergeschwindigkeit weiter verringert werden soll. In Fig. 3 is another preferred embodiment of the invention shown, which is particularly advantageous when the lateral speed should be further reduced.

Die StUtz- und Lenkbleche 8b gemäß dieser AusfUhrungsform haben achssymmetrische Doppelkreissektorgestait, die aus Fig. 3 klar ersichtlich ist. Bei der dargestellten Ausftlhrungsform beträgt jeder einfache Kreissektorwinkel jedes StUtz- und Lenkbleches 8b 60°, ßo daß, da jedes StUtz- und Lenkblech 8b Doppelkreissektorgestalt hat, jedes Stütz- und Lenkblech 8b insgesamt einen Kreissektorwinkel von 2 x 60° - 1200 einnimmt. Da auch hier aufeinanderfolgende StUtz- und Lenkbleche 8b mit jeweils gleicher Winkelverdrehung mit einem Verdrehungswinkel gleich dem Sektorwinkel angeordnet sind, ergibt es sich auch bei dieser Ausführungsform, daß jedes vierte StUtz-' und Lenkblech 8b in gleicher Relativlage angeordnet ist. The support and guide plates 8b according to this embodiment are axially symmetrical Doppelkreissektorgestait, which can be clearly seen from FIG. In the illustrated Embodiment is every simple circular sector angle of every support and guide plate 8b 60 °, so that since each support and guide plate 8b has a double circular sector shape, each Support and guide plate 8b occupies a total of a circular sector angle of 2 x 60 ° - 1200. Since here, too, successive support and Steering plates 8b with each arranged equal angular rotation with a rotation angle equal to the sector angle are, it results also in this embodiment that every fourth support 'and Steering plate 8b is arranged in the same relative position.

Außer der gegenUber der AusfUhrung gemäß Fig 2 noch verringerten Quergeschwindigkeit bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 3 wird auch hier zusätzlich in die Strömung ein gewisser Drall eingefUhrt, wodurch tote Räume beseitigt oder zumindestens in großem Ausmaß verkleinert werden. Apart from the still reduced compared to the embodiment according to FIG Transverse speed in the embodiment according to FIG. 3 is also here additionally a certain twist is introduced into the flow, thereby eliminating or removing dead spaces at least to a large extent.

Bei beiden AusfUhrungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 ist der Abstand der StUtz- und Lenkbleche 8a, 8b derart gewählt, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende, sich in gleicher Relativlage befindende StUtz- und Lenkbleche einen Abstand voneinander haben, der der-maximalen StUtzweite der das erste Medium fUhrenden Rohre 4 entspricht, Auf diese Weise ist gewährleistet, daß jedes Rohr 4 zumindestens an StelleÄ'ntsprechend der maximalen Stützweite abgestützt ist. In both embodiments according to FIGS. 2 and 3, the distance is the support and guide plates 8a, 8b selected so that two consecutive, support and guide plates located in the same relative position a distance from each other which corresponds to the maximum support width of the pipes 4 carrying the first medium, In this way it is ensured that each tube 4 at least in place Ä 'corresponding the maximum span is supported.

Claims

Patentanstalt, rUche

rciärmeaustauscher with a cylindrical housing in which a A plurality of a first medium which guide and extend in the axial direction of the housing Tubes arranged along their length through at equal intervals through Tie rods attached transversely arranged support and guide plates are supported, their each only fills a part of the cross-sectional area of the housing and accordingly with the inner wall of the housing has a passage opening for a second one flowing around the tubes Medium forms, with different in successive support and guide plates through openings formed a non-linear flow path for the second Medium is formed, and one with inlet and outlet openings on the housing for the Second medium, characterized in that the support and guide plates (8) have the same circular sector shape have and that successive support and guide plates each with the same angular rotation are arranged.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the support and guide plates (8b) have the same axially symmetrical double circular sector shape to have.

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the sector angle of each support and guide plate and the angle of twist between successive support and guide plates amount to 600 each.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the angle of rotation of successive support and guide plates (8) is equal is the sector angle of the sheets.