DE8210809U1

DE8210809U1 - Rohrbuendel-waermetauscher

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Publication number: DE8210809U1
Application number: DE19828210809U
Authority: DE
Original assignee: Anton Steinecker Maschinenfabrik 8050 Freising De GmbH
Current assignee: Anton Steinecker Maschinenfabrik 8050 Freising De GmbH
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-16
Publication date: 1982-08-05
Also published as: GB8301910D0; US4558734A; BR8301275A; JPS58187790A; GB2119073B; GB2119073A

Description

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Ste 5205

Rohrbündel-Wärmetauscher

Die Neuerung betrifft einen Rohrbündel-Wärmetauscher mit liegender Anordnung der Wärmetauscherrohre, zur Beheizung eines strömenden Mediums mit Dampf.

Es sind Rohrbündel-Wärmetauscher bekannt, bei denen das Heizmedium teils im Kreuzstrom, teils im Gleich- und Gegenstrom zu dem im Rohrbündel enthaltenen, zu beheizenden Medium geführt ist. Bei derartigen Rohrbündel-Wärmetauschern ergeben sich an einzelnen Stellen des Wärmetauschers verhältnismäßig große Temperaturunterschiede zwischen dem Heizmedium und dem zu beheizenden Medium. Daraus könnerPEei bestimm^ten Anwendungsfällen (etwa bei der Verwendung derartiger Wärmetauscher zur Würzekochung bei der Bierherstellung) Nachteile dadurch ergeben, daß sich im Wärmetauscher durch die zu hohe Temperaturdifferenz Verkrustungen und Ablagerungen einstellen, die den Wärmeübergang erheblich verschlechtern und aufwendige Wartungsarbeiten bedingen.

Zum Stand der Technik gehören ferner Doppelrohrwärmetauscher, bei denen das Heizmedium und das zu beheizende Medium im Gegenstrom zueinander geführt sind. Um hierbei eine ausreichende Wärmetauscherfläche zu erzielen, ist es bekannt, mehrere über Umlenkungen miteinander verbundene Teilstücke des Wärmetauschers in Reihe zu schalten. Derartige Wärmetausche] weisen jedoch bei Verwendung von Dampf als Heizmedium den wesentlichen Nachteil auf, daß das bei der Abkühlung des Dampfes ausfallende Kondensat praktisch

durch den ganzen Wärmetauscher bis zum dampfaustrittsseitigen Ende geschoben werden muß, was eine wesentliche Verschlechterung des Wärmeüberganges mit sich bringt.
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Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile der bekannten Ausführungen einen Rohrbündel-Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich bei geringer Temperaturdifferenz zwischen dem als Heizmedium verwendeten Dampf und dem zu beheizenden Medium ein besonders guter Wärmeübergang ergibt, wobei zugleich eine einfache, raumsparende Bauweise und eine leichte Zugänglichkeit des Wärmetauscher-Inneren zu Wartungs- und Reinigungszwecken gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) Der Wärmetauscher enthält mehrere über Verbindungsstücke in Reihe geschaltete, von dem zu beheizenden Medium und vom Dampf im Gegenstrom durchsetzte Teilstücke, die jeweils aus einem das zu beheizende Medium führenden Rohrbündel und einem das Rohrbündel umschließenden, den Dampf führenden Gehäuse bestehen;

b) das Gehäuse jedes Teilstückes ist an seinem dampfaustrittsseitigen Ende mit einem Kondensatabzugsanschluß versehen, der am Gehäuseumfang gegenüber dem Dampfaustrittsanschluß versetzt ist.

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Durch das Merkmal a) wird eine einwandfreie Gegenstrombewegung zwischen dem zu beheizenden Medium und dem Dampf über die gesamte Länge des Wärmetauschers erzielt. Die dadurch erreichte kleinstmögliche Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und dem zu beheizenden Medium vermeidet bei vielen Anwendungsfällen (insbesondere bei der Würzekochung) störende Ablagerungen und Ausscheidungen in dem zu beheizenden Medium.

Durch das Merkmal b) wird ein Kondensatabzug am Ende jedes Wärmetauscher-Teilstückes erreicht. Man vermeidet damit, daß größere Kondensatmengen vom Dampf durch das ganze Wärmetauschergehäuse geschoben werden müssen und hierbei durch die unvermeidliche Berührung mit dem das zu beheizende Medium führenden Rohrbündel den Wärmeübergang beeinträchtigen. Der neuerungsgemäße Wärmetauscher zeichnet sich damit durch einen hervorragenden Wärmeübergang aus.

Die an den beiden Stirnenden des Wärmetauschers zur Verbindung der Wärmetauscher-Teilstücke vorgesehenen Verbindungsstücke ermöglichen einen bequemen Zugang zum Inneren des Wärmetauschers zu Reinigungs- und Wartungszwecken.

Weitere Merkmale des neuerungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbei-Spieles.

In der Zeichnung zeigen

Fig.1 eine weitgehend schematische Seitenansicht des Rohrbündel-Wärmetauschers;

Fig.2 eine zum Teil geschnittene Stirnansicht des in Fig.1 dargestellten Wärmetauschers (etwa entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig.1);

IQ Fig.3 eine Schnittansicht von einem Teilstück

des Wärmetauschers gemäß Fig.1;

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linis IV-IV in Fig.3.

Der Gesamtaufbau des neuerungsgemäßen Röhrbündel-Wärmetauschers 1 sei zunächst anhand der Fig.1 und 2 erläutert.

^Der Wärmetauscher 1 enthält im veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Anzahl von mit Abstand übereinander angeordneten und von dem zu beheizendenMedium und vom Dampf im Gegenstrom durchsetzten Wärmetauscher-Teilstücken 2, 2a, 2h....2n, die alle im wesentlichen geradlinig ausgeführt sind, wobei die einander benachbarten Teilstücke im mittleren Bereich der Wärmetauscherlänge gleiche Höhenabstände HA {von Mitte zu Mitte) aufweisen. Die Teilstücke 2, 2a, 2b....2n sind jeweils durch Verbindungsstücke, die später noch näher beschrieben werden, in Reihe geschaltet. Jedes dieser Teilstücke 2, 2a...2n besteht im wesentlichen aus einem das zu beheizende Medium führenden Rohrbün-

del (beim Teilstück 2a mit 3 angedeutet) sowie einem das Rohrbündel 3 umschließenden, den Dampf führenden Gehäuse 4. Die Teilstücke 2, 2a ....2n können in einem oder mehreren Rahmengestellen 5 mit seitlichen Kragarmen 6 gehaltert sein.

Der Wärmetauscher 1 weist an seinem untersten Teilstück 2n einen - stirnseitigen - Zulauf 7 und an
seinem obersten Teilstück 2 einen - ebenfalls stirnseitigen - Ablauf 8 für das zu beheizende Medium auf, das durch Pfeile 9 angedeutet ist. Der zum Aufheizen des Mediums 9 bestimmte Dampf (gestrichelte Pfeile
10) wird dagegen dem Wärmetauscher 1 an seinem obersten Teilstück 2 zugeführt, während er am untersten Teilstück 2n wieder abgezogen wird.

Das Gehäuse 4 jedes Teilstückes 2, 2a....2n weist in der Nähe seines einen axialen Endes einen Dampfzuführungsanschluß 11 und in der Nähe seines entgegengesetzten axialen Endes einen Dampfaustrittsanschluß 12 auf, wobei sich bei jeweils zwei unmittelbar übereinanderliegenden Teilstücken (z.B. 2 und 2a, 2a und 2b usw.) die DampfZuführungsanschlüsse und die Dampfaustrittsanschlüsse 11 bzw. 12 an den jeweils ent-

gegengesetzten Enden befinden. Diese Anordnung ist
dabei so gewählt, daß das jeweils obere Teilstück
(z.B. 2) mit dem jeweils unmittelbar darunter liegenden Teilstück (z.B. 2a) bzw. deren Gehäuse 4 durch
den Dampfaustrittsanschluß 12 des oberen Teilstückes und den DampfZuführungsanschluß 11 des unteren Teilstückes dampfführend miteinander verbunden sind. Die DampfZuführungsanschlüsse 11 und die Dampfaustritts-

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anschlüsse 12 werden dabei vorzugsweise durch krümmerartige Rohrstücke (mit etwa 90"-Bogen) gebildet, die seitlich am Gehäuse 4 des zugehörigen Teilstückes 2, 2a....2n angeschlossen sind (vgl.

insbesondere Fig.2). Die aneinander angeschlossenen Dampfzuführungs- und Dampfaustrittsanschlüsse 11, 12 sind vorzugsweise gleichartig ausgeführt und können - wie veranschaulicht - durch Flanschverbindungen lösbar miteinander verbunden sein.

Das Gehäuse 4 jedes Teilstückes 2, 2a 2n ist an

seinem dampfaustrittsseitigen Ende mit einem Kondensatabzugsanschluß 13 versehen, der am Gehäuseumfang gegenüber dem Dampfaustrittsanschluß 12 versetzt ist.

In dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird es als besonders günstig vorgezogen, diesen Kondensatabzugsanschluß 13 im unteren Teil des Gehäuseumfanges und den Dampfaustrittsanschluß 12 demgegenüber um etwa 90° am Gehäuseumfang vorzusehen (vgl. insbesondere Fig.2). Damit sich im Gehäuse 4 bildendes Kondensat auch zuverlässig ablaufen kann, ist das Gehäuse 4 jedes Teilstückes 2, 2a....2n mit einem ausreichenden, leichten Gefälle zum zugehörigen Kondensatabzugsanschluß 13 hin angeordnet.

Im Bereich beider Stirnenden des Wärmetauschers 1 ist je eine Kondensatabzugsleitung 14 vorgesehen, an die jeweils alle Kondensatabzugsanschlüsse 13 des zugehörigen Wärmetauscher-Stirnendes angeschlossen sind. Die beiden Kondensatabzugsleitungen 14 können als Standleitungen ausgebildet und mit absperrbaren Ventilen 15 ausgestattet sein.

Von den in einer Reihe übereinander angeordneten Teilstücken 2, 2a, 2b...2n sind je zwei einander benachbarte, übereinanderliegende Teilstücke (z.B. 2 und 2a, 2a und 2b usw.) durch ein an einem Stirnende des Wärmetauschers 1 für das aufzuheizende Medium bestimmtes Verbindungsstück 16 miteinander verbunden, das in Form eines einfachen, sich über etwa 180° erstreckenden Rohrbogens ausgebildet ist, wobei diese Rohrbogen unter Berücksichtigung des Gehäusegefälles 3^er einzelnen Teilstücks 2, 2a...2n ein geringfügig unter 180° liegendes Bogenmaß aufweisen können. Diese Rohrbögen bzw. Verbindungsstücke 16 sind über die Höhe des Wärmetauschers 1 - vgl. Fig.1 - abwechselnd an dem einen und dem anderen Wärmetauscher-Stirnende vorgesehen, so daß sich eine fortlaufend verbundene Rohrschlange aus den übereinander liegenden Teilstücken 2, 2a....2n und diesen Verbindungsstücken 16 ergibt.

Iⁿ den Fig.3 und 4 ist insbesondere der innere Aufbau eines Wärmetauscher-Teilstückes, z.B. des Teilstückes 2a näher veranschaulicht. Die in liegender Anordnung vorgesehenen Wärmetauscherrohre 17 des innerhalb des Gehäuses 4 vorgesehenen Rohrbündels 3 sind - vgl. Fig.4 - gleichmäßig über den Innenquerschnitt des Gehäuses 4 verteilt, so daß jedes einzelne Wärmetauscherrohr 17 vollkommen von dem im Gehäuse 4 geführten Dampf umspült werden kann. Während des Betriebes wird durch ein solches Wärmetauscher-Teilstück über den DampfZuführungsanschluß 11 Dampf !gestrichelte Pfeile 10) in das Gehäuse 4 des Teilstückes (z.B. 2a) ein- und am austrittsseitigen Ende

des Gehäuses 4 durch den Dampfaustrittsanschluß 12 wieder abgeführt und in das darunter liegende Teilstück (z.B. 2b) geleitet. Dieser Heizdampf (Pfeile 10) strömt dabei im Gegenstrom zu dem zu beheizenden Medium (Pfeile 9), das durch das von unten herangeführte Verbindungsstück 16 in die Rohre 17 gelangt, diese durchströmt und durch das nach oben führende Verbindungsstück 16 (am Dampfzuführungsende) nach oben weitergeleitet wird. Eine gute Umspülung aller im Gehäuse 4 liegend angeordneter Wärmetauscherrohre 17 kann auch dadurch unterstützt werden, daß innerhalb des Gehäuses 4 an sich bekannte Schikanen eingebaut sind, die dafür sorgen, daß der das Gehäuse 4 in Längsrichtung durchströmende Heizdampf mehrmals umgelenkt wird.

Des weiteren kann es zweckmäßig sein, jedes Teilstück 2, 2a...2n mit an sich bekannten Kompensationseinrichtungen auszustatten, die gemäß Fig.3 darin be- stehen, daß das Gehäuse 4 auf seiner Länge wenigstens einen Längenkompensator 18 (zwecks Kompensierung von temperaturbedingten Längenänderungen) aufweist, während die Wärmetauscherrohre 17 an wenigstens einem Ende, z.B. am Dampfzuführungsende des Teilstückes 2a, bei ausreichender Abdichtung in Längsrichtung gleitbeweglich in Rohrhalterungen 19 angeordnet sind.

Die Verbindungsstücke 16 sind ferner zweckmäßig durch lösbare Flanschverbindungen 20 mit den zugehörigen Teilstücken bzw. deren Gehäuse 4 verbunden, so daß das Innere dieser Wärmetauscher-Teilstücke beispielsweise für Reinigungs- und Wartungszwecke leicht zugänglich ist.

Claims

Schutzansprüche:

1. Rohrbündel-Wärmetauscher mit liegender Anordnung der Wärmetauscherrohre, zur Beheizung eines strömenden Mediums mit Dampf/

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Wärmetauscher (1) enthält mehrere über Verbindungsstücke (16 bzw. 11, 12) in Reihe geschaltete, von dem zu beheizenden Medium (9)

und vom Dampf (10) im Gegenstrom durchsetzte Teilstücke (2, 2a, 2b....2n), die jeweils aus einem das zu beheizende Medium führenden Rohrbündel (3) und einem das Rohrbündel umschließenden, den Dampf führenden Gehäuse (4) bestehen;

b) das Gehäuse (4) jedes Teilstückes (2, 2a, 2b...2n) ist an seinem dampfaustrittsseitigen Ende mit einem Kondensatabzugsanschluß (13) versehen, der ^am Gehäuseumfang gegenüber dem Dampfaustritts

anschluß (12) versetzt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatabzugsanschluß (13) im unteren Teil des Gehäuseumfanges und der Dampfaus trittsanschluß (12) demgegenüber um etwa 90° versetzt am Gehäuseumfang vorgesehen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (4) der einzelnen Teilstücke (2, 2a....2n) des Wärmetauschers (1) jeweils ein Gefälle zum gehörigen Kondensatabzugsanschluß (13) hin aufweisen.

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4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilstücke (2, 2a....2n) im wesentlichen geradlinig ausgeführt und mit gleichen Abständen (HA) übereinander angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei einander benachbarte, übereinanderliegende Teilstücke (z.B. 2 und 2a, 2a und 2b...) durch ein an einem Stirnende des Wärmetauschers (1) für das zu beheizende Medium bestimmtes Verbindungsstück (16) in Form eines sich über etwa 180° erstreckenden Rohrbogens miteinander verbunden und diese Verbindungsstücke über die Höhe des Wärmetauschers (1) abwechselnd an dem einen und dem anderen Wärmetauscher-Stirnende vorgesehen sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfaustrittsanschluß

(12) des jeweils oberen Teilstückes (z.B. 2) von je zwei unmittelbar übereinanderliegenden Teilstücken (z.B. 2 und 2a) mit dem gleichartig wie der Dampfaustrittsanschiuß am Gehäuseumfang angebrachten DampfZuführungsanschluß (11) des jeweils unteren Teilstückes (z.B. 2a) durch eine Rohrverbindung verbunden ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Stirnenden des Wärmetauschers (1) je eine Kondensat-Abzugsleitung (14) vorgesehen ist, an die alle Kondensatabzugsanschlüsse (13) des zugehörigen Wärmetauscher-Stirnendes angeschlossen sind.