EP0994322A2 - Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück - Google Patents

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EP0994322A2
EP0994322A2 EP99119580A EP99119580A EP0994322A2 EP 0994322 A2 EP0994322 A2 EP 0994322A2 EP 99119580 A EP99119580 A EP 99119580A EP 99119580 A EP99119580 A EP 99119580A EP 0994322 A2 EP0994322 A2 EP 0994322A2
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heat exchanger
guide channels
cooled
exchanger according
pipes
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Peter Brücher
David J. Brown
John R. Brewer
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a Connector between an uncooled pipe and several cooled pipes according to the preamble of claim 1.
  • Connectors for heat exchangers are known (DE-PS 39 10 630) where the end of a hot, uncooled pipe is forked outward and thermally insulated. This Connector directs the hot gas into a single one outside z. B. tube cooled by boiling water. This Principle has proven itself. However, in some ways it is considered disadvantageous to consider that the cooled pipe, which in the Diameter corresponds approximately to the uncooled pipe, due to its large diameter must be made relatively long. This is due to thermodynamic reasons Desired cooling of the hot gas to a certain one To reach temperature.
  • the length of the cooled pipe can be considerably shorter and therefore the heat exchanger can be run more cost-effectively if that hot medium from an uncooled pipe to a plurality of cooled pipes of smaller diameter is distributed.
  • Constructions are known in which a hot medium from an entry to a plurality by means of an entry chamber of chilled pipes that are distributed in a common Tube sheet are held.
  • this is disadvantageous Turbulence of the flowing medium when it hits the Tube sheet and possible tube sheet erosion.
  • Double-tube heat exchanger In another known double tube heat exchanger, a Connection piece used, the manner of a downpipe is formed and while maintaining the cross section branched into two or three branch pipes. Any of these Branch pipes are assigned to one of the double pipes.
  • This Double-tube heat exchangers have basically the same Disadvantages such as the double tube heat exchanger according to US-PS 54 64 057.
  • the invention has for its object the generic To design heat exchangers so that a hot medium of an uncooled pipe using a connector relatively simple and inexpensive design with low turbulence a plurality of cooled pipes can be distributed at at the same time compact, space-saving design under Avoiding a tube sheet with direct flow.
  • the guide channels Due to the arrangement of the guide channels and of the corresponding cooled pipes on the smallest possible enclosable area, it is possible for the guide channels a common preferably cylindrical shell to provide. The same applies to the cooled pipes, which thereby also performed in a common outer jacket can be. This enables an inexpensive and space-saving cylindrical design of the heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 shown only partially serves for Cooling a hot gas with the help of a cooling medium preferably boiling water.
  • the hot gas is preferably cracked gas produced in a cracking furnace was and in a short time to a lower temperature must be cooled. This hot gas emerges from the cracking furnace through one or more uncooled pipes 2.
  • Each uncooled pipe 2 is via a connector 3 with the Heat exchanger 1 connected.
  • the heat exchanger 1 consists of several z. B. four chilled Pipes 4, whose inner diameter is less than that Inside diameter of the uncooled pipe.
  • the cooled pipes 4 are arranged on a pitch circle and from one cylindrical outer shell 5 surrounded.
  • the cooled pipes 4 are welded into a tube sheet 6.
  • To the tube sheet 6 closes in the longitudinal direction of the tubes 4 Entry chamber 7 for the supply of a coolant.
  • the outer wall of the inlet chamber 7 is open in the axial direction on one side with the tube sheet 6 and on the other side welded to the outer jacket 5.
  • the end of the heat exchanger 1 shown are the cooled tubes 4 held in a second tube sheet and by one Outlet chamber for the cooling medium surrounded.
  • the connector 3 consists of a cylindrical Input section 8, the inside diameter of which the uncooled pipe corresponds. This input section 8 is e.g. B. by welding to the uncooled pipe 2 connected. The input section 8 of the connector 3 extends to a cylindrical end section 9.
  • the input section 8 of the connector 3 is Star-shaped branches into several guide channels 10, of which each is assigned to one of the cooled tubes 4.
  • the End section 9 of the connecting piece 3 encloses this Guide channels 10.
  • the guide channels 10 are coaxial to the cooled tubes 4 arranged and on the same pitch circle aligned like this.
  • the inside diameter of the chilled Pipes 4 is equal to or larger than the inside diameter of the guide channels 10.
  • This end section 9 is on the cooled pipes 4th load-bearing tube sheet 6 welded. Between each other facing end faces of the guide channels 10 and cooled tubes 4, a gap remains, the one Allows thermal expansion.
  • the space between the guide channels and the end section 9 of the connector 3 is with a heat insulating Material filled out.
  • the connector 3 can consist of one metallic, heat-resistant material inexpensive and cast in one piece or manufactured as a welded construction his.
  • the connector 3 described conducts the hot gas the cooled tubes 4 with little turbulence. By voting the inner diameter and the contour of the guide channels 10 and the cooled tubes 4 on top of each other is a swirling of the Gas excluded, and erosion of the tube sheet 6 can do not occur.

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Abstract

Ein Wärmetauscher enthält zwischen einem ungekühlten Rohr (2) und mehreren gekühlten Rohren (4) ein Verbindungsstück (3), das einen zylindrischen, mit dem ungekühlten Rohr (2) verbundenen Eingangsabschnitt (8) aufweist, der in einen sich erweiternden Endabschnitt (9) übergeht. Der Endabschnitt (9) umschließt mehrere von dem Eingangsabschnitt (8) ausgehende Führungskanäle (10), die jeweils koaxial zu einem der gekühlten Rohre (4) angeordnet sind. Die Führungskanäle (10) sind sternförmig von dem Eingangsabschnitt (8) des Verbindungsstückes (3) abgezweigt. Die gekühlten Rohre (4) sind in einen Rohrboden (6) eingesetzt und auf einem Teilkreis angeordnet, auf den auch die Führungskanäle (10) ausgerichtet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück zwischen einem ungekühlten Rohr und mehreren gekühlten Rohren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind Verbindungsstücke für Wärmetauscher bekannt (DE-PS 39 10 630), bei denen das Ende eines heißen, ungekühlten Rohres gabelförmig nach außen erweitert und wärmeisoliert ist. Dieses Verbindungsstück leitet das heiße Gas in ein einziges von außen z. B. durch siedendes Wasser gekühltes Rohr. Dieses Prinzip hat sich bewährt. Jedoch ist in gewisser Weise als nachteilig anzusehen, daß das gekühlte Rohr, welches im Durchmesser etwa dem ungekühlten Rohr entspricht, aufgrund seines großen Durchmessers relativ lang ausgeführt werden muß. Das ergibt sich aus thermodynamischen Gründen, um die gewünschte Abkühlung des heißen Gases auf eine bestimmte Temperatur zu erreichen.
Die Länge des gekühlten Rohres kann erheblich kürzer und damit der Wärmetauscher kostengünstiger ausgeführt werden, wenn das heiße Medium von einem ungekühlten Rohr auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren kleineren Durchmessers verteilt wird. Hierfür sind Konstruktionen bekannt, bei denen ein heißes Medium von einem Eintritt mittels einer Eintrittskammer auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren verteilt wird, die in einem gemeinsamen Rohrboden gehalten sind. Nachteilig hierbei sind jedoch Verwirbelungen des strömenden Mediums beim Auftreffen auf den Rohrboden und mögliche Rohrbodenerosionen.
Aus der US-PS 54 64 057 ist ein Doppelrohr-Wärmetauscher bekannt, dessen Doppelrohre mit einem als Sammler dienenden Ovalrohr verbunden sind. Auf der Gaseintrittsseite des Wärmetauschers ist ein Eintrittsstück vorgesehen, in dem mehrere jeweils mit einem Gaszuführungsrohr verbundene Gasdurchgänge gebildet sind. Jeder Gasdurchgang erweitert sich in Strömungsrichtung und verteilt das zugeführte heiße Gas auf mehrere gekühlte Rohre. Die Nachteile dieses Wärmetauschers sind die große Baulänge in Längsrichtung und der Umstand, daß jedes gekühlte Rohr ein eigenes Mantelrohr zur Aufnahme des Kühlmediums erfordert. Außerdem ist das Eintrittsstück von aufwendiger und dementsprechend teurer Bauart.
Bei einem anderen bekannten Doppelrohr-Wärmetauscher wird ein Verbindungsstück eingesetzt, das nach Art eines Hosenrohres ausgebildet ist und sich unter Beibehaltung des Querschnittes in zwei oder drei Zweigrohre verzweigt. Jedes dieser Zweigrohre ist einem der Doppelrohre zugeordnet. Dieser Doppelrohr-Wärmetauscher weist die grundsätzlich gleichen Nachteile auf wie der Doppelrohr-Wärmetauscher gemäß US-PS 54 64 057.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmetauscher derart zu gestalten, daß ein heißes Medium von einem ungekühlten Rohr mittels eines Verbindungsstückes relativ einfacher und kostengünstiger Bauart turbulenzarm auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren verteilt werden kann bei gleichzeitiger kompakter platzsparender Bauart unter Vermeidung eines direkt angeströmten Rohrbodens.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Führungskanäle und der korrespondierenden gekühlten Rohre auf kleinstmöglicher umhüllbarer Fläche ist es möglich, für die Führungskanäle einen gemeinsamen vorzugsweise zylindrischen Mantel vorzusehen. Das gleiche gilt für die gekühlten Rohre, welche dadurch ebenfalls in einem gemeinsamen Außenmantel geführt werden können. Dies ermöglicht eine kostengünstige und platzsparende zylindrische Bauart des Wärmetauschers.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig . 1
den Längsschnitt durch den unteren Teil eines Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück und
Fig. 2
die Draufsicht auf das Verbindungsstück.
Der nur teilweise dargestellte Wärmetauscher 1 dient zum Kühlen eines heißen Gases mit Hilfe eines Kühlmediums, das vorzugsweise siedendes Wasser ist. Das heiße Gas ist vorzugsweise Spaltgas, das in einem Spaltofen hergestellt wurde und in kurzer Zeit auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden muß. Dieses heiße Gas tritt aus dem Spaltofen durch ein oder mehrere ungekühlte Rohre 2 aus. Jedes ungekühlte Rohr 2 ist über ein Verbindungsstück 3 mit dem Wärmetauscher 1 verbunden.
Der Wärmetauscher 1 besteht aus mehreren z. B. vier gekühlten Rohren 4, deren Innendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des ungekühlten Rohres. Die gekühlten Rohre 4 sind auf einem Teilkreis angeordnet und von einem zylindrischen Außenmantel 5 umgeben. Die gekühlten Rohre 4 sind in einen Rohrboden 6 eingeschweißt. An den Rohrboden 6 schließt sich in Längsrichtung der Rohre 4 eine Eintrittskammer 7 für die Zuführung eines Kühlmittels an. Die Außenwand der Eintrittskammer 7 ist in axialer Richtung auf der einen Seite mit dem Rohrboden 6 und auf der anderen Seite mit dem Außenmantel 5 verschweißt. An dem anderen, nicht gezeigten Ende des Wärmetauschers 1 sind die gekühlten Rohre 4 in einem zweiten Rohrboden gehalten und von einer Austrittskammer für das Kühlmedium umgeben.
Das Verbindungsstück 3 besteht aus einem zylindrischen Eingangsabschnitt 8, dessen Innendurchmesser dem des ungekühlten Rohres entspricht. Dieser Eingangsabschnitt 8 ist z. B. durch Verschweißen an das ungekühlte Rohr 2 angeschlossen. Der Eingangsabschnitt 8 des Verbindungsstückes 3 erweitert sich auf einen zylindrischen Endabschnitt 9.
Der Eingangsabschnitt 8 des Verbindungsstückes 3 ist sternförmig in mehrere Führungskanäle 10 verzweigt, von denen jeder einem der gekühlten Rohre 4 zugeordnet ist. Der Endabschnitt 9 des Verbindungsstückes 3 umschließt diese Führungskanäle 10. Die Führungskanäle 10 sind koaxial zu den gekühlten Rohren 4 angeordnet und auf dem gleichen Teilkreis wie diese ausgerichtet. Der Innendurchmesser der gekühlten Rohre 4 ist gleich dem oder größer als der Innendurchmesser der Führungskanäle 10.
Dieser Endabschnitt 9 ist an den die gekühlten Rohre 4 tragenden Rohrboden 6 geschweißt. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Führungskanäle 10 und der gekühlten Rohre 4 bleibt ein Spalt bestehen, der eine Wärmedehnung zuläßt.
Der Raum zwischen den Führungskanälen und dem Endabschnitt 9 des Verbindungsstückes 3 ist mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt. Das Verbindungsstück 3 kann aus einem metallischen, hitzebeständigen Werkstoff kostengünstig und einstückig gegossen oder als Schweißkonstruktion hergestellt sein.
Das beschriebene Verbindungsstück 3 leitet das heiße Gas turbulenzarm den gekühlten Rohren 4 zu. Durch die Abstimmung der Innendurchmesser und der Kontur der Führungskanäle 10 und der gekühlten Rohre 4 aufeinander wird eine Verwirbelung des Gases ausgeschlossen, und eine Erosion des Rohrbodens 6 kann nicht auftreten.

Claims (7)

  1. Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück (3) zwischen einem ungekühlten Rohr (2) und mehreren gekühlten Rohren (4), wobei das Verbindungsstück (3) einen zylindrischen, mit dem ungekühlten Rohr (2) verbundenen Eingangsabschnitt (8) aufweist, der in einen sich erweiternden Endabschnitt (9) übergeht, wobei der Endabschnitt (9) mehrere von dem Eingangsabschnitt (8) ausgehende Führungskanäle (10) umschließt, die jeweils koaxial zu einem der gekühlten Rohre (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) sternförmig von dem Eingangsabschnitt (8) des Verbindungsstückes (3) abgezweigt sind, daß die gekühlten Rohre (4) in einen Rohrboden (6) eingesetzt und auf einem Teilkreis angeordnet sind und daß die Führungskanäle (10) auf den gleichen Teilkreis ausgerichtet sind.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Rohre (4) von einem gemeinsamen, zylindrisch ausgebildeten Außenmantel (5) umgeben sind, der mit dem Rohrboden (6) verbunden ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) zylindrisch ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) mit dem die gekühlten Rohre (4) tragenden Rohrboden (6) verbunden ist.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) und den Führungskanälen mit einer wärmeisolierenden Masse ausgefüllt ist.
  6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) einen kleineren Innendurchmesser als das ungekühlten Rohr (2) aufweisen.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der gekühlten Rohre (4) gleich oder größer ist als der Innendurchmesser der Führungskanäle (10).
EP99119580A 1998-10-16 1999-10-02 Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück Expired - Lifetime EP0994322B1 (de)

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