EP0994322B1 - Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück - Google Patents

Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück Download PDF

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EP0994322B1
EP0994322B1 EP99119580A EP99119580A EP0994322B1 EP 0994322 B1 EP0994322 B1 EP 0994322B1 EP 99119580 A EP99119580 A EP 99119580A EP 99119580 A EP99119580 A EP 99119580A EP 0994322 B1 EP0994322 B1 EP 0994322B1
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EP
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heat exchanger
tube
guide channels
cooled
connecting member
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Peter Brücher
David J. Brown
John R. Brewer
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Borsig GmbH
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Borsig GmbH
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    • 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
    • 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
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0275—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple branch pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a connecting piece between an uncooled tube and several cooled pipes according to the preamble of claim 1.
  • the length of the cooled tube can be considerably shorter and thus the heat exchanger are made cheaper, if the hot medium from an uncooled tube to a plurality of cooled pipes of smaller diameter is distributed.
  • Constructions are known in which a hot medium of an inlet by means of an inlet chamber to a plurality is distributed by cooled pipes, in a common Tube bottom are held. The disadvantage here, however Turbulence of the flowing medium when hitting the Tube bottom and possible tube soil erosion.
  • US-A-5 816 322 is a double-tube heat exchanger described in which the double tubes on a pitch circle arranged and connected to an annular oval tube collector are.
  • the double tubes are connected via a connector with a Gas supply pipe in connection.
  • the connecting piece has a widening section in which guide channels are provided, which are coaxial with each one of the double tubes are arranged.
  • an air-to-air heat exchanger in which a plurality of heat exchanger tubes from a common Outer jacket are surrounded.
  • the heat exchangers open into one conically narrowing connecting piece.
  • the invention is based on the object, the generic Heat exchanger to make such that a hot medium of an uncooled tube by means of a connector relative simple and inexpensive design low-turbulence on a Majority of cooled pipes can be distributed Simultaneous compact space-saving design while avoiding a directly flowed tube bottom.
  • the heat exchanger 1 consists of several z. B. four cooled Tubes 4, whose inner diameter is less than that Inner diameter of the uncooled tube.
  • the cooled pipes 4 are arranged on a pitch circle and by one surrounded cylindrical outer jacket 5.
  • the cooled pipes 4 are welded into a tube sheet 6.
  • At the tube bottom 6th closes in the longitudinal direction of the tubes 4 a Inlet chamber 7 for the supply of a coolant.
  • the Outer wall of the inlet chamber 7 is in the axial direction one side with the tubesheet 6 and on the other side welded to the outer jacket 5.
  • the cooled tubes. 4 held in a second tube sheet and by a Surrounding the outlet chamber for the cooling medium.
  • the connecting piece 3 consists of a cylindrical Input section 8, whose inner diameter of the uncooled tube corresponds. This input section 8 is z. B. by welding to the uncooled tube. 2 connected. The input section 8 of the connector 3 expands on a cylindrical end portion. 9
  • the space between the guide channels and the end portion 9 of the connecting piece 3 is provided with a heat-insulating Material filled out.
  • the connector 3 may consist of a metallic, heat-resistant material cost-effective and cast in one piece or made as a welded construction his.
  • the connector 3 described passes the hot gas low turbulence to the cooled tubes 4 too.
  • the inner diameter and the contour of the guide channels 10 and the cooled tubes 4 on each other is a turbulence of the Gas excluded, and erosion of the tube sheet 6 can do not occur.

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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-A-5 464 057.
In der US-A-5 816 322 ist ein Doppelrohr-Wärmetauscher beschrieben, bei dem die Doppelrohre auf einen Teilkreis angeordnet und mit einem ringförmigen Ovalrohrsammler verbunden sind. Die Doppelrohre stehen über ein Verbindungsstück mit einem Gaszuführungsrohr in Verbindung. Das verbindungsstück weist einen sich erweiternden Abschnitt auf, in dem Führungskanäle vorgesehen sind, die koaxial zu jeweils einem der Doppelrohre angeordnet sind.
Aus der AT-B-373 385 ist ein Luft-Luft-Wärmetauscher bekannt, bei dem mehrere Wärmetauscherrohre von einem gemeinsamen Außenmantel umgeben sind. Die Wärmetauscher münden in einen sich konisch verengenden Verbindungsstutzen ein.
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.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. 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 (6)

    1. Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück (3) zwischen einem ungekühlten Rohr (2) und mehreren gekühlten Rohren (4), wobei die gekühlten Rohre (4) in einen Rohrboden (6) eingesetzt und auf einem Teilkreis angeordnet sind und 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 und auf den gleichen Teilkreis wie die gekühlten Rohre (4) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) sternförmig von dem Eingangsabschnitt (8) des Verbindungsstückes (3) abgezweigt sind, und daß die gekühlten Rohre (4) von einem gemeinsamen, zylindrisch ausgebildeten Außenmantel (5) umgeben sind, der mit dem Rohrboden (6) verbunden ist.
    2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) zylindrisch ist.
    3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) mit dem die gekühlten Rohre (4) tragenden Rohrboden (6) verbunden ist.
    4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) und den Führungskanälen mit einer wärmeisolierenden Masse ausgefüllt ist.
    5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) einen kleineren Innendurchmesser als das ungekühlten Rohr (2) aufweisen.
    6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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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    DE19847770 1998-10-16
    DE19847770A DE19847770A1 (de) 1998-10-16 1998-10-16 Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück

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    EP0994322A3 EP0994322A3 (de) 2000-12-20
    EP0994322B1 true EP0994322B1 (de) 2003-08-20

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    ID=7884702

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    US (1) US6202740B1 (de)
    EP (1) EP0994322B1 (de)
    JP (1) JP4289740B2 (de)
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    AT (1) ATE247815T1 (de)
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