DE3544517C1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizten Zwischenüberhitzer, mit einem zwischen einer Verteil- und einer Sammelkammer angeordneten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgase enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von außen beaufschlagende Medium erwärmt.

Derartige Wärmetauscher sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Da das aufzuwärmende Medium, beispielsweise der zu überhitzende Dampf, die außenliegenden Rohre des Rohrbündels stärker beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre, ist die Kondensationswirkung des Dampfes im Rohrbündelkern geringer als in den Randgebieten. Dies führt dazu, daß am Ende der Kernrohre unter bestimmten Arbeitsbedingungen noch Restdampf austritt. Dieser Restdampf hat die Tendenz, in die Rohre des Randbereiches zurückzuströmen, da diese Rohre einer größeren Temperaturdifferenz ausgesetzt sind und damit eine Saugwirkung auf den aus den Kernrohren austretenden Restdampf ausüben.

Eine derartige Rückströmung von Restdampf, der aus dem hinteren Ende der Kernrohre des Rohrbündels austritt, ist unerwünscht, weil die Rückströmung nicht nur der Strömungsrichtung des Kondensats in den Außenrohren des Rohrbündels entgegenwirkt und Kondensatpfropfen bilden kann, sonder auch im Dampf enthaltenes Inertgas zurückhält, das nicht kondensierbar ist und in den Rohren des Randbereiches auf diese Weise Inertgaspfropfen bildet, die im Extremfall eine große Kondensationsfläche blockieren und zu einem mit der Zeit zunehmenden Leistungsabfall des Wärmetauschers führen.

Um diese bekannten Nachteile zu verhindern, wurden bereits Einbauten in die Rohre des Wärmetauschers vorgeschlagen, die durch eine unterschiedliche Drosselwirkung eine Vergleichmäßigung bei der Verteilung des zu kondensierenden Dampfes bewirken sollen. Neben einem großen technischen Aufwand haben diese Maßnahmen den Nachteil, daß sie störanfällig sind, nur für einen bestimmten Lastfall optimal ausgelegt werden können und durch den unvermeidbaren Druckverlust einen generellen Leistungsabfall des Wärmetauschers zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art eine Rückströmung des Restdampfes aus den Kernrohren des Rohrbündels mit einfachen technischen Mitteln und ohne eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades zu verhindern.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich liegenden Rohre des Rohrbündels durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne hineinragen, die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlauf versehen ist.

Durch die Verlängerung der Rohre des Rohrbündels, mindestens im rückströmungsgefährdeten Randbereich, über die Rohrscheibe der Sammelkammer hinaus und die Einführung dieser Rohrenden in eine Kondensat-Sammelwanne, die wegen des oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlaufs im Betrieb des Wärmetauschers mit Kondensat gefüllt ist, wird ein Abschluß jedes rückströmungsgefährdeten Rohres erreicht, so daß aus den Kernrohren austretender Restdampf nicht in die Rohre des Randbereiches zurückströmen und dort zu den beschriebenen Funktionsstörungen führen kann. Die zur Verhinderung dieser Rückströmung eingesetzten Mittel sind denkbar einfach, da es lediglich erforderlich ist, bei neuen Wärmetauschern die Rohre des Rohrbündels länger auszubilden und durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchzuführen bzw. bei nachträglichen Umbauten an die vorhandenen Rohre Rohrstücke anzusetzen, die bis in die Kondensat-Sammelwanne herabreichen. Bei der Kondensat-Sammelwanne handelt es sich um ein einfaches Bauteil, das ohne Schwierigkeiten in der Sammelkammer des Rohrbündels untergebracht werden kann, so daß sich auch insoweit der technische Aufwand für den erfindungsgemäßen Vorschlag in Grenzen hält.

Aus der DE-OS 31 31 508 war zwar ein Wärmetauscher für ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit durch die unterliegende Rohrscheibe hindurchgeführten Rohren bekannt; dieser Wärmetauscher wird jedoch bezüglich des Rohrbündels von unten her beschickt und soll der Trennung des Gas-Flüssigkeits-Gemisches dienen. Die Rohrenden sind nicht durch Eintauchen in die Flüssigkeit gegen Rückströmung geschützt, so daß die bekannte Konstruktion mit der erfindungsgemäßen Ausbildung nicht vergleichbar ist.

Die DE-AS 11 11 883 zeigt weiterhin einen dampfbeheizten Wärmetauscher; dessen gewendelte Rohre des Rohrbündels mit ihrem unteren Ende in Käfigen münden, die mit Kugeln gefüllt sind, um angeblich einen Dampfdurchtritt in die untere Kammer zu vermeiden. Auch diese bekannte Konstruktion besitzt keine Berührungspunkte mit der Erfindung.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Kondensat-Sammelwanne ringförmig ausgebildet und ihr Kondensatüberlauf im Bereich der Kernrohre des Rohrbündels angeordnet. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden somit auf einfache Weise auf die rückströmungsgefährdeten Rohre des Rohrbündels beschränkt.

Um die Bildung eines Wasserschleiers beim Verlassen des Kondensats über den Kondensatüberlauf der Sammelwanne zu vermeiden, der das Abziehen der Inertgase erschweren würde, wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, den Rand des Kondensatüberlaufs gezackt auszubilden. Hierdurch entstehen Kondensatsträhnen, die eine zuverlässige Absaugung der Inertgase nicht behindern.

Mit der Erfindung wird insgesamt die Weiterbildung eines bekannten Wärmetauschers geschaffen, welche die Möglichkeit einer Rückströmung von aus den Kernrohren des Rohrbündels austretendem Restdampf in die Rohre des Randbereiches zuverlässig verhindert, so daß sich in diesen Randbereichsrohren keine Inertgase ansammeln können, wodurch zugleich eine Blockierung von Kondensationsflächen verhindert und ein mit der Zeit zunehmender Leitstungsabfall des Wärmetauschers vermieden wird.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einem Längsschnitt dargestellt.

Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen stehenden dampfbeheizten Zwischenüberhitzer, der ein Bündel aus senkrecht verlaufenden Rohren 1 für das wärmeabgebende Medium, nämlich den Dampf umfaßt. Am oderen Ende sind diese Rohre 1 an eine Verteilkammer 2 angeschlossen, am unteren Ende an eine Sammelkammer 3. Der Inertgase enthaltende Dampf wird der Verteilkammer 2 durch einen Stutzen 4 zugeführt. Das durch Wärmeabgabe in den Rohren 1 entstehende Kondensat gelangt in die Sammelkammer 3, aus der es durch einen Abfluß 5 abgezogen wird.

Das aus den Rohren 1 gebildete Rohrbündel ist von einem Gehäusemantel 6 umgeben, dem beim Ausführungsbeispiel von unten her aufzuwärmender Dampf zugeführt wird, wie dies die beiden Pfeile in der Zeichnung erkennen lassen. Dieser Dampf beaufschlagt die Rohre 1 von außen; der aufgewärmte Dampf verläßt den Gehäusemantel 6 durch einen Dampfstutzen 7.

Da der zu überhitzende Dampf die außenliegenden Rohre 1 a des Rohrbündels stärker beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre 1 b, ist die Kondensationswirkung des wärmeabgebenden, durch den Stutzen 4 zugeführten Dampfes in den innenliegenden Rohren 1 b des Rohrbündelkernes geringer als in den außenliegenden Rohren 1 a. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen kann deshalb aus dem unteren Ende der innenliegenden Rohre 1 b neben Kondensat Restdampf austreten.

Um zu verhindern, daß dieser aus den Rohren 1 b austretende Restdampf in die außenliegenden Rohre 1 a zurückströmt, sind beim Ausführungsbeispiel diese rückstromungsgefährdeten, im Randbereich des Rohrbündels liegenden Rohe 1 a durch die Rohrscheibe 3 a der Sammelkammer 3 hindurchgeführt. Sie ragen mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne 8 hinein, die beim Ausführungsbeispiel somit ringförmig ausgeführt ist. In dieser Kondensat-Sammelwanne 8 wird ständig ein solcher Flüssigkeitsstand gehalten, daß durch das vorhandene Kondensat die einzelnen Enden der Rohre 1 a abgeschlossen sind. Aus den Enden der innenliegenden Rohre 1 b austretender Restdampf kann somit nicht in die untenliegenden Enden der außenliegenden Rohre 1 a eintreten. Der Flüssigkeitsstand wird dadurch gehalten, daß ein Kondensatüberlauf 9 oberhalb der Enden der Rohre 1 a angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Rand des Kondensatüberlaufs 9 gezackt ausgebildet. Mit Hilfe dieses Kondensatüberlaufes 9 gelangt somit das aus den außenliegenden Rohren 1 a austretende, die Kondensat-Sammelwanne 8 über den Kondensatüberlauf 9 verlassende Kondensat gemeinsam mit den aus den innenliegenden Rohren 1 b austretenden Kondensat in die Sammelkammer 3 des Wärmetauchers, aus der es mittels des Abflusses 5 abgezogen wird.

• Bezugsziffernliste: 1 Rohr
  1 a außenliegendes Rohr
  1 b innenliegendes Rohr
  2 Verteilkammer
  3 Sammelkammer
  3 a Rohrscheibe
  4 Stutzen
  5 Abfluß
  6 Gehäusemantel
  7 Dampfstutzen
  8 Kondensat-Sammelwanne 9 Kondensatüberlauf

Claims (3)

1. Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizter Zwischenüberhitzer, mit einem zwischen einer Verteil- und einer Sammelkammer angeordneten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgase enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von außen beaufschlagende Medium erwärmt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich liegenden Rohre (1 a) des Rohrbündels (1) durch die Rohrscheibe (3 a) der Sammelkammer (3) hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in eine Kondensat- Sammelwanne (8) hineinragen, die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlauf (9) versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Sammelwanne (8) ringförmig ausgebildet ist und ihr Kondensatüberlauf (9) im Bereich der Kernrohre (1 b) des Rohrbündels (1) angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Kondensatüberlaufs (9) gezackt ausgebildet ist.