DE3309371A1

DE3309371A1 - Vorrichtung zum waermeaustausch

Info

Publication number: DE3309371A1
Application number: DE19833309371
Authority: DE
Inventors: Klemens 4630 Bochum Ruff; Winfried Ing.(grad.) 4690 Herne Voges
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH; GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH; GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1984-09-20
Also published as: IN162123B

Description

GEA Luftkühlergesellschaft Happel GmbH & Co., Königsallee 43 - 47, 4630 Bochum

Vorrichtung zum Wärmeaustausch

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Rohrbündelwärmeaustauschern besteht in verstärktem Maße die Gefahr von Verstopfungen durch sich aus dem unreinen Abgas in den Wärmeaustauscherrohren ablagernde Verschmutzungen. Es ist dann von Zeit zu Zeit erforderlich, die Wärneaustauscherrohre zu reinigen. Dies kann aber nur durch Außerbetriebnahme des Wärmeaustauschers und durch teilweise Montage erfolgen. Betriebsunterbrechungen sind die zwangsläufige Folge, verbunden mit einem erhöhten Aufwand an Zeit sowie Personalkosten. Noch problematischer wird der Reinigungszwang, wenn durch Taupunktunterschreitungen der Schmutz in den Wärmeaustauscherrohren klebt.

Der -Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Vorrichtung zum Wärmeaustausch so zu verbessern, daß betriebliche Ausfallzeiten selbst dann vermieden werden, wenn extrem unreine Abgase am Wärmeaustausch beteiligt und Taupunktunterschreitungen nicht zu umgehen sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht, nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

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i; Hilfe der haubenartig gestalteten Spülkammer können mehr in von den jeweiligen Gegebenheiten abhängiger ..',eitintervallen die Wärmeaustauscherrohre partiell, und zwar gruppenweise _s nacheinander gespült werderij ohne daß hierfür eine Betriebsunterbrechung des gesamten Wärmeaustauschers erforderlich ist. Die Breite der Spülkammer ist so bemessen, daß immer nur ein vergleichsweise geringer Teil der insgesamt am Wärmeaustausc beteiligten Rohre mit Hilfe der Spülkammer gegenüber den restlichen Wärmeaustauscherrohren abgeschottet und damit auch die Zufuhr von unreinem Abgas zu diesen Rohren unter bunden wird. Die von der Spülkammer haubenartig abgedeckt Wärmeaustauscherrohre werden dann mit dem Reinigungsfluid beaufschlagt j welches durch Wasser oder eine andere Wasch flüssigkeit gebildet sein kann. Der Reinigungseffekt wird durch eine schwallartige Einführung des Reinigungsfluids unter definiertem Druck vergrößert.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird mithin in vorteilhafter Weise erreicht, daß der überwiegende Teil der installierten Wärmeaustauscherrohre auch während der Reinigungsphase voll in Betrieb bleiben kann. Es ist weder notwendig, die Gesamtvorrichtung stillzusetzen, noch müssen Montagearbeiten durchgeführt werden. Der technische Mehraufwand durch den Einbau der Spülkammer wird durch das erhöhte wirtschaftliche Ausbringen mehr als wettgemacht.

In diesem Zusammenhang ist es dann von Vorteil, wenn die Spülkammer entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgebildet ist. Welche Konfiguration gewählt wird, hängt vjn der Ausbildung des Wärmeaustauschergehäuse;: ab.

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Es ist denkbar, daß die Spülkammer von Hand verlagert wird und auf diese Weise alle Wärmeaustauscherrohre gruppenweise nacheinander gesäubert werden. Vorteilhafter nach der Erfindung sind indessen die Merkmale des Anspruchs

3. Der Stellantrieb kann hierbei so programmiert sein, daß nach dem ersten Impuls das taktweise Verlagern der Spülkammer automatisch abläuft, wobei die zeitliche Dauer des Reinigungsvorgangs in jeder Intervallstellung der Spülkammer vorbestimmt ist. Hat die Spülkammer sämtliche Wärmeaustauscherrohre überfahren, sind diese auch alle schwallartig mit dem Reinigungsfluid beaufschlagt und gesäubert worden.

Der zeitlichen Verlängerung der einwandfreien Punktion der Spülkammer dienen die Merkmale des Anspruchs

4. Während der Verlagerung wird die Spülkammer durch eine Feder geringfügig vom Rohrboden abgehoben, so daß kein Reibungskontakt entsteht. Der zweckmäßig an der mit dem Rohrboden in Berührung gelangenden Stirnfläche der Spülkammer vorgesehenen Dichtung wird hierdurch eine längere Lebensdauer vermittelt. Zum Zwecke der Reinigung wird bei der Aufgabe des Reinigungsfluids zugleich die Rückstellkraft der Feder überwunden und die Spülkammer derart an den Rohrboden gedrückt, daß die zu reinigenden Wärmeaustauscherrohre einwandfrei von den weiter im Wärmeaustausch befindlichen Rohre abgeschottet wird und keine Vermischung des Reinigungsfluids mit dem Abgas stattfinden kann.

Die ordnungsgemäße Aufgabe des Reinigungsfluids auf die Spülkammer ist dann sichergestellt, wenn die Merkmale des Anspruchs 5 zur Anwendung gelangen. Zweckmäßig ist hierbei das Magnetventil mit dem die Spülkammer

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in Zeitintervallen verlagernden Stellantrieb gekoppelt. Polglich ist während der Verlagerung ausgeschlossen., daß Reinigungsfluid aufgegeben wird. Erst wenn gewährleistet ist, daß die Spülkammer sich in der Betriebsposition befindet , wird auch das Magnetventil in dem Sinne erregt, daß es dem Reinigungsfluid den Weg zur Spülkammer freigibt.

Der Reinigungseffekt kann durch das Einschleusen von Gummikugeln gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 noch erheblich gesteigert werden. Dies ist durch Reinigungsanlagen für Kondensatoren prinzipiell bekannt.

Eine baulich günstige Gesamtanordnung für die Vorrichtung zum Wärmeaustausch ergibt sich erfindungsgemäß unter Ausnutzung der Merkmale des Anspruchs 7· Hierbei handelt es sich also um ein zylindrisches Wärmeaustauschergehäuse. Die sich etwa von der Mittelachse bis zur Gehäusewandung radial erstreckende Spülkammer wird um die Mittelachse verschwenkt und hat nach einer Drehung von 360⁰ alle Wärmeaustauscherrohre einmal überfahren.

Unter Benutzung der Merkmale des" Anspruchs 8 wird bei einem quadratischen oder rechteckigen Gehäuse die Spülkammer quer zum oberen Rohrboden verschoben. Die Spülkammer hat hierbei eine Länge, welche die gesamte Breite des Rohrbodens abdeckt.

Ist es erforderlich, das Reinigungsfluid auch nach dem Spülvorgang der Wärmeaustauscherrohre von Abgas

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getrennt zu halten, so sind die Merkmale des Anspruchs 9 von Vorteil. Durch die synchrone Bewegung der Spülkammer und der Sammelkammer ist es ausgeschlossen, daß Reinigungsfluid in den Abgasstrom gelangen kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen zylindrischen Rohrbündel-Wärmeaustauscher im vertikalen Längsschnitt im Schema;

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Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch

die Vorrichtung der Figur 1 entlang der Linie II-II und

Figur 3 eine schematische Draufsicht auf den

oberen Rohrboden eines rechteckigen Wärmeaustauschergehäuses sowie eine daran angepaßte Spülkammer.

Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein im Querschnitt kreisrundes Gehäuse eines gasdurchströmten Rohrbündelaustauschers 2 bezeichnet. Die Wärmeaustauscherrohre 3 sind parallel zu der Gehäusemittelachse 4 zwischen einem oberen Rohrboden 5 und einem unteren Rohrboden 6 angeordnet. Das unreine Abgas 7 gelangt über den kopfseitig des Gehäuses 1 radial angesetzten Eintrittsstutzen 8 in eine oberhalb .des oberen Rohrbodens 5 ausgebildete Eintrittskammer 9, durchströmt dann die Wärmeaustauscherrohre 3 und wird über einen ebenfalls radial an das Gehäuse 1 unterhalb des unteren Rohrbodens 6 angesetzten Austrittsstutzen 10 abgeführt.

In der Eintrittskammer 9 ist eine um die Mittelachse 4 drehbare und mit einem Reinigungsfluid 11 beaufschlagbare, segmentartig gestaltete Spülkammer 12 an den oberen Rohrboden 5 dichtend andrückbar. Die Spülkammer erstreckt sich radial von der Mittelachse 4 bis zum Gehäuse 1. Die Breite der Spülkammer 12 (Figur 2) Lzz so bemessen, daß nur. ein Bruchteil der Wärmeaustaus j r.errohre 3 von der Spülkammer 12 haubenartig abgedeckt v;ivi. Sie besitzt eine Dichtung 13, die bei abgesenkter Sp^-"!kammer

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12 am Rohrboden 5 zur Anlage gelangt.

Die Spülkammer 12 ist zum einen an einem Zapfen

14 drehbar gelagert, welcher nach oben vom Rohrboden 5 absteht. Zum anderen ist die Spülkammer 12 in exzentrischer Auslage mit einem sich konzentrisch zur Mittelachse k erstreckenden Stutzen 15 versehen, welcher in einer Konsole 16 oberhalb des Gehäuses 1 geführt ist. Tn den Stutzen 16 ragt der Endabschnitt 17 der das Reinigungsfluid 11 heranführenden Zuströmleitung 18 abgedichtet hinein.

Oberseitig der Lagerkonsole 16 ist- ein Kegelzahnrad 19 umfangsseitig des Spülkammerstutzens 15 festgelegt. Das Kegelzahnrad 19 kämmt mit einem weiteren Kegelzahnrad 20, das Bestandteil eines Stellantriebs 21 bildet. Der Stellantrieb 21 weist einen Getriebeteil 22 und einen Motorteil 23 auf.

Ferner zeigt die Figur 1_} daß oberhalb des horizontal umlaufenden Kegelzahnrads 19 der Spülkammerstutzen

15 durch eine Stopfbuchsenanordnung 24 gegenüber der Zuströmleitung-..18 -abgedichtet ist.

In die Zuströmleitung 18 ist ein Abschlußorgan 25 eingegliedert, das mit einem Magnetventil 26 gekoppelt ist. Das Magnetventil 26 steht außerdem mit dem Stellantrieb 21 regelungstechnisch in Verbindung. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß beim Schwenken der Spülkammer 12 mittels des Stellantriebs 21 der Zustrom an Reinigungsfluid 11 uiterbunden ist, wohingegen bei )%■-

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öffnetem Anschlußorgan 25 und beaufschlagter Spülkammer 12, wobei diese durch den Druck des Reinigungsfluids an den Rohrboden 5 gedrückt wird, der Stellantrieb 21 blockiert ist.

Das unterhalb des unteren Rohrbodens 6 aus den Wärmeaustauscherrohren 3 austretende Reinigungsfluid wird in einem Auffangtrichter 27 gesammelt und über die Leitung 28 abgeführt.

In der Figur 3 ist ein Wärmeaustauschergehäuse 29 mit einem rechteckigen Querschnitt veranschaulicht. Auch hierbei erstrecken sich die Wärmeaustauscherrohre 3 parallel zueinander zwischen einem oberen Rohrboden und einem darunter liegenden, nicht näher erkennbaren unteren Rohrboden. Die ebenfalls haubenartig ausgebildete und mit einem Anschluß 31 für das Reinigungsfluid versehene Spülkammer 32 erstreckt sich von einer Längsseite des Wärmeaustauschergehäuses 29 bis zur anderen Längsseite und ist parallel zu sich selber verlagerbar. Die Verlagerungicann durch einen Stellantrieb gemäß Figur 1 bewirkt werden, nur daß anstelle der Kegelzahnräder 19,20 eine geradlinige Übersetzung vorgesehen ist.

In der Figur 1 ist in strichpunktierter Linienführung noch eine Ausführungsform angedeutet, die auch nach dem Reinigungsvorgang der Wärmeaustauscherrohre 3 das Reinigungsfluid 11 vom Abgas 7 getrennt hält. Zu diesem Zweck ist an den unteren Rohrboden 6 eine mit der Spül kammer 12 synchron bewegbare Sammelkammer 33 dichtend andrückbar. Die getrieblichen Mittel zur Erzeugung der

p·, von Spülkammer 12 und Samme 1 kammer 33

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sind nicht näher veranschaulicht. Auch ist die an die Sammelkammer 33 angeschlossene Ableitung für da? Heinigungsfluid 11 zur Aufrechterhaltuni;; diM· Z.e.i chnur.f.r.'ibo"-sichtlichkeit fortgelassen werden.

Selbstverständlich ist auch im Falle der Ausführungsform der Figur 3 eine Samme1kammer denkbar, die mit der Spülkammer 32 synchron verlagert werden kann.

Claims

P Λ T E-N T-Ä N"-W X-L T E

DR.-ING. W. STUHLMANN — DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

AKTEN-NR.

Ihr Zeichen

647/30317 483OBOCHUM₁. 15.3.19c"- χκ/an

Postschließfach 1O24OO Bergstraße 109 Fernruf O234- / B19 87 Telegr. Stuhlmannpatent Telex 825 361 swop d

Patentansprüche:

Vorrichtung zum Wärmeaustausch, welche in einem Gehäuse eine Vielzahl von vertikalen Wärmeaustauscherrohren aufweist, die in paralleler Lage zwischen einem oberen und einem unteren Rohrboden angeordnet und von unreinem Abgas durchströmt sind, dadurch g e k e nn zeichnet , daß an den oberen Rohrboden (5, 30) eine eine Anzahl von Wärmeaustauscherrohren (3) haubenartig übergreifende und mit einem Reinigungsfluid (11) beaufschlagbare Spülkammer (12, 32) dichtend andrückbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Berührungsflächen der Spülkammer (12, 32) mit dem oberen Rohrboden (5, 30) eine dreiebkförmige, rechteckige oder trapezförmige Konfiguration aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülkammer (12, 32) durch einen Stellantrieb (21) in Zeitintervallen taktweise verlagerbar ist.

h. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch

gekennzeichnet

daß die

Spülkammer (12, 32) durch den Druck des Reinigungsfluids (11) an den Rohrboden (5, 30) preßbar ist.

5- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis d a -- d. u r c h g e k e η η ζ e

c h η e t , daß der

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Zustrom des Reinigungsfluids (11) durch ein Magnetventil (26) regelbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,, da.3 im Reinigungsfluid (11) Reinigungskugeln₃ insbesondere Gummikugeln₃ enthalten sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet ₃ da.3 die Spülkarnmer (12) in exzentrischer Auslage mit einem sich konzentrisch zur Mittelachse (4) eines zylindrischen Gehäuses (1) erstreckenden Stutzen (15) versehen ist,, in den von oben der Endabschnitt (17) der das Reinigungsfluid (11) heranführenden Zuströmleitung (18) abgedichtet hineinragt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Spülkammer (32) bei einem quadratischen oder rechteckigen Wärmeaustauschergehäuse (29) quer zum oberen Rohrboden (30) verlagerbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch -gekennzeichnet ₃ da3 an den unteren Rohrboden (δ) eine mit der Gpülkammer (12.,

32) synchron bewegbare Samme1kammer (33) dichtend andrückbar ist.

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