DE3909928C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Wärmeaustauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Wärmeaustauscher zählt durch die CH 1 11 633 zum Stand der Technik. Hierbei sind zueinander parallele und verschieden lange Abschnitte eines schlangenlinienförmig ausgebildeten Rohrs jeweils mit einer auf die Länge des Rohrabschnitts abgestellten unterschiedlichen Anzahl von Rippen bestückt. Sowohl die Rippen als auch die Rohrabschnit­ te bieten dem anströmenden Austauschfluid innerhalb eines sich in Strömungsrichtung erweiternden Fluidkanals von Rohr­ abschnitt zu Rohrabschnitt eine immer größer werdende Aus­ tauschfläche an. Folglich wird ein und dieselbe Teilmenge Austauschfluid auf ihrem Weg durch das schlangenlinienförmi­ ge Rohr mehrfach, und zwar jeweils auf einen immer länger werdenden Weg mit dem die Rohrabschnitte anströmenden Aus­ tauschfluid in einen Wärme austauschenden Kontakt gebracht.

In den Patent Abstracts of Japan 57-1 92 798 (A) wird ein Strömungsweg einer Wärmeübertragungsfläche offenbart, dessen Querschnitt vom Eintritt bis zum Austritt in Form eines Diffusors zunimmt. Ziel dieser Maßnahme ist es, der durch Erwärmung des Strömungsmediums bedingten Volumenvergrößerung, der hierdurch höheren Strömungsgeschwindigkeit und den da­ durch hervorgerufenen größeren Druckverlusten entgegenzu­ wirken.

Durch die DE 31 42 485 C2 ist ein Glasrohr-Wärmeaustauscher mit einem etwa rechteckigen Gehäuse aus Edelstahl bekannt. Das Rohgas tritt durch einen Eintrittstutzen in die in einem oberen Rohrboden gasdicht gelagerten Glasrohre ein, durchströmt die Glasrohre und verläßt diese über einen Be­ standteil eines unteren, die Glasrohre ebenfalls gasdicht lagernden Rohrbodens bildenden Austrittsstutzen.

Ein in einem Gaswäscher gereinigtes Reingas wird quer zu den Glasrohren an einer Stirnseite in den Reingaskanal geleitet, umströmt die Glasrohre, nimmt dabei Wärme auf und verläßt den Reingaskanal am anderen Stirnende des Austauschge­ häuses.

Betrachtet man das Temperaturprofil des aus den Glasrohren tretenden abgekühlten Rohgases in Strömungsrichtung des Reingases, so befindet sich das niedrigste Niveau im Rein­ gaseintrittsbereich aufgrund des dort vergleichsweise hohen Temperaturunterschieds zwischen dem eintretenden kühlen Reingas und dem die Glasrohre durchströmenden heißen Rohgas, während es in Strömungsrichtung des Reingases permanent anwächst, weil die Temperaturdifferenzen zwischen Reingas und Rohgas abnehmen.

Dieses ungleichmäßige Temperaturprofil auf der Rohgasaus­ trittsseite des Glasrohr-Wärmeaustauschers hat normalerweise keine Bedeutung, da sich die aus den einzelnen Glasrohren tretenden Rohgasströme unterschiedlicher Temperatur an­ schließend mischen und sich insgesamt dann eine mittlere Rohgastemperatur ergibt.

Bestimmte Verfahrensabläufe bei der Rohgasreinigung verlan­ gen indessen manchmal nach einer Temperaturvergleichmäßigung auf der Rohgasaustrittsseite des Glasrohr-Wärmeaustauschers.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Wärmeaustauscher in der Ausgestaltung als Glasrohr-Wärmeaustauscher so auszubil­ den, daß über die Länge des Reingaskanals betrachtet das aus den Glasrohren tretende Rohgas in etwa dieselbe Temperatur aufweist.

Die Lösung dieses Problems wird nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gesehen.

Danach besteht der Kerngedanke der Erfindung in einer Verän­ derung der wirksamen Austauschfläche zwischen dem Reingas und den von dem Rohgas durchströmten gleich langen Glasroh­ ren in Längsrichtung des Reingaskanals. Es wird jetzt Sorge dafür getragen, daß im Eintrittsbereich des Reingases in den Reingaskanal die Glasrohre nur auf einem Teil ihrer Länge mit dem kühlen Reingas in Kontakt gelangen können. Dadurch steht das Rohgas auch nur in einem begrenzten Umfang im Wärmeaustausch mit dem Reingas. In Strömungsrichtung des Reingases wird die Austauschfläche jedoch vergrößert. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von dem auf der Rohgasaus­ trittsseite gewünschten Temperaturprofil gezielt die Wirk­ samkeit des Wärmeaustauschs zwischen dem Reingas und dem Rohgas gesteuert werden.

Die Glasrohre sind - ausgehend vom Reingaseintrittsbe­ reich - in Strömungsrichtung des Reingases gegenüber dem Reingas durch die Einbauten abgeschottet. Es kommen nur diejenigen Bereiche der Glasrohre mit dem Reingas in Kon­ takt, die außerhalb der Einbauten zwischen diesen und den Rohrböden liegen. Die Abmaße der sich in Strömungsrichtung des Reingases keilförmig verjüngenden Einbauten, d. h. ihre jeweilige Höhe und die gesamte Länge hängen von dem ge­ wünschten Temperaturprofil auf der Rohgasaustrittsseite ab. Dabei ist es denkbar, daß die wirksamen Austauschflächen auf einen speziellen Austauschprozeß abgestimmt und folglich unveränderbar in den Glasrohr-Wärmeaustauscher integriert sind. Vorstellbar ist jedoch auch, daß die wirksamen Aus­ tauschflächen während eines Austauschprozesses verändert werden können, um auf der Rohgasaustrittsseite beliebige Temperaturprofile erzeugen zu können.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 2, welche es überdies erlaubt, auch im Einsatz befindliche Glasrohr-Wärmeaustauscher bei Bedarf entsprechend umrüsten zu können. Die einzelnen Stufen sind selbstverständlich dicht miteinander verbunden und auch dicht an die Seitenwände des Reingaskanals angeschlossen. Die planen Bleche erlauben es hierbei, die Durchtrittsberei­ che der Glasrohre genau so einwandfrei abzudichten wie dies bei den endseitigen Rohrböden der Fall ist.

Schließlich besteht eine weitere vorteilhafte Ausführungs­ form der Erfindung in den Merkmalen des Patentannspruchs 3. Hiermit wird das die Einbauten anströmende Reingas gleich­ mäßig in die Bereiche zwischen den Einbauten und den Rohr­ böden gelenkt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit 1 ist in der Zeichnung ein Glasrohr-Wärmeaustauscher bezeichnet, wie er beispielsweise im Zusammenhang mit einer Müllverbrennungsanlage sowie einem die dabei anfallenden Rohgase reinigenden Gaswäscher zum Einsatz gelangt.

Der Glasrohr-Wärmeaustauscher 1 weist ein etwa rechteckiges Gehäuse 2 aus Edelstahl auf mit einem oberen Eintrittsstut­ zen 3 für das heiße Rohgas ROG und einem unteren Austritts­ stutzen 4 für das abgekühlte Rohgas ROG auf. Der Eintritts­ stutzen 3 und der Austrittsstutzen 4 bilden Bestandteile eines oberen Rohrbodens 5 und eines unteren Rohrbodens 6, zwischen denen sich eine Vielzahl von parallelen Glasrohren 7 erstreckt. Die Glasrohre 7 sind in den Rohrböden 5, 6 gasdicht gelagert.

Die Glasrohre 7 durchsetzen einen von den Rohrböden 5, 6 sowie Seitenwänden 8 begrenzten Reingaskanal 9, welcher quer zu den Glasrohren 7 von einem in einer nicht näher veran­ schaulichten Gaswäsche gereinigten Reingas REG beaufschlagt wird. Die Stutzen 10 endseitig des Reingaskanals 9 dienen zur Verbindung mit Anschlußkanälen.

Damit auf der Rohgasaustrittsseite das dort die Glasrohre 7 verlassende Rohgas ROG über die gesamte Länge des Reingas­ kanals 9 gesehen ein annähernd gleichmäßiges Temperaturni­ veau aufweist, werden die wirksamen Austauschflächen der Glasrohre 7 in Strömungsrichtung des Reingases REG mit Ein­ bauten 11 versehen. Diese Einbauten 11 bestehen aus rohrbö­ denartigen planen Blechen 12, die jeweils paarweise mit sich in Strömungsrichtung des Reingases REG verringerndem Abstand A stufenweise hintereinander angeordnet sind. Die stirnsei­ tige Anströmfläche 13 der Einbauten 12 ist konvex gekrümmt, um das Reingas REG einwandfrei zwischen die Einbauten 12 und die Rohrböden 5, 6 zu lenken.

Aufgrund des Sachverhalts, daß die Bleche 12 im Eintrittsbe­ reich des Reingases REG weiter auseinander liegen als die Bleche 12 im etwa mittleren Längenbereich des Reingaskanals 9, ist auch die wirksame Austauschfläche der Glasrohre 7 im Reingaseintrittsbereich kleiner als in den nachfolgenden Längenabschnitten. Mithin wird das die Glasrohre 7 im Rein­ gaseintrittsbereich durchströmende Rohgas ROG durch das dort noch kühle Reingas REG in etwa in demselben Umfang gekühlt wie in den nachfolgenden Längenabschnitten des Reingaskanals 9.

Claims (3)

1. Wärmeaustauscher, der von einem Austauschfluid (ROG) durchströmte zueinander parallel verlaufende Austauscher­ rohre (7) aufweist, die einen von einem zweiten Austausch­ fluid (REG) beaufschlagten Fluidkanal (9) quer durchsetzen, wobei die mit dem zweiten Austauschfluid (REG) in Kontakt stehenden wirksamen Austauschflächen der Austauscherrohre (7) in Strömungsrichtung des zweiten Austauschfluids (REG) zunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anwendung auf einen Glasrohr-Wärmeaustauscher (1) mit einer Vielzahl von in zueinander beabstandeten Rohrböden (5, 6) dicht gelagerten und von einem heißen Rohgas (ROG) durchströmten einzelnen Glasrohren (7) sowie mit einem von einem Reingas (REG) beaufschlagten und von den Glasrohren (7) quer durchsetzten Reingaskanal (9) zumindest ein Teil der Glasrohre (7) in ihren mittleren Längenbereichen von sich in Strömungsrichtung des Reingases (REG) keilförmig verjüngenden Einbauten (11) dicht umschlossen ist.

2. Glasrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (11) aus rohrbodenartigen planen Blechen (12) bestehen, die jeweils paarweise mit sich in Strömungsrichtung des Reingases (REG) verringerndem Abstand (A) stufenartig angeordnet sind und sich zwischen den Seitenwänden (8) des Reingaskanals (9) erstrecken.

3. Glasrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die stirn­ seitige Anströmfläche (13) der Einbauten (11) konvex ge­ krümmt oder keilförmig ausgebildet ist.