DE3438485A1

DE3438485A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3438485A1
Application number: DE19843438485
Authority: DE
Inventors: John Charles Onalaska Wis. Edwards; Russell Allen Winona Minn. Ford
Original assignee: Trane Co
Current assignee: Trane Co
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1985-05-09
Also published as: GB8426542D0; GB2148480B; US4550775A; JPS60103294A; GB2148480A; BE900846A

Description

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-H- Beschreibung :

"Wärmeaustauscher"

Die Erindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Leitungsbündel in dem Gehäuse, das von einem ersten Fluid umflossen und von einem zweiten Fluid durchflossen wird.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf große (insbesondere von einer Person begehbare) Wärmeaustauscher, die vorzugsweise als Zwischenkühler oder Nachkühler zwischen bzw. hinter Kompressorstufen Verwendung finden.

Bei bekannten Wärmeaustauschern dieser Art ist ein einziges Leitungsbündel vorgesehen, das von dem ersten Fluid in Form eines einzigen Stromes umflossen wird. Aus dem Fluid auskondensiertes Wasser wird von dem Strom wieder mitgenommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeaustauscher derart auszubilden, daß das Mitnehmen von kondensiertem Wasser verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindester zwei Leitungsbündel, die einen Abstand voneinander haben, und Verteilerorgane vorgesehen sind, die das erste Fluid in zwei Parallelströme aufteilen, die die Leitungsbündel umfließen.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Geschwindigkeit des Stromes reduziert ist, was zur Folge hat, daß auskondensiertes Wasser nicht mehr so stark wie im bekannten Fall mitgenommen wird. Infolgedessen kann unter Umständen ein nachgeschalteter Wasserabscheider (der im bekannten Fall erforderlich ist, einen störenden Druckabfall bewirkt und zusätzlichen Raum beansprucht) entfallen.

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Der Raum zwischen den Leitungsbündeln reduziert die Reibung und insbesondere die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in der Nähe der Gehäusewandung, was letztlich zu einer Reduzierung des Druckabfalles (der unerwünscht ist) führt.

Hinzu kommt, daß bei Wärmeaustauschern, die begehbar sind, die Rohrbündel für eine Person, die sich in dem Raum zwischen den Bündeln befindet, gut zugänglich sind. Sie können also gut inspiziert, gewartet und gereinigt werden.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Leitungsbündel einen Abstand vom Gehäuse haben. Insbesondere ist es infolgedessen bei begehbaren Wärmeaustauschern möglich, auch eine Wartung und Inspektion des Wärmeaustauschers von den Räumen zwischen den Leitungsbündeln und der Gehäusewandung vorzunehmen .

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei gewisse Teile weggebrochen sind,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, wobei gewisse Teile weggebrochen sind und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1, wobei gewisse Teile weggebrochen sind.

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In den Figuren ist mit 10 ein Wärmeaustauscher bezeichnet. Dieser ist besonders als Zwischenkühler zwischen Kompressionsstufen eines großen Kompressors geeignet. Der Wärmeaustauscher besitzt ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Stutzen 14 als Eingang für ein Prozess-Fluid und einen Stutzen 16 als Ausgang für das Prozess-Fluid. Das Gehäuse weist an seinen Enden Deckel 18 und 20 auf. Vorzugsweise ist der Stutzen 14 in der Mitte, oben, des Gehäuses angeordnet. Der Stutzen 16 kann im Gehäuse oder in den Deckeln sitzen. Bei der Ausführungsform ist wenigstens einer der Deckel entfernbar. Der Deckel 18 besitzt einen Flansch 22, der einem Flansch 24 des Gehäuses anliegt. Mehrere Bolzen 26 halten den Deckel an dem Gehäuse in dichtender Verbindung. Die Vorsehung eines entfernbaren Deckels ermöglicht einen leichten Zugang zum Inneren des Wärmeaustauschers. Der Deckel 20 ist im Ausführungsbeispiel an dem Gehäuse festgeschweißt. Für einen schnellen Zugang zu dem Inneren des Gehäuses für regelmäßige Inspektionen ist ein Mannloch 28 vorgesehen, das mit einem entfernbaren Deckel 30 verschlossen ist. Durch dieses Mannloch kann eine Person schneller in den Wärmeaustauscher gelangen als durch die Öffnung, die durch den Deckel 18 verschlossen wird.

Innerhalb des Gehäuses sind zwei Leitungsbündel 40,42 vorgesehen, wobei jedes Bündel aus zwei Sätzen besteht. Das Bündel 40 weist einen unteren Satz 44 und einen oberen Satz 46 auf. Das Bündel besteht aus einem unteren Satz 48 und einem oberen Satz 50. Natürlich kann ein Bündel auch nur einen Satz oder drei oder mehr Sätze aufweisen.

Die Sätze 44, 46, 48 und 50 bestehen aus einer Mehrzahl von Röhren 52, durch die Wasser oder ein anderes konditionierendes Flui< fließt. Die Röhren sind mit Kühl-Rippen 54 od.dgl. versehen, um den Wärmeaustausch zwischen dem Fluid in den Röhren und dem Prozess-Fluid, das um die Röhren herumfließt, zu vergrößern. Die Röhren erstrecken sich über die Länge des Wärmeaustauschers. Ihr»

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Länge hängt von der speziellen Anwendungsart ab, für die der Wärmeaustauscher gedacht ist. Die Zahl der Röhren und die Zahl der Schritte, die das Fluid beim Durchströmen des Wärmeaustauschers durchläuft, kann variieren. In der Zeichnung ist jeder Satz dreistufig. Die Röhren stehen in Verbindung mit Sammlern. Zuflußleitungen 56 und 58 führen zu den Sammlern 60, 62, 64 und 66, die mit den Sätzen 44, 46, 48 und 50 in Verbindung stehen. Eine einzige Abflußleitung 68 steht in Verbindung mit den Abflußsammlern 70, 72, 74 und 76 der Sätze 44, 46, 48 und 50. Innerhalb der Sammler befinden sich Trennwände 78 und 80, um die Röhren voneinander zu trennen und auf diese Weise den weiter oben erwähnten Fluß durch die Röhren zu erzielen. Die Bündel werden von I-Trägern 82, 84, 86 und 88 getragen, die auf einer Plattform 90 ruhen, die ihrerseits durch U-Träger 91» 92 und 94 gehalten wird.

Die Sammler sind mit entfernbaren Deckeln ausgerüstet, die von Bolzen 96 gehalten werden. Entfernt man die Deckel, hat man Zugang zu den Röhren, so daß diese gereinigt und inspiziert werden können. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen für die Sammler münden in die Seitenwände der letzteren.

Die Bündel 40 und 42 haben einen Abstand voneinander und von dem Gehäuse. Auf diese Weise werden ein Eingangsraum 100 zwischen den Bündeln und zwei Ausgangsräume 102 und 104 zwischen den Bündeln und dem Gehäuse gebildet. Der Eingangsstutzen 14 befindet sich in der Mitte, oberhalb des Eingangsraumes 100. An den Enden der Bündel befinden sich Begrenzungswände 106 und 108. Begrenzungswände 110 und 112 laufen längs der Bündel an deren Seiten. Die Begrenzungswände befinden sich zwischen den Bündeln und dem Gehäuse und sorgen dafür, daß das einströmende Gas sich nur in dem Raum oberhalb der Bündel ausbreiten kann und von dort nach unten zwischen die Bündel und dann um die Röhren 52 strömt, wo-

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bei.ein Wärmeaustausch erfolgt. Anschließend strömt das Gas zu den Ausgangsräumen 102 und 104. Oberhalb der Bündel befindet sich eine Verteilerplatte 114, die mit Löchern versehen ist und den Gasstrom daran hindert, aus dem Eingangsstutzen 14 direkt nach unten zu fallen. Das Prozess-Gas wird daher gezwungen, den gesamten Raum bis hin zu den äußersten Enden der Bündel gleichmäßig zu durchströmen. Anstelle der Verteilerplatte können auch andere Verteilervorrichtungen, wie Schirme, Jalousien, Grillwände, Kegel, verwendet werden.

Von dem Eingangsraum 100 strömt das Gas durch die Bündel nach außen in die Ausgangsräume 102 und 104. Indem das Prozess-Gas aufgeteilt wird und durch zwei Leitungsbündel strömt, kann die Länge jedes Bündels gekürzt werden, verglichen mit den Längen bekannter Bündel. Wegen der daraus resultierenden reduzierten Länge des Gehäuses kann der Eingangsstutzen zentral über den Bündeln angeordnet sein. Die Verwendung der Verteilerplatte 114, deren Länge normalerweise dem Anderthalbfachen des Durchmessers des Eingangsstutzens entspricht, oder die Verwendung eines anderen Verteilers führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Fluids über die gesamte Fläche der Bündel, so daß diese wirkungsvoll ausgenutzt werden. Der Abstand der Bündel untereinander und von dem Gehäuse ist derart optimiert, daß eine Fehl-Verteilung so klein wie möglich ist. Abstände, die die Geschwindigkeitsspitzen in den Eingangs- und Ausgangsräumen nivellieren, sind bevorzugt.

Eine Aufteilung des Gasflusses reduziert ferner die Geschwindigkeit des Gases, so daß Feuchtigkeit, die an den Rippenoberflächen kondensiert, abfließen kann und nicht von dem Gasstrom mitgenommen wird. Ein Sumpf 120 befindet sich am Boden des Gehäuses, wo sich das kondensierte Fluid sammelt. Mit 122 ist ein Abfluß bezeichnet, durch den das kondensierte Fluid aus dem Gehäuse abfließen kann. In der veranschaulichten Zwischenkühler-

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Lösung ist der Stutzen für den Ausgang des Prozess-Fluids oben auf dem Gehäuse in der Nähe des Endes desselben angeordnet. Das Prozess-Gas, das durch die Bündel fließt, fließt horizontal innerhalb des Gehäuses, um dann vertikal zum Ausgang zu strömen. Durch die Änderung der Richtung des sich relativ langsam bewegenden Gases wird die meiste Flüssigkeit freigesetzt. Der erfindungsgemäße 'Wärmeaustauscher reduziert erheblich die Menge an mitgeführter Flüssigkeit, so daß zusätzliche Entfeuchter entfallen können. Der Druckabfall in derartigen Entfeuchtern tritt somit nicht auf.

Der Weg, den das Prozess-Fluid durch den Wärmeaustauscher durchläuft, ist durch die Pfeile I30 angedeutet. Das Prozess-Fluid tritt in den Wärmeaustauscher durch den Eingangsstutzen 14 ein und fließt im wesentlichen nach unten in den Eingangsraum 100 zwischen den Bündeln 40 und 42. Die perforierte Verteilerplatte 114 verteilt das Fluid derart, daß es jedes Ende der Bündel erreicht und sich gleichmäßig über die gesamte Oberseite derselben verteilt. Die Begrenzungswände 106, 108, 110 und 112 begrenzen den Fluidfluß, so daß das gesamte Prozess-Fluid, das in das Gehäuse einströmt, durch die Bündel hindurchströmt. Während das Prozess-Fluid durch die Bündel strömt und dabei im Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel steht, das durch die Röhren strömt, wird Feuchtigkeit kondensiert. Als Folge der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Aufteilung des Stromes kann das Kondensat auf den Rippenoberflächen zum Sumpf 120 abfließen. Von dort fließt es aus dem Wärmeaustauscher durch die Abflußleitung 122 heraus. Nachdem das Prozess-Fluid gekühlt worden ist, strömt es in die Räume zwischen den Bündeln und dem Gehäuse und dann in die Nähe des Ausgangs 16. Das gekühlte Gas verläßt den Wärmeaustauscher durch den Ausgangsstutzen 16.

Eine regelmäßige Überwachung und Inspektion des Wärmeaustauschers kann dadurch erfolgen, daß eine Person durch das Mannloch 28 in

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den Wärmeaustauscher hineinsteigt. Überdies können die Deckel des Sammlers entfernt werden, ohne daß die Zufluß- und Abflußleitungen für das Kühlmittel gelöst werden müssen. Das Innere der Röhren kann somit gereinigt und inspiziert werden. Da die Bündel einen Abstand voneinander und von der Gehäusewand haben, besteht ein Zugang zu allen Seiten der Bündel. Ein weiterer Zugang zu den Bündeln besteht dadurch, daß der Deckel 18 entfernt werden kann. Falls erforderlich, können ein Bündel oder Satz oder auch nur einzelne Röhren durch das geöffnete Ende des Gehäuses entfernt werden.

Der aufgeteilte Stromfluß führt zu einer wirksamen Ausnutzung der gesamten Wärmeübertragungs-Flächen, wobei eine ungünstige Verteilung vermieden wird. Die Aufteilung des Stromflusses reduziert die Strömungsgeschwindigkeiten in Gehäusenähe und damit die Mitnahme von Flüssigkeit. Zusätzliche Entfeuchter sind somit nicht erforderlich. Ferner wird durch die Aufteilung des Flusses auf zwei oder mehr Leitungsbündel der Druckabfall reduziert. Dadurch kann das Gehäuse kürzer sein als dasjenige von bekannten Vorrichtungen, in denen nur ein einziges Leitungsbünde] vorhanden ist.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist also außerordentlich wartungsfreundlich. Insbesondere können einzelne Teile zwecks Reinigung und Reparatur leicht entfernt werden.

Claims

Ansprüche :

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Gehäuse und einem Leitungsbündel in dem Gehäuse, das von einem ersten Fluid umflossen und von einem zweiten Fluid durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Leitungsbündel (40, 42), die einen Abstand voneinander haben, und Verteilerorgane (114) vorgesehen sind, die das erste Fluid in zwei Parallelströme aufteilen, die die Leitungsbündel (40,42) umfließen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsbündel (40,42) einen Abstand vom Gehäuse (12) haben.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die beiden Parallelströme zusammengeführt werden, bevor sie das Gehäuse (12) verlassen.

Postscheckkonto Berlin West Konto 1743 84-100

Berliner Bank AG., Konto 01 10921 900

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4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerorgane (114) solcher Art sind, daß die Leitungsbündel (40,42) überall weitgehend gleich umströmt werden.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (14) für das erste Fluid oberhalb des Raumes (100) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) vorgesehen ist.

6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5_f dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteilerorgan (114) oberhalb des Raumes (100) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) vorgesehen ist, so daß insbesondere das Fluid über den Raum (100) gleichmäßig verteilt wird.

7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit einem entfernbaren Deckel (18,20) versehen ist, wobei insbesondere dieser Deckel derart angeordnet ist, daß die Leitungen (52) in Längsrichtung aus dem Gehäuse (12) herausgezogen werden können.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitungsbündel (40,42) aus zwei Leitungssätzen besteht, die untereinander angeordnet sind.

9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit einem Mannloch (28) versehen ist.

10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gehäuses (12) ein Abfluß (122) für Kondenswasser vorgesehen ist.

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11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan eine Lochplatte (114) ist.

12. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden der Leitungsbündel (40,42) und dem Gehäuse (12) und/oder zwischen den oberen seitlichen Enden der Leitungsbündel (40,42) und dem Gehäuse (12) Begrenzungswände (106,108;110,112) vorgesehen sind.

13· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (52) der Leitungsbündel (40,42) in Sammlern (60,62,64,66;70,72,74,76) münden, die mit entfernbaren Deckeln ausgerüstet sind, und daß die Zu- und Abflußleitungen (56,58;68) seitlich in die Sammler einmünden.

14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid von einem Raum oberhalb der Leitungsbündel (40,42) durch den Raum (100) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) nach unten, dann durch die Leitungsbündel (40,42) hindurch und schließlich durch die Räume (102,104) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) und dem Gehäuse (12) zu einem Ausgang (16) strömt, der vorzugsweise am Ende des Gehäuses (12) oben angebracht ist.

15· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Gehäuses (12) eine Sammelstelle (120) für Kondenswasser vorgesehen ist.

16. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der einzelnen Teile, insbesondere der Leitungsbündel (40,42) derart ist, daß die Strömungsgeschwindigkeiten im Eingangs- und Ausgangsbereich in etwa die gleichen sind.