EP0752569A2 - Wärmetauscher - Google Patents

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EP0752569A2
EP0752569A2 EP96109642A EP96109642A EP0752569A2 EP 0752569 A2 EP0752569 A2 EP 0752569A2 EP 96109642 A EP96109642 A EP 96109642A EP 96109642 A EP96109642 A EP 96109642A EP 0752569 A2 EP0752569 A2 EP 0752569A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
heat exchanger
tubes
medium
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96109642A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0752569A3 (de
Inventor
Markus Dipl.-Ing. Hirth
Wilhelm Dipl.-Ing. Bruckmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Balcke Duerr AG
Original Assignee
Balcke Duerr AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Balcke Duerr AG filed Critical Balcke Duerr AG
Publication of EP0752569A2 publication Critical patent/EP0752569A2/de
Publication of EP0752569A3 publication Critical patent/EP0752569A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0236—Header boxes; End plates floating elements
    • F28F9/0239—Header boxes; End plates floating elements floating header boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
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    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
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    • Y10S165/40—Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/44—Coiled conduit assemblies

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for systems operated with large load and / or temperature changes, for example as cooling air coolers for gas turbines, with pipes for separating the heat-emitting medium, in particular air, and the heat-absorbing medium, in particular water, the heat exchange taking place in countercurrent , which are arranged as flow channels for the heat-absorbing medium pipes running in a meandering shape between an inlet manifold and an outlet manifold and the heat-emitting medium flows around these meandering pipes.
  • the cooling of gas turbine blades usually takes place by means of an air flow, which is often branched off from the compressed combustion air for the gas turbine combustion chamber as a partial air flow.
  • the heat supplied during the compression of this partial air flow must be extracted from the air flow in a cooling air cooler before being fed to the gas turbine blades. Due to frequent starting and stopping as well as the high pressure and temperature differences, this heat exchanger is exposed to extreme alternating loads, which can lead to premature failure of the heat exchanger.
  • a cooling air cooler of the type described in the opening paragraph is known from EP-OS 0 203 445.
  • the inlet and outlet manifolds are rigidly connected to the clean gas inlet and clean gas outlet lines, so that alternating load voltages can only be insufficiently compensated.
  • Another cooling air cooler for gas turbines is known from DE-OS 41 42 375.5.
  • massive tube plates serve to separate the air-filled chambers from a space filled with the heat-absorbing medium.
  • the air to be cooled is passed through pipes which connect the two solid pipe plates arranged at the upper and lower ends of the heat exchanger and are rigidly fixed in them.
  • one of the solid tube plates is formed by one-sided clamping in such a way that it can compensate for pressure and temperature stresses to a certain extent.
  • the outer jacket of the heat exchanger is equipped with bellows expansion joints to dampen length changes.
  • the object of the invention is to further develop a heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that it reliably and reliably compensates for the frequent and rapid load changes and the associated pressure and temperature fluctuations and, moreover, is inexpensive to manufacture.
  • the invention proposes that the collecting tubes penetrate an outer jacket of the heat exchanger on both sides, the collecting tubes being connected pressure-tight to the outer jacket on the inlet and outlet sides and being guided at the opposite end into a receiving space connected to the outer jacket in a pressure-tight manner.
  • This elastic mounting of the header pipes enables additional compensation of the load alternating voltages that occur, since the header pipes are not fixed at least on one side in the outer jacket of the Heat exchanger are clamped. Instead, the manifolds can expand into the receiving space. Such an expansion in the transverse direction of the heat exchanger does not cause any additional stresses in these tubes due to the elastic arrangement of the heat exchanger tubes.
  • Due to the passage of the header pipes through the outer jacket of the heat exchanger it is possible that in the event of pipe leaks, plugging or blinding of individual heat exchanger pipes from the outside is possible in a simple manner.
  • the flow channels for the heat-absorbing medium as meandering heat exchanger tubes arranged between two header tubes, compensation of the pressure and temperature fluctuations that occur can be achieved in a particularly simple and effective manner, since the meandering coil bundle acts as a whole as a large spring.
  • the back and forth heat exchanger tubes can absorb the occurring load changes without the risk of impermissibly high voltage conditions.
  • the meandering tubes are surrounded by an inner housing which is open at the end and connected on the inlet side to the inlet connector for the heat-emitting medium and which forms a flow channel for the heat-emitting medium.
  • an inner housing which is open at the end and connected on the inlet side to the inlet connector for the heat-emitting medium and which forms a flow channel for the heat-emitting medium.
  • a circumferential space is formed between the outer jacket of the heat exchanger and the inner housing enclosing the pipes and the outlet connection for the heat emitting Medium is arranged near the outlet manifold. The formation of the space between the outer jacket and the housing prevents direct heat conduction to the outer jacket of the heat exchanger.
  • This insulation of the outer jacket against the high inlet temperatures of the Medium to be cooled can be strengthened in that the outlet connection is arranged near the outlet manifold and thus also close to the inlet connection for the heat-emitting medium, so that the medium cooled by the flow along the heat exchanger tubes before leaving the heat exchanger covers the entire space between the housing and must flow through the outer jacket, which in turn contributes to the insulation of the outer jacket.
  • the surfaces in contact with the heat-emitting medium are made of austenitic steels.
  • the heat exchanger can be operated with water as the heat-absorbing medium as a preheater, evaporator, superheater, preheater with evaporator, evaporator with superheater or preheater with evaporator and superheater. Because of the various possibilities with which the heat exchanger according to the invention can be operated, it can be used in a variety of ways, depending on the respective pressure and temperature conditions, without having to change over.
  • FIG. 1 and 2 schematically show a heat exchanger 1, consisting of a welded outer jacket 2 with an inlet connector 3 and an outlet connector 4 for the heat-emitting medium and an inlet header 5 and an outlet header pipe 6 for the heat-absorbing medium, the inlet header pipe 5 and the outlet header pipe 6 being connected to one another via meandering pipes 7.
  • these tubes 7 are surrounded in the axial direction by a housing 8 which is open at both ends and connected to the inlet connector 3 on the inlet side.
  • the arrows shown in FIG. 2 illustrate the flow pattern of the heat-emitting and heat-absorbing medium in the heat exchanger 1.
  • the heat-emitting medium flows through the inlet connection 3 into the heat exchanger 1 and is through the housing 8, which forms a flow channel for the heat-emitting medium, guided from top to bottom along the tubes 7, which are filled with a heat-absorbing medium and flow from bottom to top.
  • the now cooled medium is deflected in the illustrated embodiment through a bottom 9 of the heat exchanger 1 and flows into an intermediate space 10 formed between the outer jacket 2 of the heat exchanger 1 and the housing 8 before the medium passes over the heat exchanger 1 leaves the outlet port 4 again.
  • the outlet port 4 is arranged in the illustrated embodiment near the outlet manifold 6, so that the cooled medium flows as far as possible along the entire axial extent of the outer shell 2 and thus insulates it from the heat of the uncooled inflowing heat-emitting medium.
  • the heat-absorbing medium in particular water, flows through the inlet manifold 5 into the heat exchanger 1 and flows from the bottom upwards through the meandering tubes 7 before it flows out of the heat exchanger 1 again after entering the outlet manifold 6.
  • the heat-emitting and the heat-absorbing medium are led to the particularly effective heat exchange in cross-countercurrent.
  • both the inlet and outlet manifolds 5, 6 and the thin-walled tubes 7 connecting the manifolds 5, 6 are elastically suspended and the manifolds 5, 6 are thin-walled compared to the tube plates known from the prior art.
  • the elastic suspension of the inlet manifold 5 and the outlet manifold 6 is that the manifolds penetrate the outer jacket 2 of the heat exchanger 1 on both sides, the manifolds 5, 6 being pressure-tightly connected to the outer jacket 2 on the inlet and outlet sides and at the opposite end are guided in a pressure-tight connection with the outer casing 2.
  • This elastic integration of the collecting tubes 5, 6 into the outer jacket 2 of the heat exchanger 1 enables the collecting tubes 5, 6 to compensate for the stresses that occur during the load changes that occur.
  • the pipes 7 are arranged in a meandering manner between the inlet manifold 5 and the outlet manifold 6, so that the entire bundle of tubes 7 is designed to be resilient overall and can thus effectively compensate for the stresses that occur.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für mit großen Last- und/oder Temperaturwechseln betriebene Anlagen, beispielsweise als Kühlluftkühler für Gasturbinen, mit Rohren (7) zur Trennung des wärmeabgebenden Mediums, insbesondere Luft, und des wärmeaufnehmenden Mediums, insbesondere Wasser, wobei der Wärmeaustausch im Gegenstrom erfolgt, die als Strömungskanäle für das wärmeaufnehmende Medium dienenden Rohre (7) mäanderförmig verlaufend zwischen einem Einlaß-Sammelrohr (5) und einem Auslaß-Sammelrohr (6) angeordnet sind und das wärmeabgebende Medium diese mäanderförmig verlaufenden Rohre (7) umströmt. Um einen Wärmetauscher (1) derart weiterzubilden, daß er die auftretenden häufigen und schnellen Lastwechsel und damit verbundenen Druck- und Temperaturschwankungen sicher und zuverlässig kompensiert und darüber hinaus kostengünstig zu fertigen ist, wird vorgeschlagen, daß die Sammelrohre (5,6) beidseitig einen Außenmantel (2) des Wärmetauschers (1) durchdringen, wobei die Sammelrohre (5,6) einlaß- und auslaßseitig druckdicht mit dem Außenmantel (2) verbunden und am gegenüberliegenden Ende in einen druckdicht mit dem Außenmantel (2) verbundenen Aufnahmeraum (11) geführt sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für mit großen Last- und/oder Temperaturwechseln betriebene Anlagen, beispielsweise als Kühlluftkühler für Gasturbinen, mit Rohren zur Trennung des wärmeabgebenden Mediums, insbesondere Luft, und des wärmeaufnehmenden Mediums, insbesondere Wasser, wobei der Wärmeaustausch im Gegenstrom erfolgt, die als Strömungskanäle für das wärmeaufnehmende Medium dienenden Rohre mäanderförmig verlaufend zwischen einem Einlaß-Sammelrohr und einem Auslaß-Sammelrohr angeordnet sind und das wärmeabgebende Medium diese mäanderförmig verlaufenden Rohre umströmt.
  • Die Kühlung von Gasturbinenschaufeln erfolgt üblicherweise mittels eines Luftstroms, welcher häufig von der komprimierten Verbrennungsluft für die Gasturbinenbrennkammer als Teilluftstrom abgezweigt wird. Die bei der Kompression auch diesem Teilluftstrom zugeführte Wärme muß dem Luftstrom vor dem Zuleiten zu den Gasturbinenschaufeln in einem Kühlluftkühler wieder entzogen werden. Durch häufiges Anfahren und Abfahren sowie aufgrund der hohen Druck- und Temperaturunterschiede wird dieser Wärmetauscher extremen Wechselbelastungen ausgesetzt, welche zum vorzeitigen Versagen des Wärmetauschers führen können. Ein Kühlluftkühler der eingangs beschriebenen Art ist aus der EP-OS 0 203 445 bekannt. Bei diesem gattungsbildenden Wärmetauscher sind die Einlaß- und Auslaß-Sammelrohre starr mit den Reingas-Eintritts- bzw. Reingas-Austrittsleitungen verbunden, so daß Lastwechselspannungen nur unzureichend kompensiert werden können.
  • Ein weiterer Kühlluftkühler für Gasturbinen ist aus der DE-OS 41 42 375.5 bekannt. Bei diesem bekannten Wärmetauscher dienen massive Rohrplatten zum Abteilen der luftgefüllten Kammern von einem mit dem wärmeaufnehmenden Medium gefüllten Raum. Die abzukühlende Luft wird durch Rohre geleitet, die die beiden, am oberen und unteren Ende des Wärmetauschers angeordneten massiven Rohrplatten miteinander verbinden und starr in diesen fixiert sind. Zur Kompensation der auftretenden Druck- und Temperaturspannungen ist bei diesem bekannten Wärmetauscher eine der massiven Rohrplatten durch einseitiges Einspannen so ausgebildet, daß sie Druck- und Temperaturspannungen in einem gewissen Maße kompensieren kann. Darüber hinaus ist der äußere Mantel des Wärmetauschers mit Balgkompensatoren zur Dämpfung auftretender Längenänderungen ausgestattet. Zwar erlaubt dieser bekannte Wärmetauscher eine gewisse Kompensation der bei den häufigen und schnellen Lastwechseln auftretenden Druck- und Temperaturschwankungen, jedoch verhindert die starre Einspannung der Wärmetauscherrohre zwischen den beiden massiven Rohrplatten eine effektive Dämpfung dieser Belastungen. Darüber hinaus ist die Verwendung der massiven Rohrplatten aufgrund deren hohen Gewichts und deren Unflexibilität gegenüber Temperaturspannungen nachteilig.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der Eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß er die auftretenden häufigen und schnellen Lastwechsel und damit verbundenen Druck- und Temperaturschwankungen sicher und zuverlässig kompensiert und darüber hinaus kostengünstig zu fertigen ist.
  • Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Sammelrohre beidseitig einen Außenmantel des Wärmetauschers durchdringen, wobei die Sammelrohre einlaß- und auslaßseitig druckdicht mit dem Außenmantel verbunden sind und am gegenüberliegenden Ende in einen druckdicht mit dem Außenmantel verbundenen Aufnahmeraum geführt sind.
  • Durch diese elastische Lagerung der Sammelrohre wird eine zusätzliche Kompensierung der auftretenden Lastwechselspannungen ermöglicht, da die Sammelrohre zumindest einseitig nicht fest in dem Außenmantel des Wärmetauschers eingespannt sind. Statt dessen können sich die Sammelrohre in den Aufnahmeraum hinein ausdehnen. Eine solche Dehnung in Querrichtung des Wärmetauschers bewirkt aufgrund der elastischen Anordnung der Wärmetauscherrohre keine zusätzlichen Spannungen in diesen Rohren. Darüber hinaus besteht aufgrund des Durchführens der Sammelrohre durch den Außenmantel des Wärmetauschers die Möglichkeit, daß im Falle von Rohrundichtigkeiten ein Abstopfen bzw. Blindsetzen einzelner Wärmetauscherrohre von außen auf einfache Weise möglich ist. Durch das Ausbilden der Strömungskanäle für das wärmeaufnehmende Medium als mäanderförmig zwischen zwei Sammelrohren angeordnete Wärmetauscherrohre kann auf eine besonders einfache und effektive Art und Weise eine Kompensation der auftretenden Druck- und Temperaturschwankungen erreicht werden, da das mäanderförmig gewundene Rohrbündel insgesamt wie eine große Feder wirkt. Die hin- und herlaufenden Wärmetauscherrohre können so die auftretenden Lastwechsel ohne die Gefahr unzulässig hoher Spannungszustände aufnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mäanderförmig verlaufenden Rohre von einem endseitig offenen und einlaßseitig mit dem Einlaßstutzen für das wärmeabgebende Medium verbundenen inneren Gehäuse umgeben, das einen Strömungskanal für das wärmeabgebende Medium bildet. Durch dieses innere Gehäuse wird der eintretende abzukühlende Strom zwangsweise entlang der mäanderförmig verlaufenden Wärmetauscherrohre geführt, so daß dieser abzukühlende Strom nicht an der Seite an den Wärmetauscherrohren vorbei direkt zum Auslaßstutzen strömen kann.
  • Um zu ermöglichen, daß der Außenmantel des Wärmetauschers nicht in direktem Kontakt mit dem bis zu 500°C heißen abzukühlenden Medium kommt, ist zwischen dem Außenmantel des Wärmetauschers und dem inneren, die Rohre umschließenden Gehäuse ein umlaufender Zwischenraum ausgebildet ist und der Auslaßstutzen für das wärmeabgebende Medium nahe dem Auslaß-Sammelrohr angeordnet ist. Durch die Ausbildung des Zwischenraumes zwischen Außenmantel und Gehäuse wird eine direkte Wärmeleitung zum Außenmantel des Wärmetauschers hin verhindert. Diese Isolierung des Außenmantels gegenüber den hohen Eintrittstemperaturen des abzukühlenden Mediums kann dadurch verstärkt werden, daß der Auslaßstutzen nahe dem Auslaß-Sammelrohr und somit auch nahe dem Einlaßstutzen für das wärmeabgebende Medium angeordnet ist, so daß das durch die Strömung entlang der Wärmetauscherrohre abgekühlte Medium vor dem Austritt aus dem Wärmetauscher den gesamten Zwischenraum zwischen Gehäuse und Außenmantel durchströmen muß, was wiederum zur Isolierung des Außenmantels beiträgt.
  • Um eine gute Temperaturbeständigkeit zu gewährleisten und darüber hinaus sicherzustellen, daß das abzukühlende Medium keine Verunreinigungen erfährt, bestehen die mit dem wärmeabgebenden Medium in Kontakt stehenden Flächen aus austenitischen Stählen.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es ferner, daß der Wärmetauscher mit Wasser als wärmeaufnehmendem Medium als Vorwärmer, Verdampfer, Überhitzer, Vorwärmer mit Verdampfer, Verdampfer mit Überhitzer oder Vorwärmer mit Verdampfer und Überhitzer betreibbar ist. Aufgrund dieser vielfältigen Möglichkeiten, mit denen der erfindungsgemäße Wärmetauscher betrieben werden kann, ist dieser in Abhängigkeit von den jeweiligen Druck- und Temperaturverhältnissen ohne Umrüsten vielseitig einsetzbar.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Wärmetauschers schematisch dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher;
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher gemäß Fig. 1, jedoch um 90° um die Längsachse gedreht und
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß Fig. 1 und 2.
  • Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Wärmetauscher 1, bestehend aus einem geschweißten Außenmantel 2 mit einem Einlaßstutzen 3 sowie einem Auslaßstutzen 4 für das wärmeabgebende Medium sowie einem Einlaß-Sammelrohr 5 und einem Auslaß-Sammelrohr 6 für das wärmeaufnehmende Medium, wobei das Einlaß-Sammelrohr 5 und das Auslaß-Sammelrohr 6 über mäanderförmig verlaufende Rohre 7 miteinander verbunden sind.
  • Um zu gewährleisten, daß das durch den Einlaßstutzen 3 einströmende abzukühlende Medium entlang den Wärmetauscherrohren 7 strömt, sind diese Rohre 7 in axialer Richtung von einem Gehäuse 8 umgeben, welches an beiden Enden offen und einlaßseitig mit dem Einlaßstutzen 3 verbunden ist. Die in Fig. 2 dargestellten Pfeile verdeutlichen den Strömungsverlauf des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden Mediums in dem Wärmetauscher 1. Das wärmeabgebende Medium strömt durch den Einlaßstutzen 3 in den Wärmetauscher 1 ein und wird durch das Gehäuse 8, welches einen Strömungskanal für das wärmeabgebende Medium bildet, von oben nach unten entlang den Rohren 7 geführt, die mit einem wärmeaufnehmenden Medium gefüllt von unten nach oben durchströmt werden. Nach dem Austritt aus dem Gehäuse 8 wird das nunmehr abgekühlte Medium bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Boden 9 des Wärmetauschers 1 umgelenkt und strömt in einen zwischen dem Außenmantel 2 des Wärmetauschers 1 und dem Gehäuse 8 ausgebildeten Zwischenraum 10, bevor das Medium den Wärmetauscher 1 über den Auslaßstutzen 4 wieder verläßt. Der Auslaßstutzen 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nahe dem Auslaß-Sammelrohr 6 angeordnet, damit das abgekühlte Medium möglichst entlang der gesamten axialen Erstreckung des Außenmantels 2 entlangströmt und diesen somit gegen die Hitze des ungekühlten einströmenden wärmeabgebenden Mediums isoliert.
  • Das wärmeaufnehmende Medium, insbesondere Wasser, strömt durch das Einlaß-Sammelrohr 5 in den Wärmetauscher 1 ein und durchfließt von unten nach oben die mäanderförmig verlaufenden Rohre 7, bevor es nach dem Eintritt in das Auslaß-Sammelrohr 6 wieder aus dem Wärmetauscher 1 hinausströmt. Durch diese dargestellte Schaltungsweise werden das wärmeabgebende und das Wärmeaufnehmende Medium zum besonders effektiven Wärmeaustausch im Kreuz-Gegenstrom geführt.
  • Da insbesondere beim Einsatz eines solchen Wärmetauschers 1 als Kühlluftkühler für Gasturbinen der Wärmetauscher 1 einer großen Zahl von Last- und/oder Temperaturwechseln unterliegt, ist es notwendig, daß der Wärmetauscher 1 sowie alle darin angeordneten Einbauten diese häufigen und schnellen Lastwechsel gut kompensieren können. Zu diesem Zweck sind sowohl die Einlaß- und Auslaß-Sammelrohre 5, 6 als auch die die Sammelrohre 5, 6 verbindenden dünnwandigen Rohre 7 elastisch aufgehängt und die Sammelrohre 5, 6 im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Rohrplatten dünnwandig ausgebildet.
  • Die elastische Aufhängung des Einlaß-Sammelrohrs 5 und des Auslaß-Sammelrohrs 6 besteht darin, daß die Sammelrohre beidseitig den Außenmantel 2 des Wärmetauschers 1 durchdringen, wobei die Sammelrohre 5, 6 einlaß- und auslaßseitig druckdicht mit dem Außenmantel 2 verbunden sind und am gegenüberliegenden Ende in einem druckdicht mit dem Außenmantel 2 verbundenen Aufnahmeraum 11 geführt sind. Durch diese elastische Einbindung der Sammelrohre 5, 6 in den Außenmantel 2 des Wärmetauschers 1 wird es den Sammelrohren 5, 6 ermöglicht, daß diese die bei den auftretenden Lastwechseln entstehenden Spannungen kompensieren können. Damit an den die Sammelrohre 5, 6 verbindenden Rohren 7 aufgrund der Lastwechsel sowie der elastischen Lagerung der Sammelrohre 5, 6 keine unzulässigen Spannungen auftreten können, sind die Rohre 7 zwischen dem Einlaß-Sammelrohr 5 und dem Auslaß-Sammelrohr 6 mäanderförmig angeordnet, so daß das gesamte Bündel der Rohre 7 insgesamt federelastisch ausgebildet ist und somit die auftretenden Spannungen effektiv kompensieren kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmetauscher
    2
    Außenmantel
    3
    Einlaßstutzen
    4
    Auslaßstutzen
    5
    Einlaß-Sammelrohr
    6
    Auslaß-Sammelrohr
    7
    Rohr
    8
    Gehäuse
    9
    Boden
    10
    Zwischenraum
    11
    Aufnahmeraum

Claims (5)

  1. Wärmetauscher, insbesondere für mit großen Last- und/oder Temperaturwechseln betriebene Anlagen, beispielsweise als Kühlluftkühler für Gasturbinen, mit Rohren (7) zur Trennung des wärmeabgebenden Mediums, insbesondere Luft, und des wärmeaufnehmenden Mediums, insbesondere Wasser, wobei der Wärmeaustausch im Gegenstrom erfolgt, die als Strömungskanäle für das wärmeaufnehmende Medium dienenden Rohre (7) mäanderförmig verlaufend zwischen einem Einlaß-Sammelrohr (5) und einem Auslaß-Sammelrohr (6) angeordnet sind und das wärmeabgebende Medium diese mäanderförmig verlaufenden Rohre (7) umströmt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sammelrohre (5, 6) beidseitig einen Außenmantel (2) des Wärmetauschers (1) durchdringen, wobei die Sammelrohre (5, 6) einlaß- und auslaßseitig druckdicht mit dem Außenmantel (2) verbunden sind und am gegenüberliegenden Ende in einen druckdicht mit dem Außenmantel (2) verbundenen Aufnahmeraum (11) geführt sind.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmig verlaufenden Rohre (7) von einem endseitig offenen und einlaßseitig mit einem Einlaßstutzen (3) für das wärmeabgebende Medium verbundenen inneren Gehäuse (8) umgeben sind, das einen Strömungskanal für das wärmeabgebende Medium bildet.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenmantel (2) des Wärmetauschers (1) und dem inneren, die Rohre (7) umschließenden Gehäuse (8) ein umlaufender Zwischenraum (10) ausgebildet ist und ein Auslaßstutzen (4) für das wärmeabgebende Medium nahe dem Auslaß-Sammelrohr (6) angeordnet ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem wärmeabgebenden Medium in Kontakt stehenden Flächen aus austenitischen Stählen bestehen.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Wasser als wärmeaufnehmendem Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als Vorwärmer, Verdampfer, Überhitzer, Vorwärmer mit Verdampfer, Verdampfer mit Überhitzer oder Vorwärmer mit Verdampfer und Überhitzer betreibbar ist.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19546725A1 (de) * 1995-12-14 1997-06-19 Asea Brown Boveri Quench-Kühler
JP4130512B2 (ja) * 1998-04-24 2008-08-06 ベール ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー 熱交換器
DE10041413B4 (de) 1999-08-25 2011-05-05 Alstom (Switzerland) Ltd. Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
RU2188373C2 (ru) * 2000-04-17 2002-08-27 Опытное конструкторское бюро машиностроения Теплообменник
DE10211635A1 (de) * 2002-03-15 2003-09-25 Behr Gmbh & Co Wärmetauscher
JP4151001B2 (ja) * 2002-07-25 2008-09-17 株式会社ティラド 熱交換器
DE102004045638A1 (de) * 2004-09-21 2006-04-06 Bayerische Motoren Werke Ag Wärmeübertrager für wasserstoffbetriebene Kraftstoffversorgungsanlagen
PT2161525T (pt) 2008-09-08 2016-07-26 Balcke-Dürr GmbH Permutador de calor de construção modular
PT2322854E (pt) * 2009-11-17 2013-09-12 Balcke Duerr Gmbh Permutador térmico para a produção de vapor para centrais de energia solar
US9273865B2 (en) * 2010-03-31 2016-03-01 Alstom Technology Ltd Once-through vertical evaporators for wide range of operating temperatures
CN103946659A (zh) 2011-11-08 2014-07-23 开利公司 热交换器及其制造方法
EP2818821B1 (de) * 2013-06-27 2016-02-03 Linde Aktiengesellschaft Gewickelter Wärmeübertrager mit Kernrohrzuspeisung
EP2975353A1 (de) * 2014-07-16 2016-01-20 Casale SA Rohrbündelwärmetauscher
CN107606641A (zh) * 2017-10-27 2018-01-19 四川省洪雅青衣江元明粉有限公司 一种基于mvr技术中的预热器
JP7342019B2 (ja) 2018-03-20 2023-09-11 ルマス テクノロジー エルエルシー 熱交換器クロージャ組立体、並びに同熱交換器クロージャ組立体を使用及び設置する方法
US12098233B2 (en) * 2018-05-31 2024-09-24 Dow Global Technologies Llc Devolatilizer design
CN108744194A (zh) * 2018-06-12 2018-11-06 佛山科学技术学院 一种医用呼吸机系统
EP3640575B1 (de) 2018-10-15 2022-12-07 Wieland Provides S.r.l. Vertikaler wärmetauscher
US11754349B2 (en) * 2019-03-08 2023-09-12 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203445A1 (de) 1985-05-24 1986-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Rohgas-Reingas-Wärmetauscher
DE4142375A1 (de) 1991-12-20 1993-07-08 Siemens Ag Kuehlluftkuehler fuer gasturbinen

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1926494A (en) * 1933-05-11 1933-09-12 Morterud Knut Kristoffer Heating device
US2199216A (en) * 1937-12-22 1940-04-30 Conti Piero Ginori Vaporizer
US2566976A (en) * 1949-11-09 1951-09-04 Clarence R Bernstrom Water heater
US2967515A (en) * 1956-12-21 1961-01-10 Shell Oil Co Waste-heat boiler
US2988335A (en) * 1958-03-06 1961-06-13 Gen Motors Corp Heat exchangers
US3101930A (en) * 1958-09-10 1963-08-27 Huet Andre Tubular heat exchanger
NL284041A (de) * 1962-09-12
FR1351602A (fr) * 1962-12-29 1964-02-07 Babcock & Wilcox France Perfectionnements aux échangeurs de chaleur de récupération
AT251716B (de) * 1964-03-25 1967-01-25 Waagner Biro Ag Wärmetauscher mit mehr als zwei Sammelkammern
AT266887B (de) * 1964-04-06 1968-12-10 Waagner Biro Ag Wärmetauscher
GB1109395A (en) * 1965-08-25 1968-04-10 Babcock & Wilcox Ltd Improvements in or relating to heat exchangers
US3404731A (en) * 1966-07-12 1968-10-08 Paul A. Cushman Combined exhaust silencer and heat exchanger
NO125206B (de) * 1969-07-04 1972-07-31 Norsk Hydro Elektrisk
US3749166A (en) * 1972-05-26 1973-07-31 Schlumberger Technology Corp Well packer apparatus
US3991823A (en) * 1975-05-29 1976-11-16 Curtiss-Wright Corporation Multi-pass heat exchanger having finned conduits of polygonal configuration in cross-section
CH594809A5 (de) * 1975-10-10 1978-01-31 Bbc Brown Boveri & Cie
DE2839564C2 (de) * 1978-09-12 1982-10-21 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Vorrichtung mit Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien
DE3012961A1 (de) * 1980-04-02 1981-10-08 Friedrich 7900 Ulm Bilger Indirekter waermetauscher
US4528733A (en) * 1983-07-25 1985-07-16 United Aircraft Products, Inc. Method of making tubular heat exchangers
DE3508382A1 (de) * 1985-03-08 1986-09-11 Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal Vorrichtung zur waerme- und/oder stoffuebertragung mit hilfe von hohlfaeden
DE3832001C1 (de) * 1988-09-21 1990-04-12 Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen, De
DE3921485A1 (de) * 1989-06-30 1991-01-10 Erno Raumfahrttechnik Gmbh Verdampfungswaermetauscher
DE58909259D1 (de) * 1989-10-30 1995-06-29 Siemens Ag Durchlaufdampferzeuger.
US5067330A (en) * 1990-02-09 1991-11-26 Columbia Gas System Service Corporation Heat transfer apparatus for heat pumps
FR2658278A1 (fr) * 1990-02-14 1991-08-16 Stein Industrie Echangeur de chaleur demontable a tubes en epingles a cheveux disposes dans des plans paralleles.
CH683019A5 (de) * 1990-06-12 1993-12-31 Asea Brown Boveri Gasturbinenanordnung.
US5379832A (en) * 1992-02-18 1995-01-10 Aqua Systems, Inc. Shell and coil heat exchanger
DE4213023A1 (de) * 1992-04-21 1993-10-28 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb eines Gasturbogruppe
JP2679930B2 (ja) * 1993-02-10 1997-11-19 昇 丸山 温水供給装置
DE4304989A1 (de) * 1993-02-18 1994-08-25 Abb Management Ag Verfahren zur Kühlung einer Gasturbinenanlage

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203445A1 (de) 1985-05-24 1986-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Rohgas-Reingas-Wärmetauscher
DE4142375A1 (de) 1991-12-20 1993-07-08 Siemens Ag Kuehlluftkuehler fuer gasturbinen

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DE29510720U1 (de) 1995-09-07
KR970007275A (ko) 1997-02-21
RU2117892C1 (ru) 1998-08-20
CN1149124A (zh) 1997-05-07
US5871045A (en) 1999-02-16

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