DE4217873C2 - Wärmetauscher zur Kühlung heißer Gase durch verdampfendes Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Aus dem DE-Buch Dubbel, "Taschenbuch für den Maschinenbau", Springer Verlag, Berlin, 16. Auflage, 1987, W. Beitz und K.-H. Küttner, K9 ist ein solcher Wärmetauscher bekannt. Wenn das Wasser dem Raum zwischen den beiden Rohrböden in der Nähe des zweiten Rohrbodens zugeführt und das Wasser oder ein Wasser-Dampf-Gemisch in der Nähe des ersten Rohrbodens abgeführt wird, besteht die Gefahr, daß der erste Rohrboden, der die von dem heißen Gas beaufschlagte Eintrittskammer begrenzt, nicht in ausreichender Weise gekühlt wird.

Aus der EP 0 295 182 B1 ist eine Kondensationseinrichtung bekannt, bei der in einem Behälter eine von einem ersten Rohrboden begrenzte und mit einer Kondensationsflüssigkeit beaufschlagte Eintrittskammer vorgesehen ist, die über sich zum zweiten Rohrboden hin erstreckende Rohre mit einer von dem zweiten Rohrboden begrenzten Austrittskammer für den Austritt der Kondensationsflüssigkeit verbunden ist. In den von den Rohren durchsetzten und von den Rohrböden begrenzten Raum wird ein zu kondensierender Dampf, z. B. eine Mischung aus Wasserdampf und Äthanol eingeleitet. Die kondensierten Bestandteile werden getrennt von den nicht kondensierbaren Bestandteilen abgezogen. Dabei ist der Innenraum im wesentlichen mit einem Gas beaufschlagt und das Kondensat sammelt sich auf dem unteren Rohrboden an und wird seitlich abgezogen. Der Innenraum ist nicht mit Wasser beaufschlagt, vielmehr sind in ihm kammartig ineinandergreifende Überlaufwannen angeordnet, in denen sich durch eine Umwälzpumpe und eine Kreislaufleitung geförderte Flüssigkeit derart sammeln kann, daß bei dem Überlauf von einer Wanne zur anderen sich jeweils ein Flüssigkeitsvorhang ausbilden kann, durch den der zu kondensierende Dampf zwangsläufig hindurchströmen muß.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem eine ausreichende Kühlung des ersten Rohrbodens gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit Abstand von dem ersten Rohrboden in dem Raum zwischen den beiden Rohrböden ein sich durch den Behälter erstreckender Leitblech-Einbau angeordnet ist, der den Raum zwischen den beiden Rohrböden in eine Rohrbodenkühlkammer und eine Hauptkühlkammer unterteilt, und daß die Rohrbodenkühlkammer und die Hauptkühlkammer getrennt mit Wasser beaufschlagbar sind. Erfindungsgemäß werden somit die Rohrbodenkühlkammer und die Hauptkühlkammer getrennt versorgt und entsorgt, vorzugsweise werden sie mit einer Trommel als getrennte Naturumläufer mit Wasser versorgt.

Dabei kann beispielsweise 80% des durch die Kühlung der heißen Gase entstehenden Dampfes in der Hauptkühlkammer und 20% des Dampfes in der Rohrbodenkühlkammer erzeugt werden. Damit ist eine ausgezeichnete Kühlung des die Gaseintrittskammer begrenzenden Rohrbodens gewährleistet.

Eine besonders gute Kühlwirkung wird erreicht, wenn in der Rohrbodenkühlkammer mindestens ein Leitblech angeordnet ist, das das zugeführte Wasser im wesentlichen radial zur Mitte der Rohrbodenkühlkammer leitet und das aus der Kammer abzuziehende Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch im wesentlichen radial längs der Innenfläche des Rohrbodens nach außen führt.

Vorzugsweise begrenzt der Leitblech-Einbau an seiner Außenkante einen sich axial zur Hauptkühlkammer hin öffnenden Ringkanal, aus dem das Wasser bzw. Wasser-Dampf Gemisch aus der Hauptkühlkammer abgezogen wird.

Da der Leitblech-Einbau keiner großen Druckdifferenz wie die Rohrböden ausgesetzt ist, kann er aus einem dünnen Blech gefertigt werden.

Wegen der fehlenden großen Druckdifferenz ist es auch möglich, die Rohre ohne Dichtungsmaßnahmen wärmeverschieblich in dem Leitblech-Einbau zu führen. Eine wärmeverschiebliche Führung auch in den Leitblechen in der Rohrbodenkühlkammer ist in bevorzugter Weise vorgesehen.

Um die Kühlung des ersten Rohrbodens noch weiter zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, daß in die Gaseintrittsöffnungen der Rohre, die das Leitblech durchsetzen, jeweils ein sich in Strömungsrichtung des Gases gesehen mindestens über das Leitblech hinaus erstreckendes Einsteckrohr eingesetzt ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten einzigen Fig. näher erläutert werden:
In einem Wärmetauscher 1 ist durch einen ersten Rohrboden 2 eine Gaseintrittskammer 3 begrenzt, der über einen Anschlußstutzen 4 zu kühlendes heißes Gas G zugeführt werden kann. Das heiße Gas G tritt in vom Rohrboden gehaltene Rohre 4 ein, deren anderes Ende von einem zweiten Rohrboden 5 gehalten sind, der eine Gasaustrittskammer 6 begrenzt, aus dem das gekühlte Gas über einen Abfuhrstutzen 7 abgezogen werden kann.

Mit Abstand von der Innenfläche des Rohrbodens 2 erstreckt sich durch den Behälter ein Leitblech-Einbau 8, der von den Rohren 4′ wärmeverschieblich durchsetzt ist. Der Einbau 8 kann aus einem relativ dünnen Blech gefertigt werden, da er nicht derselben Druckdifferenz ausgesetzt ist, wie sich über den Rohrböden aufbaut. Eine strömungsdichte Abdichtung am Rohrdurchgriff braucht auch nicht vorgesehen sein.

Der Leitblech-Einbau teilt den Raum zwischen den Rohrböden 2 und 5 in eine Rohrbodenkühlkammer 9 und eine Hauptkühlkammer 10. Die axiale Abmessung der Rohrbodenkühlkammer ist kleiner als die der Hauptkühlkammer 10.

In der Rohrbodenkühlkammer 8 ist ein Leitblech-Einbau 11 in Form eines von den Rohren durchsetzten Ringblechs vorgesehen, der dafür sorgt, daß das über einen Ringsammler 12 und mehrere radiale Anschlüsse 13 in die Rohrbodenkühlkammer 9 eintretende Wasser W zunächst im wesentlichen radial zur Mitte der Rohrbodenkühlkammer 9 geleitet und dann durch die mittige Kreisöffnung des Bleches 11 axial auf den Rohrboden 2 zu und danach längs der Innenseite des Rohrbodens 2 radial nach außen geführt wird. Das Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch wird über eine Vielzahl von Anschlußstutzen 14 abgezogen und in einen Ringsammler 15 eingeleitet. Der Ringsammler 12 und der Ringsammler 15 sind mit einer einen Naturumlauf gewährleistenden Trommel 16 verbunden. Die Hauptkühlkammer 10 wird mit von der Trommel 16 zu einem Ringsammler 17 herangeführtem Wasser W über eine Vielzahl von Anschlußstutzen 18 gespeist, die sich zum Inneren des Behälters hin in der Nähe des Rohrbodens 5 öffnen. Über
einem von dem Leitblech-Einbau 8 begrenzten Ringkanal 8a und eine Vielzahl von mit dem Ringkanal 8a in Verbindung stehenden Anschlußstutzen 19 wird aus der Hauptkühlkammer 10 Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch in den Ringsammler 15 eingeleitet und von dort in die Trommel 16 überführt. Die Sammler 12 und 17 können über eine Leitung 20 und von dieser abzweigenden Zweigleitungen 20a bzw. 20b versorgt werden.

Wie in der Fig. schematisch dargestellt ist, können auch in der Hauptkühlkammer 10 Leitblech-Einbauten 21 bzw. 22 vorgesehen sein, die eine Verlängerung des Strömungsweges für das in der Hauptkühlkammer bei stehenden Behältern von unten nach oben strömenden Wassers sorgen.

Bei Bedarf kann auch dem oberen Rohrboden 2 ein den Ringkanal 8a vergleichbarer Ringkanal 2a zugeordnet werden.

Die Rohrbodenkühlkammer und die Hauptkühlkammer müssen nicht vollständig gegeneinander abgedichtet werden. Der Leitblech-Einbau 8 soll nur dafür Sorge tragen, daß eine gewünschte Zwangsströmung zur Kühlung des ersten Rohrbodens in der Rohrbodenkühlkammmer aufgebaut wird, die im wesentlichen eine Radialströmung mit vorgegebenen Geschwindigkeit darstellt. Zur Einstellung der Strömungsverhältnisse kann in der Leitung 20a und/oder in der Leitung 20b ein der Einfachheit halber nicht mit dargestelltes Einstellventil vorgesehen sein.

Es ist für die Kühlung des Rohrbodens 2 weiter von Vorteil, wenn zumindest in die Gaseintrittsenden der Rohre 4′, die das Leitblech 11 durchsetzen, jeweils ein sich in Strömungsrichtung des Gases gesehen mindestens über das Leitblech 11 hinaus erstreckendes Einsteckrohr 23 eingesetzt ist, das vorzugsweise aus einem aufgeweiteten Einlaß 23a, einem Rohrabschnitt 23b mit kleinerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Rohres 4′ und einem aufgeweiteten Auslaß 23b besteht, wie dies in der Fig. im linken Rohr 4′ sitzend dargestellt ist.

Claims (6)

1. Wärmetauscher zur Kühlung heißer Gase durch verdampfendes Wasser,
bestehend aus einem Behälter mit einer von einem ersten Rohrboden begrenzten Gaseintrittskammer und einer von einem zweiten Rohrboden begrenzten Gasaustrittskammer, sich zwischen den beiden Kammern erstreckenden und von den Rohrböden gehaltenen Rohren,
Anschlüssen am Behälter für die Zufuhr und Abfuhr des Gases und für die Beaufschlagung des Raums zwischen den beiden Rohrböden mit Wasser und mindestens einem sich parallel zu den Rohrböden erstreckenden Einbau in dem Raum zwischen den beiden Rohrböden, dadurch gekennzeichnet,
daß mit Abstand von dem ersten Rohrboden (2) in dem Raum zwischen den beiden Rohrböden (2; 5) ein sich durch den Behälter erstreckender Leitblech-Einbau (8) angeordnet ist, der den Raum zwischen den beiden Rohrböden in eine Rohrbodenkühlkammer (9) und einer Hauptkühlkammer (10) unterteilt, und
daß die Rohrbodenkühlkammer (9) und die Hauptkühlkammer (10) getrennt (13;18) mit Wasser beaufschlagbar sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrbodenkühlkammer (9) mindestens ein Leitblech (11) angeordnet ist, das das zugeführte Wasser im wesentlichen radial zur Mitte der Rohrbodenkühlkammer leitet und das aus der Kammer (9) abzuziehende Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch im wesentlichen radial längs der Innenfläche des Rohrbodens (2) nach außen führt.

3. Wärmetauscher-nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitblech-Einbau (8) in seiner Außenkante einen sich axial zur Hauptkühlkammer (10) hin öffnenden Ringkanal (8a) begrenzt, aus dem das Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch aus der Hauptkühlkammer (10) abgezogen wird.

4. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitblech-Einbau (8) aus einem Blech gefertig ist.

5. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4′) wärmeverschieblich in dem Leitblech- Einbau (8) geführt sind.

6. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß in die Gaseintrittsöffnungen der Rohre (4′), die das Leitblech (11) durchsetzen, jeweils ein sich in Strömungsrichtung des Gases gesehen mindestens über das Leitblech (11) hinaus erstreckendes Einsteckrohr (23) vorgesehen ist.