DE3511037A1

DE3511037A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3511037A1
Application number: DE19853511037
Authority: DE
Inventors: Günther 7181 Satteldorf Schust
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3511037C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einer Vielzahl von Kanälen. Im allgemeinen sind derartige Wärmetauscher als Rohrwärmetauscher ausgebildet; das Gehäuse ist von kreiszylindrischer Gestalt, und die Rohre liegen - zum Gehäuse achsparallel - gebündelt im Behälterinnenraum. Auf DE-PS 31 36 865 wird verwiesen.
Bei solchen Wärmetauschern tritt immer wieder das Problem der Ablagerungen von Schwebe- und Schmutzteilen auf. Die Kanäle oder Rohre muß man demgemäß mehr oder minder oft reinigen. Hierzu kommen mechanische oder chemische Mittel in Betracht. In jedem Falle ist die Reinigung zeit- und kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung derart zu gestalten, daß es nach Möglichkeit gar nicht erst zu Ablagerungen kommt Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Der Erfinder hat erkannt, daß sich Ablagerungen vorzugsweise immer dort bilden, wo die Strömungsgeschwindigkeit gering oder gar nicht vorhanden ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich durch die Absperrbarkeit, lassen sich, - wenigstens zeitweise - wenigstens einige der Rohre vollkommen absperren. Dies bedeutet, daß die übrigen, nicht abgesperrten Rohre mit um so höherer Geschwindigkeit durchströmt werden. Dies bedeutet wiederum, daß die durchströmten Rohre in geringerem Maße Ablagerungen ausgesetzt sind, und daß bereits vorhandene Ablagerungen mitgenommen und ausgetragen werden.
Einen derart gestalteten Wärmetauscher kann man somit bei Betreiben mit problemlosen Medien ohne Absperrung der Rohre fahren; erst dann, wenn im Hinblick auf Ablagerungen problematische Medien verwendet werden, kann man einige der Rohre zeitweise völlig absperren.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt: Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt; Fig. 2a bis 2c Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Deckplatte; Fig. 3a, 3b ein Beispiel für eine zweiteilige Deckplatte im Querschnitt bzw. in Achsrichtung gesehen; Fig. 4 ein Beispiel für einen Drehantrieb der Deckplatte mittels des strömenden Mediums.
In Fig. list ein Wärmetauscher dargestellt mit einem Mantel 1, eingesetzten Rohrböden 2 und 3 sowie einem Rohrbündel 4, das aus einer Vielzahl von vorzugsweise kreisrund angeordneten Einzelrohren besteht. Die Rohre des Rohrbündels 4 werden auf deren Außenfläche von einem Medium umströmt, das an zwei Anschlußstutzen 5,6 am Mantel 1 ein- bzw. austritt. An der einen Stirnseite des Mantels 1 befindet sich ein Deckel 7 mit einem Rohrstutzen 8, an dem das Medium eintritt, das die Rohre des Rohrbündels 4 von innen durchströmt.
Auf der anderen Stirnseite des Mantels 1 befindet sich ein weiterer Deckel 9 mit einem Rohrstutzen 10, durch den das Medium nach Durchströmen des Rohrbündels 4 wieder austritt.
An der Stirnseite des austrittsseitigen Rohrbodens 3, der vorzugsweise eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweist, ist eine um die Längsachse 13 des Rohrbündels 4 drehbar gelagerte Platte 11 angeordnet. Diese Platte dichtet mit ihrer Fläche die Rohrenden des Rohrbündels 4 gegen den Raum innerhalb des Deckels 9 ab. Die Platte 11 ist in Richtung der Längsachse 13 axial verschiebbar, und es kann eine Feder 12 vorgesehen sein, die die Platte 11 gegen den Rohrboden 3 drückt. Eine Antriebseinrichtung 14 ist vorgesehen, um die Platte 11 in Drehung zu versetzen.
Bei Betrieb des Wärmetauschers können sehr unterschiedliche Flüssigkeitsmengen und Betriebsdrücke auftreten. Um sicherzustellen, daß alle Rohre des Rohrbündels 4 durchströmt werden, weist die Platte 11 nicht eine geschlossene Dichtfläche auf, sondern sie ist auf einem Teil der Fläche mit Öffnungen versehen, die sich zwischen dem radial innersten und äußersten Rohr des Rohrbündels erstrecken. Dadurch wird folgendes erreicht: Die durch den Rohrboden 2 in das Rohrbündel 4 eintretende Flüssigkeit kann nur durch diejenigen Rohre strömen, deren Enden von den Öffnungen 15 in der Platte 11 am Rohrboden 3 freigegeben sind. In den übrigen Rohren des Rohrbündels 4 kommt in diesem Augenblick keine Strömung zustande. Durch die Drehung der Platte 11 werden nunmehr sämtliche Rohre des Rohrbündels wechselweise stirnseitig geöffnet oder geschlossen. Dadurch, daß immer nur ein Teil der Rohre 4 geschlossen ist, strömt die Flüssigkeit durch geöffnete Rohre mit entsprechend höherer Geschwindigeit, so daß sich darin keine Ablagerungen bilden können.
Die Durchtrittsöffnung 15 in der Platte 11 kann gemäß Fig. 2a als Schlitz 15a ausgebildet sein, der vom radial innersten bis zum radial äußersten Rohr des Rohrbündels reicht. Es können auch mehrere Schlitze über die Fläche der Platte 11 verteilt sein. Anstelle von Schlitzen können auch sektorförmige Öffnungen 15b gemäß Fig. 2b vorgesehen werden. Der Vorteil der sektorförmigen Ausbildung der Öffnungen liegt darin, daß die einzelnen geöffneten Rohre über einen größeren Winkelbereich während der Drehung der Platte 11 geöffnet sind. Gemäß Fig. 2c können auch siebartig ausgebildete Bohrungen 15c vorgesehen sein, die entsprechend der Lage der Rohre des Rohrbündels 4 im Rohrboden 3 angeordnet sind.
Die Zeit, in der die von der Platte 11 abgeschlossenen Rohre nicht durchströmt werden, darf wiederum nicht zu lange sein, damit sich dort nicht doch Schmutzstoffe ablagern können. Die Öffnungen 15a bis 15c können daher so angeordnet sein, daß jedes Rohr des Rohrbündels 4 mehrmals pro Umdrehung der Platte 11 durchströmt wird. Es besteht ferner die Möglichkeit, die Drehzahl der Platte 11 zu variieren, um ein optimales Spülen des Rohrbündels 4 zu erreichen.
Das durch die Erfindung bewirkte intermittierende Durchströmen des Rohrbündels 4 ist vor allem für den Fall anwendbar, wenn der Flüssigkeitsstrom vorübergehend relativ gering ist, oder wenn beispielsweise in einem Kühlsystem bewußt zur Einsparung von Kühlwasser die Durchflußmenge gedrosselt werden soll. Mit der Erfindung kann also ein Wärmetauscher indirekt auf eine kleinere Kapazität bzw. Schluckmenge reduziert werden, jedoch ohne die damit verbundenen eingangs beschriebenen Nachteile durch Belagbildung und Verschmutzung.
Für den Fall, daß zeitweise größere Flüssigkeitsmengen anfallen, kann die Platte 11 mit verstellbaren Durchtrittsöffnungen versehen werden, die gemäß den Fig. 3a und 3b ausgebildet sind. Es sind dazu zwei plan aufeinanderliegende Platten 11 und 16 vorhanden, die gegeneinander verdrehbar und mit derart ausgebildeten Öffnungen 17 und 18 versehen sind, daß eine oder mehrere variable Durchtrittsflächen für Flüssigkeit entstehen.
Die gegenseitige Verdrehung der Platten 11 und 16 kann im Bereich des Antriebes 14 außerhalb des Dekkels 9 erfolgen, wobei eine der Platten auf einer Hohlwelle angeordnet ist (nicht dargestellt).
Um gegebenenfalls bei großem Flüssigkeitstrom und großem Druck den ganzen Querschnitt des Rohrbündels gleichzeitig nutzen zu können, ist die Platte 11 auf der Antriebswelle axial verschiebbar ausgebildet. Die Platte 11 kann sich entweder durch den Druck der Flüssigkeit vom Rohrboden 3 gegen den Gegendruck der Feder 12 abheben, oder aber es ist eine willkürlich zu betätigende Abhebevorrichtung für die Platte 11 vorgesehen (nicht dargestellt). Dies betrifft vor allem auch die Fälle, in denen der Wärmetauscher mit schmutzfreien Flüssigkeiten betrieben wird.
Eine weitergehende Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht darin, daß am Austritt aus dem Wärmetauscher, beispielsweise im Bereich des Rohrstutzens 10 eine Turbine 17 angebracht ist, die von der strömenden Flüssigkeit angetrieben wird und die Drehbewegung an die Antriebseinrichtung 14 der Platte 11 überträgt. Ansonsten kann die Platte 11 über einen anderen regelbaren Antrieb, z.B. elektromotorisch, in Drehung versetzt werden.
Die Erfindung ist prinzipiell auch für die Anordnung am eintrittsseiten Rohrboden 2 verwendbar, ebenso für Wärmetauscher mit U-förmig ausgebildeten Rohrbündeln oder mit Rohrböden beliebig geformten konvexen oder konkaven Querschnitts. Außerdem ist denkbar, daß die Platte 11 nicht den ganzen Querschnitt des Rohrbündels deckt, sondern einen Teil der peripher angeordneten Rohre immer freihält. Die Anwendung der Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die Rohre des Rohrbündels nicht nur auf der Innenseite frei von Schmutz bleiben, sondern daß auch durch das gleichmäßige innere Durchströmen aller Rohre deren Außenflächen weniger der Verkrustung durch beispielsweise Überhitzung ausgesetzt sind. Dies wiederum erhöht den Wirkungsgrad des ganzen Wärmetauschers.
Ein mit Hilfe der Erfindung saubergehaltener Wärmetauscher ist außerdem geschützt vor elektrochemischer Korrosion an den Rohrbündeln.

Claims

Patentansprüche 1. Wärmetauscher mit einem Behälter und einer Vielzahl von Kanälen, vorzugsweise mit einem Bündel von Rohren, ferner mit einem Ein- und Auslaß für ein erstes Medium, sowie mit einem Ein- und Auslaß für ein zweites Medium, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Rohre absperrbar sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Behälter (1) sowie mit einer Vielzahl von darin angeordneten, ein Bündel (4) bildenden Rohrleitungen, die beidseits in Rohrböden (2, 3) eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem austrittsseitigen Rohrboden (3) eine zu diesem Boden im wesentlichen parallel angeordnete Absperrplatte t11) zugeordnet ist, die Austrittsöffnungen oder Aussparungen (15) aufweist, und die um die Behälter-Längsmittelachse (13) verdrehbar ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Aussparung in der Absperrplatte 11 sektorförmig ausgebildet ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallel angeordnete Absperrplatten (11, 16) vorgesehen sind, die gegeneinander verdrehbar sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Platte (11) bzw.

den Platten (11,16) ein Antrieb (14) zugeordnet ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb von der Strömung durch den Wärmetauscher abgeleitet ist.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Platte (11) in axialer Richtung verschiebbar ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung entgegen der Kraft einer Feder (12) stattfindet.