DE2608977A1 - Waermeaustauscher fuer gasfoermige medien, insbesondere aggressive gase - Google Patents

Description

B.V. Machinefabriek "Breda" voorheen Backer en Rueb, Breda, Niederlande.

Wärmeaustauscher für gasförmige Medien, insbesondere aggressive Gase.

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für gasförmige Medien, insbesondere aggressive Gase, versehen mit einem aus Rohrplatten und in denselben eingefassten Rohren bestehenden Rohrbündel, das in einer durch das eine Medium durchströmten Leitung angeordnet ist, sowie mit im dieses Rohrbündel umgebenden Wandungsteil angeordneten Zu- bzw. Abfuhrstutzen für das andere Medium.

Deartige Wärmeaustauscher für aggressive Gase werden meistens aus hochwertigem Metall aufgebaut, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Das auftretende Problem ist, dass die Montage eines derartigen Wärmeaustauschers meistens bei normaler Umgebungstemperatur erfolgt, so dass bei sehr hohen Betriebstemperaturen Wärmespannungen auftreten, die sich insbesondere bei den im Austauscher angeordneten Schweissen spürbar machen. Ein kritischer Punkt ist beispielsweise der Anschluss der Zu- bzw. Abfuhrstutzen in der betreffenden Wandung. Auch erfordert das Anordnen des Rohrbündels in den Wärmeaustauscher besondere Massnahmen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeaustauscher für gasförmige Medien zu schaffen, bei dem vorstehend erwähnte Probleme nicht auftreten, sogar nicht bei sehr hohen Betriebstemperaturen bzw. sehr grossen Unterschieden in Einlass- bzw.

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Die Erfindung schafft zu diesem Zweck einen Wärmeaustauscher der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wandung der Leitung ringsum das Rohrbündel herum, sowie ein sich gegenüber demselben sowohl in stromaufwärtser wie abwärtser Richtung erstreckender Wandungsteil und die Wandungen der Zu- und Abfuhrstutzen bzw. durch ein zusätzliches Kühlmittel gekühlt sind.

Durch diese zusätzliche Kühlung bleibt die Wandungstemperatur nahezu innerhalb der kritischen Grenzen, wodurch Rissbildung in der Wandung bzw. den in denselben angeordneten Schweissen infolge der zu grossen Wärmespannungen vermieden soll.

Um eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen der Wandung der Leitung und dem zusätzlichen Kühlmittel zu bewirken, schlägt die Erfindung auch vor, wenigstens der Wandungsteil der Leitung um das Rohrbündel und die Wandungen der Zu- und Abfuhrstutzen als ein Teil eines Kühlkanals oder von Kanälen für das zusätzliche Kühlmittel ausgebildet sind, auszubilden, damit die durch die Wandung transportierte Wärmemenge unmittelbar auf das Kühlmittel übertragen wird.

Zum Vermeiden von Spannungen in der Wandung der Leitung durch das Ausdehnen des Rohrbündels ist erfindungsgemäss jede Rohrplatte über ein ausdehnungzulassendes Element mit dieser Wandung verbunden.

Zur Erzielung einer besonders einfachen Ausführungsform ist es

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von Vorteil, dass das ausdehnungszulassende Element zugleich eine abdichtende Funktion hat, so dass der durch das andere Medium durchströmte Raum begrenzt ist.

Wegen der relativ kalten Wandung kann Kondensation des anderen Mediums auftreten. Weil es hier insbesondere einen Wärmeaustauscher für aggressive Gase betrifft, ist es von Wichtigkeit, dieses Kondensat möglichst schnell abzuführen. Die Erfindung schlägt zu diesem Zweck vor, den niedrigsten Punkt des durch das andere Medium durchströmten Raums mit dem Abfuhrstutzen in Verbindung zu setzen, so dass nicht nur etwaiges Kondensat abgeführt wird, sondern sogar verhindert werden kann. Weil fortwährend kaltes Gas beim kältesten Teil des durch das andere Medium durchströmten Raums abgeführt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 einen stehenden Schnitt des erfindungsgemäss konstruierten Wärmeaustauschers,

Fig. 2 eine Einzelheit eines Wandungsteils, versehen mit Kühlkanälen.

Der in Fig, I dargestellte Wärmeaustauscher besteht aus einem Rohrbündel 1, das in einem durch das eine Medium nach dem Pfeil Pl durchströmten Leitungsteil 2 angeordnet ist. Das Rohrbündel 1 besteht aus einer Anzahl von parallelen Rohren 3, die an beiden Enden je in Rohrplatten 4 eingefasst sind. Jede Rohrplatte 4 ist längs ihres Umfangs über ein im Querschnitt gewölbtes ausdehnungzulassendes Element 5 mit der Wandung der

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Leitung 2 verbunden.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht das ausdehnungzulassende Element 5 aus dünnem Material, das zu einem geschlossenen Ring gebildet ist. Die beiden Längsränder sind einerseits mit dem Umfang der Rohrplatte 4 und andererseits mit der Wandung 2 verbunden, und zwar derart dichtend, dass zwischen beiden Rohrplatten 4 und Elementen 5 ein abgeschlossener Raum entsteht.

Dieser abgeschlossene Raum wir mit in der Wandung der Leitung 2 angeordneten Zu- und Abführstutzen 6 bzw. 7 mit dem Stromkreis des anderen Mediums in Verbindung gesetzt. Eine Querschottwand 8 im Raum sorgt für eine Stromführung des anderen Mediums nach dem Pfeil P2.

Als Beispiel sind einige Temperaturen der beiden Medien vor und nach dem Wärmeaustauscher in Fig, 1 angegeben. Weil die erwähnten hohen Temperaturen erhebliche Wärmespannungen in der Wandung der Leitung 2 herbeiführen und namentlich an kritischen Stellen um die Ein- und Auslassstutzen 6 bzw. 7, ist die ganze Wand mittels eines zusätzlichen Kühlmittels gekühlt. Dieses zusätzliche Kühlmittel strömt an der stromaufwärtsen Seite des Wärmeaustauschers durch innerhalb der Wandung 2 angeordnete Kühlkanäle 9, durch welche die Wand 2 kaum einer Temperaturerhöhung ausgesetzt ist, weil diese Kühlkanäle unmittelbar die Wärmebelastung aufnehmen, während der um-den Wärmeaustauscher angeordnete Wandungsteil der Leitung 2 mittels Kühlkanälen 10 gekühlt ist.

Diese Kühlkanäle 10, die in Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt

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sind, sind durch im Querschnitt halbkreisförmige Elemente gebildet und an die Wandung der Leitung 2 und der Ein- bzw. Auslasstutzen 6 und 7 zu schweissen. Hierbei bildet die Wand einen Teil des Kühlkanals 10. Zwar ist die Wandung dort an der Stelle zwar einer Wärmebelastung ausgesetzt, aber die Wärmeunterschiede in den verschiedenen Wandungsteilen sind nur gering, so dass die Spannungen infolge dieser Wärmeunterschiede innerhalb der kritischen Grenzen gehalten werden können, indem das zusätzliche Kühlmittel in geeigneter Weise durch die Kanäle 10 geführt werden.

Aus Fig. 1 geht hervor, dass der kälteste Punkt im Wärmeaustauscher unterhalb des Einlasstutzens 6 liegen wird. Infolge der relativ kalten Wandung kann hier Kondensation des anderen Mediums erfolgen, so dass zum Abzapfen dieses Kondensats eine Leitung, in der Figur nur durch die Strich-Punkt-Linie 12 angedeutet, angeschlossen ist. Die Abzapfvorrichtung ist schematisch bei 13 dargestellt.

Wenn von gezwungener Zirkulation des anderen Mediums die Rede ist, so wird infolge des Strömungswiderstands über den Wärmeaustauscher bei dem Einlassstutzen ein höherer Druck herrschen als bei dem Auslassstutzen. Es ist von Vorteil, die Verbindungsleitung 12 auch zum dem Auslassstutzen 7 zu führen, wodurch ein dauernder Gasstrom von dem kältesten Punkt aus zu dem Einlassstutzen herbeigeführt wird und auf diese Weise Kondensation vermieden wird. Um den Gasstrom in der Leitung 12 regeln zu können, ist eine Drosselöffnung 14 in dieser Leitung angeordnet.

In Fig. 1 ist angenommen, dass die Leitung 2 im Querschnitt

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kreisförmig ist, sowie die Rohrplatten 4. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch die Leitung jede gewünschte Form annehmen, beispielsweise eine viereckige, und das Rohrbündel kann jede geeignete Stellung einnehmen. Hierbei ist an eine Stellung zu denken, in der das Bündel 1 um eine Viertelswendung gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Stellung gedreht ist. Die Rohrplatten 4 verlaufen dann parallel zu der Wandung der Leitung 2. Der Unterschied ist, dass das eine Medium um die Rohre und das andere Medium durch die Rohre strömt, was für bestimmte Wärmeaustauscher von Wichtigkeit sein kann. Die Wandung der Leitung 2 kann in entsprechender Weise oder in anderer Weise gekühlt sein.

Die Kanäle 9 bzw. 10 können in Reihe geschaltet sein oder parallel durchströmt werden.

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Claims (7)

"7~ 2 6 ί J 8 9 7 PATENTANSPRUECHE

1. !Wärmeaustauscher für gasförmige Medien, insbesondere aggressive Gase, versehen mit einem aus Rohrplatten und in denselben eingefassten Rohren bestehenden Rohrbündel, das in einer durch das eine Medium durchströmten Leitung angeordnet ist, sowie mit im dieses Rohrbündel umgebenden Wandungsteil angeordneten Zu- bzw. Abfuhrstutzen für das andere Medium, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Leitung (2) ringsum das Rohrbündel (1) herum, sowie ein sich gegenüber demselben sowohl in stromaufwärtser wie abwärtser Richtung erstreckender Wandungsteil und die Wandungen der Zu- und Abfuhrstutzen (6) bzw. (7) durch ein zusätzliches Kühlmittel gekühlt sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Wandungsteil der Leitung (2) um das Rohrbündel (1) und die Wandungen der Zu- und Abfuhrstutzen (6 bzw. 7) als ein Teil eines Kühlkanals oder von Kanälen (10) für das zusätzliche Kühlmittel ausgebildet sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rohrplatte (4) über ein ausdehnungzulassendes Element (5) mit einer Wandung der Leitung (2) verbunden ist.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das ausdehnungzulassende Element (5) besteht aus einem im Querschnitt gewölbten ringförmigen Körper aus relativ dünnem Material, der mit dem einen Längsrand an der Rohrplatte (4) •und mit dem anderen Längsrand an der Wand der Leitung (2) dichtend befestigt ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-4,' dadurch gekennzeichnet,

dass der niedrigste Punkt des durch das andere Medium durch-

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strömten Raums innerhalb der Leitung (2) mit einer Abzapfvorrichtung (12, 13) versehen ist.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ dass der niedrigste Punkt vor der Abzapfvorrichtung (13) mit dem Abfuhrstutζen (7) verbunden ist.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem niedrigsten Punkt und dem Abfuhrstutzen (7) eine Drosselung (14) angeordnet ist.

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