DE3140687A1 - Rohrwaermetauscher - Google Patents

Rohrwaermetauscher

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DE3140687A1
DE3140687A1 DE19813140687 DE3140687A DE3140687A1 DE 3140687 A1 DE3140687 A1 DE 3140687A1 DE 19813140687 DE19813140687 DE 19813140687 DE 3140687 A DE3140687 A DE 3140687A DE 3140687 A1 DE3140687 A1 DE 3140687A1
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heat exchanger
chamber
tubes
exchanger tubes
end chambers
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DE19813140687
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Michael 8011 Putzbrunn Behncke
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0202Header boxes having their inner space divided by partitions

Description

  • Rohrwärmetauscher.
  • Die Erfindung betrifft einen Rohrwärmetauscher mit einem von zwei Stirnwänden und einem äußeren Mantel begrenzten Wärmetauscherraum, mit einem den Wärmetauscherraum zwischen den beiden Stirnwänden durchquerenden Bündel paralleler, durch die Stirnwände in Stirnkammern mündender Wärmetauscherrohre, wobei der Wärmetauscherraum mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein erstes Strömungsmittel versehen ist und wobei ein Einlaßstutzen fur ein zweites, die Stirnkammern und die Wärmetauscherrohre durchströmendes Strömungsmittel an eine der Stirnkammern und ein Auslaßstutzen für dieses zweite Strömungsmittel ebenfalls an eine der Stirnkammern angeschlossen ist.
  • Rohrwärmetauscher dieser Art sind bekannt, wobei das zweite Strömungsmittel entweder im Gegenstrom zum ersten Strömungsmittel von der einen zur anderen Stirnkammer strömt, oder aber eine der Stirnkammern etwa in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre und in der Mitte des Rohrbündels durch eine Trennwand in eine Einströmkammer und eine Ausströmkammer unterteilt ist, so daß das zweite Strömungsmittel von der Einströmkammer zur anderen, als Umlenkkammer dienenden Stirnkammer und dann zurück zur Ausströmkammer strömt.
  • Insbesondere bei Abgaswärmetauschern, bei welchen die Wärmetauscherrohre von einem Abgas durchströmt werden, erweist sich von Zeit zu Zeit eine Reinigung der Wärmetauscherrohre als notwendig. Hierzu ist es bei bekannten Wärmetauschern erforderlich, die zusammen mit der jeweiligen Stirnwand die Stirnkammern begrenzenden, kappenförmigen Bauteile abzunehmen Da diese Bauteile mit den Einlaß- und/oder Auslaßstutzen versehen sind, ist es erforderlich, den Wärmetauscher zur Reinigung aus den Leitungen auszubauen, damit die erwähnten kappenförmigen Bauteile abgenommen werden können und die Wärmetauscherrohre für die Reinigung zugänglich werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rohrwärmetauscher der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß die Wärmetauscher zur Reinigung der Wärmetauscherrohre mit den Anschlußleitungen verbunden bleiben können Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß beide Stirnkammern an ihrer Seite, welche der diese Stirnkammer begrenzenden Stirnwand gegenüberliegt, durch einen zumindest etwa die Projektion des Rohrbündelquerschnitts auf diese Seite abdeckenden, abnehmbaren Deckel verschlossen sind und daß die Ein- und Auslaßstutzen außerhalb des vom Deckel eingenommenen Bereichs in die Stirnkammer münden.
  • Durch diese Konstruktion ist es zur Reinigung lediglich erforderlich, die Deckel der Stirnkammern abzunehmen, ohne den Wärmetauscher ausbauen zu müssen, so daß sich eine sehr einfache und zeitsparende Reinigung ergibt.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß bei Wärmetauschern, bei welchen eine der Stirnkammern als Anschlußkammer etwa in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre und in der Mitte des Rohrbündels durch eine Trennwand in eine Einströmkammer und eine Ausströmkammer unterteilt ist, der Einlaß- und der Auslaßstutzen quer zur Trennwand miteinander fluchtend in die Einström- bzw, die Ausströmkammer münden.
  • Diese Konstruktion ermöglicht nicht nur eine gedrungene Bauform des Wärmetauschers, sondern auch eine besonders einfache Montage, weil die Abgasleitung lediglich auf die Länge zwischen Einlaß- und Auslaßstutzen unterbrochen und an Stelle des herausgetrennten Leitungsteilstücks der Wärmetauscher eingesetzt werden muß.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.
  • Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, in eine Abgasleitung eingesetzten Wärmetauschers und Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Wärmetauscher, wobei die Ein- und Auslaßstutzen 0 für das Abgas um 90 versetzt dargestellt sind.
  • Der erfindungsgemäße, insgesamt mit 10 bezeichnete Wärmetauscher weist eine im wesentlichen zylinderische Bauform auf, wobei nahe seinem einen Ende ein Einlaßstutzen 12 und ein Auslaßstutzen 14 angeordnet sind, welche bezogen auf die Längsachse 36 des Wärmetauschers 10 in radialer Richtung und miteinander fluchtend angeordnet sind, so daß der Wärmetauscher 10 nach Heraus trennen eines passenden Teilstücks aus einer Abgasleitung 16 in die so gebildete Lücke eingesetzt werden kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Für das vom Abgas Wärme aufnehmende Strömungsmittel, beispielsweise Wasser, sind gegenüber dem Einlaßstutzen 12 und dem Auslaßstutzen 14 bezogen auf die Wärmetauscherlängsachse 36 um 900 versetzte Anschlüsse vorgesehen, von welchen in Fig. 1 ein Einlaß 18 dargestellt ist, welcher mit einer Wasserzulaufleitung 20 verbunden ist. Die aus dem Wärmetauscher 10 herausführende Leitung für das erwärmte Wasser ist mit 22 bezeichnet. Die beiden Stirnseiten des Wärmetauschers 10 sind jeweils mit einem Deckel 24 bzw. 26 verschlossen. Wie deutlich aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die Deckel 24 und 26 abgenommen werden, ohne daß der Wärmetauscher aus den an ihn herangeführten Leitungen ausgebaut werden muß.
  • Der Wärmetauscher 10 enthält, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, einen Wärmetauscherraum 28, der von zwei kreisscheibenförmigen Stirnwänden 30 und 32, sowie einem sich zwischen den beiden Stirnwänden 30 und 32 erstreckenden zylindrischen Mantel 34 begrenzt wird. Zwischen den Stirnwänden 30 und 32 erstrecken sich parallel zur Längsachse 36 des Wärmetauschers unter Bildung eines Rohrbündels 38 Wärmetauscherrohre 40. Diese Wärmetauscherrohre 40 sind durch die Stirnwände 30 und 32 hindurchgeführt.
  • Jenseits der Stirnwände 30 und 32 befinden sich im Anschluß an den Wärmetauscherraum 28 Stirnkammern 42 bzw.
  • 44, welche einerseits von den Stirnwänden 30 bzw. 32 begrenzt werden, und andererseits von zylinderischen Wandungselementen 46 bzw 48, welche in Verlängerung des Mantels 34 angeordnet sind, und durch die Deckel 24 bzw. 26.
  • Die Stirnkammer 42 ist als Anschlußkammer ausgebildet und wird durch eine in Bezug auf die Längsachse 36 diametral verlaufende Trennwand 50 in eine Einströmkammer 52 und eine Ausströmkammer 54 unterteilt. Der Einlaßstutzen 12 mündet in die Einströmkammer 52, der Auslaßstutzen 14 in die Ausströmkammer 54. In Bezug auf die Zeichnungsebene der Fig. 2 ist die Trennwand 50 0 z.B, unter 45 geneigt angeordnet.
  • Die Stirnkammer 44 ist nicht unterteilt und dient als Umlenkkammer für das den Wärmetauscher durchströmende Abgas.
  • In gleicher Weise wie die als Anschlußkammer dienende Stirnkammer 42 ist auch der Wärmetauscherraum 28 durch eine Trennwand 56 unterteilt, welche der Stirnwand 32 benachbart eine Durchbrechung 58 aufweist. Der Stirnwand 30 benachbart sind gegenüber dem Einlaßstutzen 12 und dem Auslaßstutzen 14 um 900 versetzt in den Wärmetauscherraum 28 einmündend der Einlaß 18 und diametral gegenüberliegend ein Auslaß 60 im Mantel 34 angeordnet, wobei der Einlaß 18 und der Auslaß 60 auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand 56 in den Wärmetauscherraum 28 münden.
  • Schließlich ist der Stirnwand 32 benachbart im Mantel 34 noch ein Entleerungsstutzen 32 angeordnet Zur Befestigung der Deckel 24 bzw. 26 dienen die Deckel durchquerende Gewindebolzen 64 und 66, auf welche von außen Befestigungsmuttern 68 aufgesetzt und nach dem Festspannen der Deckel durch geeignete Sicherungselemente festgelegt werden können.
  • Der Gewindebolzen 64 ist an der Trennwand 50 angebracht, währen der Gewindebolzen 66 die Stirnkammer 44 durchquert und an der Stirnwand 32 befestigt ist.
  • In der Trennwand 50 ist eine Öffnung 70 angeordnet, welche durch eine Klappe 72 verschließbar ist, wobei zur Betätigung der Klappe 72 ein nicht gezeigter Stellmotor verwendet werden kann. Der Stellmotor kann durch einen die Temperatur am Auslaß 60 überwachenden Temperaturfühler gesteuert werden, so daß zwischen dem Einlaßstutzen 12 und dem Auslaßstutzen 14 eine Kurzschlußverbindung herstellbar ist, wenn das über den Einlaß 18 zuströmende Medium im Wärmetauscher 10 die gewünschte Temperatur erreicht hat.
  • Wenn die Klappe 72 geschlossen ist, strömt das Abgas vom Einlaßstutzen 12 über die Einströmkammer 52 und über die eine Hälfte der Wärmetauscherrohre 40 zur Stirnkammer 44 und von dort über die andere Hälfte der Wärmetauscherrohre 40 zur Ausströmkammer 54 und von dort über den Auslaßstutzen 14. Entgegen dieser Strömungsrichtung tritt das zu erwärmende Wasser über den Einlaß 18 in den Wärmetauscherraum 28 in jenem Bereich ein, in welchem das Abgas die Wärmetauscherrohre 40 in Richtung auf die Ausströmkammer 54 verläßt. Durch die Trennwand 56 wird das Wasser gezwungen, im Gegenstrom an den Wärmetauscherrohren 40 entlangzuströmen, so daß es der Stirnwand 32 benachbart über die Durchbrechung 58 zu jenen Wärmetauscherrohren gelangen kann, welche das Abgas von der Einströmkammer 52 zur Stirnkammer 44 leiten. Auch diese Wärmetauscherrohre werden im Gegenstrom umspült, worauf dann das Wasser der Stirnwand 30 benachbart den Wärmetauscherraum 28 über den Auslaß 60 verläßt.
  • Es ergibt sich somit eine besonders gedrungene Wärmetauscherbauform, welche auf einfache Weise dauerhaft in eine Abgasleitung eingefügt werden kann. Zur Reinigung der Wärmetauscherrohre 40 ist es nur erforderlich, die Deckel 24 und 26 abzunehmen, worauf dann ungehinderter Zugang zu den Wärmetauscherrohren 40 besteht.
  • Die Kurzschlußeinrichtung 70, 72 bietet die Möglichkeit, auf einfache Weise die gewünschte Wassertemperatur einzuhalten und nur dann Abgas durch den Wärmetauscher zu leiten, wenn eine Wärmezufuhr benötigt wird.
  • Da sich bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers als Abgaswärmetauscher das die Wärmetauscherrohre 40 durchströmende Abgas auf seinem Weg von der Einströmkammer 52 zur Ausströmkammer 54 fortschreitend abkühlt, verringert sich sein Volumen, so daß bezogen auf einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt die Strömungsgeschwindigkeit abnehmen wird. Dies hat nicht nur eine Beeinträchtigung des Wärmeübergangs, sondern auch eine stärkere Ablagerung von Feststoffen in den Wärmetauscherrohren zur Folge.
  • Als vorteilhafte Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, daß die Wärmetauscherrohre, welche den mit dem Auslaß 60 verbundenen,-mit 28a bezeichneten Abschnitt des Wärmetauscherraums 28durchziehen und in welche das Abgas aus der Einströmkammer 52 mit seiner anfangs hohen Temperatur eintritt, einen insgesamt größeren Strömungsquerschnitt aufweisen, als die den anderen Abschnitt 28b durchziehenden Rohre 40, aus welchen das abgekühlte Abgas schließlich in die Ausströmkammer 54 aus tritt. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, daß die Zahl der den Abschnitt 28a durchziehenden Rohre 40a größer ist, als die Zahl der Wärmetauscherrohre 40b im Abschnitt 28b, wobei der Querschnitt der Rohre gleich groß ist, oder aber daß der Querschnitt der durch den Abschnitt 28a geführten Rohre 40a größer ist als der Querschnitt der durch den Abschnitt 28b geführten Rohre 40b, während die Zahl der beide Abschnitte 28a und 28b durchziehenden Rohre gleich ist9 Es ist aber auch ein Kombination beider Maßnahmen möglich. Dabei sollte der Querschnittsunterschied so bemessen we-rden, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Temperaturabnahme in den den Abschnitt 28a durchziehenden Wärmetauscherrohren 40a etwa gleich groß ist wie in den den Abschnitt 28b des Wärmetauscherraums 28 durchziehenden Wärmetauscherrohren 40b.
  • Zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit bei Beibehaltung großer Wärmeübergangsflächen können in die Wärmetauscherrohre 40 Verdrängungskörper, z.B. in Form konzentrischer Kernrohre 74 eingesetzt werden, wie dies in Fig. 2 in einem Ausschnitt beispielsweise dargestellt ist. Dabei kann der oben erläuterte Unterschied der Strömungsquerschnitte durch Verdrängungskörper mit unterschiedlichem Querschnitt in Wärmetauscherrohren 40a und 40b mit gleichem Querschnitt erreicht werden.

Claims (8)

  1. Rohrwärmetauscher.
    Ansprüche: 0 Rohrwärmetauscher mit einem von zwei Stirnwänden und einem äußeren Mantel begrenzten Wärmetauscherraum, mit einem den Wärmetauscherraum zwischen den beiden Stirnwänden durchquerenden Bündel paralleler, durch die Stirnwände in Stirnkammern mündender Wärmetauscherrohre, wobei der Wärmetauscherraum mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein erstes Strömungsmittel versehen ist und wobei ein Einlaßstutzen für ein zweites, die Stirnkammern und die Wärmetauscherrohre durchströmendes Strömungsmittel an eine der Stirnkammern und ein Auslaßstutzen für dieses zweite Strömungsmittel ebenfalls an eine der Stirnkammern angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stirnkammern (42, 44) an ihrer Seite, welche der diese Stirnkammer begrenzenden Stirnwand (30, 32) gegenüberliegt, durch einen zumindest etwa die Projektion des Rohrbündelquerschnitts auf diese Seite abdeckenden, abnehmbaren Deckel (24, 26) verschlossen sind und daß die Ein-(12) und Auslaßstutzen (14) außerhalb des vom Deckel (24, 26) eingenommenen Bereichs in die Stirnkammer (42) münden.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkammern (42, 44) von einer Stirnwand (30, 32), einem die Umfangswandung der Stirnkammer darstellenden Wandungselement (46, 48) und einem der Stirnwand (30, 32) gegenüberliegenden Deckel (24, 26) begrenzt werden.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungselemente (46, 48) eine Fortsetzung des Mantels (34) bilden.
  4. 4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine der Stirnkammern als Anschlußkammer etwa in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre und in der Mitte des Rohrbündels durch eine Trennwand in eine Einströmkammer und eine Ausströmkammer unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß- (12) und der Auslaßstutzen (14) quer zur Trennwand (50) in die Einström- (52) bzw. Ausströmkammer (54) münden.
  5. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (50) eine durch eine Klappe (72) verschließbare Kurzschlußöffnung (70) aufweist.
  6. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherraum (28) durch eine in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre (40) verlaufende Trennwand (56) in zwei Abschnitte (28a, 28b) unterteilt ist, deren einer (28a) von den aus der Einströmkammer (52) ausgehenden Wärmetauscherrohren (40a) durchzogen wird und in welchen der unterteilten Stirnkammer (42) benachbart der Auslaß (60) mündet, und deren anderer (28b) von den in die Ausströmkammer (54) führenden Wärmetauscherrohren (40b) durchzogen wird und in den der unterteilten Stirnkammer (42) benachbart der Einlaß (18) mündet, wobei die Trennwand (56) der anderen Stirnkammer (44) benachbart eine Durchbrechung (58) aufweist.
  7. 7. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Einströmkammer (52) ausgehenden Wärmetauscherrohre (40a) insgesamt einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisen als die in die Ausströmkammer (54) führenden Wärmetauscherrohre (40b), wobei der Querschnittsunterschied derart bemessen ist, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren (40a, 40b) annähernd gleich groß ist.
  8. 8. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (40a, 40b) Verdrängungskörper (74) enthalten.
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