EP2381202A2 - Verbindungselement für Röhrenwärmetauscher - Google Patents

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Publication number
EP2381202A2
EP2381202A2 EP11162949A EP11162949A EP2381202A2 EP 2381202 A2 EP2381202 A2 EP 2381202A2 EP 11162949 A EP11162949 A EP 11162949A EP 11162949 A EP11162949 A EP 11162949A EP 2381202 A2 EP2381202 A2 EP 2381202A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
connecting element
inner diameter
opening
flow
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Withdrawn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
EP11162949A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2381202A3 (de
Inventor
Johann Justl
Michael Pörringer
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.)
Krones AG
Original Assignee
Krones 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 Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP2381202A2 publication Critical patent/EP2381202A2/de
Publication of EP2381202A3 publication Critical patent/EP2381202A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • 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
    • F28D7/16—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 arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49391—Tube making or reforming

Definitions

  • the invention relates to a connecting element for connecting a heat exchanger element of a tubular heat exchanger with at least one product-carrying pipe to a flow system according to the preamble of claim 1.
  • EP 1 604 162 B1 such as DE 10 2005059 463 B4 Tubular heat exchanger known in which a flow in the inlet region of a pipe support plate is influenced by means of a product to be flowed around the displacement body.
  • the invention has for its object to design a connecting element for a tubular heat exchanger with at least one heat exchanger element and at least one product-carrying tube can be reduced or avoided in the fiber deposits in the inlet region of the heat exchanger element of the tubular heat exchanger.
  • a modular component is arranged upstream as a connecting element in the inlet region of the heat exchanger element, which forms an outer peripheral, preferably, but not necessarily circular flow separation edge for swirling.
  • the stall edge also provides adequate flow velocity control and vortex formation, which in turn reduces fiber deposits in the inlet region of the tube heat exchanger.
  • the product stream typically flows from the product-carrying tube into the heat exchanger element. That is, the product stream flows into the connecting member from upstream with respect to the connecting member, and flows out of the connecting member into the heat exchanging member of the tubular heat exchanger, for example, immediately downstream of the connecting member.
  • the product-carrying tube, from which the product flows through the connecting element into the heat exchanger element may be curved, as in the case of a connecting bend, or may be a straight tube.
  • the connecting element has an axisymmetric cross-section.
  • the longitudinal axis of the connecting element preferably coincides with the longitudinal axis of the heat exchanger element of the tubular heat exchanger.
  • the heat exchanger element of the tubular heat exchanger comprises an example of a plurality of inner tubes for guiding the product, wherein the inner tubes are held by a pipe support plate.
  • the connecting element can be mounted modularly between the heat exchanger element of the tubular heat exchanger and the at least one product-carrying pipe.
  • a modular attachable connection element is easy to install, easy to retrofit to existing systems, easy to maintain when needed. Its production is decoupled from the production of a tube heat exchanger and other related filling system, which makes it easy to manufacture.
  • the flow-breaking edge on the circumference of the through-opening of the connecting element can advantageously be bevelled or rounded. It is favored by these forms of stall at the stall edge.
  • the stall edge can be formed at an angle ⁇ measured to the longitudinal axis of the connecting element, wherein ⁇ measures a maximum of 90 °.
  • the passage opening of the connecting element may be formed, for example symmetrical to the longitudinal axis of the connecting element.
  • the passage opening can be circular in shape, resulting in addition to the fluidic advantages and manufacturing advantages.
  • the through-opening may have an inner diameter, d i , in the region of the flow-breaking edge, with the inner diameter of the through-opening typically decreasing from an inlet opening facing away from the heat exchanger element with a first inner diameter, d 1 , to the inner diameter d i in the area of the flow-breaking edge, and then typically from the inner diameter d i to an output opening facing the heat exchanger element having a second inner diameter, d 2 , increases.
  • the region of the stall edge between the inlet opening and the outlet opening wherein typically d i is less than d 1 and less than d 2 .
  • the area of the entrance opening as a first area having a first inner diameter, d 1
  • the area of the exit opening as a second area having a second inner diameter, d 2
  • the area of the through hole located between the first and second faces may have an inside diameter, d i , where d i is smaller than d 1 and smaller than d 2 . Due to the different inner diameters, a corresponding control of the flow velocity is achieved and the vortex formation, in particular in the region of the flow separation edge, that is the surface with the inner diameter d i favors, which in turn fiber deposits are reduced in the inlet region of the tubular heat exchanger.
  • the connecting element may be formed symmetrically to the passage opening, resulting in addition to the fluidic advantages and manufacturing advantages.
  • the connecting element may be clear to regard the connecting element as symmetrical to the surface formed between the first surface with the first inner diameter, d 1 , and the surface with the second inner diameter, d 2 . With such a choice of shape, the connecting element is particularly easy to manufacture and still achieves the already mentioned above flow advantages.
  • the second inner diameter, d 2 may be greater than the first inner diameter, d 1 .
  • the inner diameter of the passage opening can, for example, change continuously from the inlet opening with the first inner diameter, d 1 , to the inner diameter, d i , and then change continuously from the inner diameter, d i , to the outlet opening with the second inner diameter, d 2 .
  • the first surface and the second surface have the same orientation.
  • the continuous, gentle change of the inner diameter of the connecting element further promotes the flow guidance, in particular in the region in front of the flow separation edge and in the region behind the flow separation edge.
  • an inventive connecting element in a region which is located between the inlet opening and the flow separation edge indentations (recesses), in particular part-circular indentations (recesses) include.
  • indentations (recesses) effectively extend the stall margin in said region so that vortex formation can be correspondingly enhanced, which has a positive effect on the reduction of fiber deposits downstream in the inlet area of the tube heat exchanger.
  • the part-circular indentations can be arranged axially symmetrical to the longitudinal axis of the connecting element.
  • the inner diameter of the passage opening between the inlet opening with the inner diameter d 1 and the region of the flow separation edge with the inner diameter d i outside, in particular between the respective part-circular indentations from the first inner diameter d 1 to the inner diameter d i steadily decrease.
  • the inner diameter behave similarly, as in the previously described embodiment. Due to the constant change from the inner diameter d 1 to the inner diameter d i , in particular the vortex formation can be concentrated on the region of the flow separation edge. The steady, gentle change of the inner diameter of the connecting element can favor the flow guidance.
  • the invention also provides a tubular heat exchanger having at least one heat exchanger element with a jacket tube and at least one inner tube and with a connecting element according to the invention, as described above.
  • the advantage of such Tubular heat exchanger is the appropriate control and reduction of fiber deposits in the inflow region of a heat exchanger element, which is preceded by a connecting element according to the invention.
  • the invention provides a method for retrofitting a flow system with a tubular heat exchanger having at least one heat exchanger element and at least one product-carrying tube, comprising connecting one end of the heat exchanger element with a connecting element on a heat exchanger element side of the connecting element, and connecting the connecting element on the heat exchanger element opposite side with the product-carrying pipe.
  • FIG. 1 illustrates a tubular heat exchanger with at least one heat exchanger element 1 and another, product-carrying tube 13, which are connected to a further, product-carrying tube which is curved, a connecting sheet 6.
  • the tubular heat exchanger with the at least one heat exchanger element 1, the product-carrying tube 13 and the connecting sheet 6 are of the type used in the filling industry for liquid food products (eg water, juices, milk) in the heat treatment (heating or cooling) of a food product become.
  • heat exchanger elements 1 be installed in order to achieve the longest possible flow paths for the product.
  • the connection of the further, product-carrying tube 13 with the connecting sheet 6 is in FIG. 1 executed by appropriate end-side mounting flanges 12.
  • connecting element 11 used for connection.
  • the connecting element 11 may, for example, be a further element according to the invention of the type like the connecting element 7 according to the invention, or it may be a simple adapter or spacer.
  • the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger in FIG. 1 has a jacket tube 2, advantageously made of stainless steel (but also of other alloys or, for example, titanium, zinc or special plastics), on, the respective end attachment flanges 8, shown here only on the left side, for mounting the heat exchanger element 1 in a system as in FIG. 1 shown possesses.
  • a jacket tube 1 advantageously made of stainless steel (but also of other alloys or, for example, titanium, zinc or special plastics), on, the respective end attachment flanges 8, shown here only on the left side, for mounting the heat exchanger element 1 in a system as in FIG. 1 shown possesses.
  • the jacket tube 1 one or more inner tubes 3 are provided which extends substantially parallel to the axis of the jacket tube 1 between mounting flanges 8.
  • a plurality of inner tubes 3 combined to form a tube bundle.
  • the inner tubes 3 circulates a primary stream, so a liquid food product that may contain additional fibers such as pulp or fibrous pieces.
  • FIG. 1A shows a schematic plan view of a tube support plate 5, which summarizes in this example seven inner tubes.
  • tube 13 may be another heat exchanger element of the type as the heat exchanger element 1.
  • the flow direction of the primary flow is, for example, from the tube 13 into the connecting bend 6 and from there into the heat exchanger element 1, which is connected to the connecting bend 6 with the aid of the connecting element 7 according to the invention.
  • the connecting element 11 at the upstream end of the tube 13 may be a further inventive connecting element of the type as the connecting element 7.
  • the connecting element 11 has only an adapter function and does not have a blind-like constriction, as described below.
  • FIGS. 1 and 1B shows an example of the connection of a plurality of heat exchanger elements in a tubular heat exchanger system, in this example, the connecting sheets 6 divert the primary currents in each case by 180 °.
  • the connecting elements 7 and 11, as in FIGS. 1 and 1B shown, in each case in the inflow and outflow of the tubes 1 and 13 are mounted, but it would also be possible (not shown) that inventive connecting elements 7 can be mounted both in the inlet and in the outflow of the element 1 and 13.
  • the secondary stream which consists of a suitable heat exchange medium, for example water
  • a connecting pipe 10 and a connecting piece with flanges 10a which may also include a valve, directly deflected to the next heat exchanger element.
  • the secondary medium is usually fed in countercurrent to the primary medium.
  • the connecting sheet 6 thus diverts in this case only the primary current.
  • FIG. 1 is shown as an example, as a connecting pipe 10 connects directly to the jacket tube 2. It is possible as well as in FIG. 1B have shown that the connecting tube is connected via lateral connection terminals 10b in order to be able to forward the secondary current. Further, it is possible (not shown) that a connecting arc also deflects the secondary flow, with connecting tubes 10 can be omitted, and the secondary current is passed to the connecting elements according to the invention suitably over.
  • FIGS. 1A and 1B show connecting elements 7 and 11 designed as separate, modular elements.
  • a connection element according to the invention of the type as element 7, 17 and 27, which in relation to Figures 2-4 be described, in the connecting sheet 6 or in the tube bundle in the inflow region, for example, in conjunction with the pipe support plate 5 to integrate.
  • Tubular heat exchanger as in FIGS. 1 and 1B shown may have a total length of about 3.0 m, 6.0 m or even longer
  • Figure 2 and Figure 2A show an exemplary embodiment of a connecting element 7 according to the invention for coupling the connecting sheet 6 with the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger.
  • FIG. 2 shows a section through the connecting element 7 transversely to its longitudinal axis, and thus typically transverse to the longitudinal axis of the heat exchanger element 1.
  • the product flows, for example through the connecting sheet 6 in the heat exchanger element 1 with its inner tubes 3, whereby the current direction is given.
  • the connecting element 7 In the coupling region is modularly inserted between the output flange 9 of the connecting bow 6 and the input flange 8 of the heat exchanger element 1, the connecting element 7 by being suitably fastened with the respective flanges 9 and 8.
  • the connecting element 7 may have a suitable mounting bracket 14 for attachment between the flanges 8 and 9, also a flow separation edge (constriction) 7 ', which may act like an aperture and which, for example, is axially symmetrical to the longitudinal axis of the flanges 8 and 9, and the heat exchanger element 1.
  • FIG. 2A shows a corresponding sectional view along the line IIA through the connecting element 7.
  • the stall edge 7 ' is formed on the circumference of the through hole of the connecting element 7.
  • the stall edge 7 ' runs around the passage opening.
  • the stall edge may be axially symmetrical and circular and, as in FIG FIG. 2 shown to have an inner diameter d i .
  • the connecting element has an inlet opening, which faces away from the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger, and an outlet opening, which faces the heat exchanger element 1.
  • an inlet opening which faces away from the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger
  • an outlet opening which faces the heat exchanger element 1.
  • a first, facing away from the tubular heat exchanger surface of the opening having a first inner diameter d 1 and on the side of the outlet opening, a second area of the opening with an internal diameter d. 2
  • the inner diameter d 1 on the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger far side corresponds approximately to the inner diameter of the connecting sheet 6.
  • the inner diameter d 2 corresponds approximately to the inner diameter of the jacket tube of the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger, wherein the inner diameter are respectively related to the longitudinal axes.
  • the inner diameter of the passage opening preferably decreases symmetrically and steadily (gently), until the inner diameter d i is reached in the region of the flow separation edge.
  • the resulting by the decrease shape is similar to about a spherical surface segment (spherical cap).
  • the stall edge 7 ' at which it is preferable to rupture the flow of liquid flowing through the element, is typically bevelled or rounded. In the case of a bevel this bevel is formed in the flow direction.
  • the preferably rounded flow-off edge 7 ' is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the connecting element.
  • O-ring grooves 18, which can receive a suitable O-ring are shown on the side facing the heat exchanger element. In FIG. 2A These grooves are drawn approximately circular, but there are also other suitable forms of grooves conceivable. Likewise, O-ring grooves may be present on the upstream side (not shown here).
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a connecting element 17, which has further fluidic advantages.
  • FIG. 3 shows a section transverse to the longitudinal axis through the connecting element 17.
  • the connecting element 17 is structurally the in FIG. 2 shown connecting element 7 similar.
  • Connecting member 17 may be similar to connecting member 7 for connecting connecting sheets and heat exchanger elements as in Figure 1, 1 A and 1 B shown to be used. It has a mounting bracket 16, an O-ring groove 15 and a stall edge 17 'which circumscribes an area (opening) having an inner diameter d i .
  • FIG. 3A shows a section through the element FIG. 3a along the marked section line IIIA. Similar to in FIG. 2A indicated, the passage opening from the inlet opening, with the inner diameter d 1 , forth, preferably symmetrically to the longitudinal axis, continuous, cup-shaped or similar to a spherical surface segment (spherical cap), from the up to the flow separation edge 17 'with the inner diameter d i .
  • the inside diameter of the passage opening increases again until the inside diameter d 2 is reached in the region of the outlet opening.
  • the inner diameter d 2 is tuned according to the size of the jacket tube of the tube bundle and thus larger than the inner diameter d 1 .
  • FIG. 3A O-ring grooves 18 located on the downstream side of the connecting element.
  • the circumferential flow separation edge 17 ' which in turn may be bevelled or rounded, at an angle ⁇ , measured to the longitudinal axis as drawn, in the flow direction.
  • the angle ⁇ can assume values corresponding to the circumstances, for example approximately 45-60 ° in the case shown by way of example, whereby other values for this angle up to a maximum of 90 ° are also possible.
  • the inner diameter of the heat exchanger element 1 of the tubular heat exchanger to be connected by the connecting element 17 to the connecting bend is greater than the inner diameter of the connecting bend. Accordingly, the shape and orientation of the stall edge (constriction) 17 'favor the Stall and thus the control and reduction of fiber deposits in the inlet region of the heat exchanger element of the tubular heat exchanger. 1
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a connecting element 27, which has additional fluidic advantages.
  • Connecting member 27 may be similar to connecting member 7 for connecting connecting sheets and heat exchanger elements as in Figure 1, 1A and 1B shown to be used.
  • FIG. 4 shows a section transverse to the longitudinal axis through the connecting element 27th
  • FIG. 4A shows a section through the element FIG. 3a along the marked section line IVA.
  • the connecting element 27 in turn has a suitable mounting bracket 26.
  • An O-ring groove 25 is similar to in FIG FIG. 3 shown.
  • Based on the connecting element Figure 3 and Figure 3A is how in FIG. 4 schematically indicated, the area between an inlet opening with an inner diameter d 1 and the area of the flow separation edge 27 'initially similar to in Figure 3 and Figure 3A shaped.
  • FIG. 4 shows, for example, 6 part-circular indentations (recesses). It takes between the respective recesses (recesses), ie in the non-recessed area, the inner diameter of the passage opening, as in FIG. 4A indicated, along the longitudinal axis in the direction of flow from, to the flow separation edge with the diameter d i . This decrease in the inside diameter of the through hole is, as already described in relation to FIG FIGS. 3 and 3A described, cup-shaped or similar to a spherical surface segment.
  • the stall edge 27 ' shows, similar to FIG FIG.
  • FIG. 3A in the current direction and forms an angle ⁇ to the longitudinal axis of the connecting element, which can assume values corresponding to the circumstances, for example similar to the values as associated with FIGS. 3 and 3A called.
  • the stall edge 27 ' may be beveled or rounded, as already discussed in connection with FIG FIGS. 3 and 3A discussed.
  • FIG. 4A are like in FIGS. 2A and 3A O-ring grooves 18 located on the downstream side of the connecting element.
  • the width of the connecting elements is slightly less than 50 mm.
  • Preferred inner diameters of the heat exchanger elements of the tubular heat exchanger can be 140 mm, but it is also possible for molds with larger inner diameters to occur.
  • Inner diameters of the connecting elbows are for example 80 mm, but shapes with larger inner diameters are also possible.
  • the connecting elements according to the invention shown in the figures can be modularly retrofitted to existing tubular heat exchangers, wherein in the process of retrofitting the connecting elements between a product-carrying pipe and a End of a heat exchanger element of a tubular heat exchanger, are used and correspondingly on the side facing away from the heat exchanger element with the product-carrying pipe, respectively further heat exchanger elements are connected, while they are connected on the side facing the heat exchanger element with the heat exchanger element.
  • FIG. 1B There are also applications in systems with several heat exchanger elements as in FIG. 1B conceivable in which various of the connecting elements 7, 17 and 27 according to the invention are used, in addition to adapter elements of the type as element 11th

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Abstract

Verbindungselement (7,17,27) zur Verbindung eines Wärmetauscherelements (1) eines Röhrenwärmetauschers mit wenigstens einem produktführenden Rohr (13) zu einem Strömungssystem, wobei das Verbindungselement (7,17,27) eine Durchgangsöffnung aufweist, wobei am Umfang der Durchgangsöffnung eine Strömungsabrisskante (7',17',27') ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Verbindung eines Wärmetauscherelements eines Röhrenwärmetauschers mit wenigstens einem produktführenden Rohr zu einem Strömungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Wenn Röhrenwärmetauscher mit ein oder mehreren Wärmetauscherelementen für faserige Produkte verwendet werden, kommt es vor, dass die Fasern den Zulauf eines Wärmetauscherelements im Bereich der das Röhrenbündel bildenden Innenrohre, welche die Strömungskanäle für ein Produkt bilden, verstopfen. Um dies zu verhindern wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, im Zuströmkanal im Einlaufbereich in der Mitte Wirbelbildner anzuordnen, um mit Hilfe der dadurch erzeugten Wirbel Ablagerungen zu vermeiden.
  • So sind z.B. aus EP 1 604 162 B1 sowie DE 10 2005059 463 B4 Röhrenwärmetauscher bekannt, bei welchen eine Strömung im Einlaufbereich einer Rohrträgerplatte mittels eines vom Produkt zu umströmenden Verdrängungskörpers beeinflusst wird.
  • Aus DE 696 12 998 T2 sind Röhrenwärmetauscher bekannt, bei denen an den angeströmten Enden von Wärmeübertragungsrohren eine mit Flussverteilern ausgelegte Ablenkplatte angeordnet ist, wobei die dem Produktstrom zugewandte Fläche der Flussverteiler konvex ist.
  • Nachteilig an diesen bekannten Verdrängungskörpern ist jedoch, dass diese Körper kompliziert zu fertigen sind, häufig komplizierte, dem Produktstrom unterschiedliche zu- und abgewandte Formen aufweisen müssen und dass insbesondere auch unerwünschte und störende Abschattungseffekte auftreten können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement für einen Röhrenwärmetauscher mit wenigstens einem Wärmetauscherelement und wenigstens einem produktführenden Rohr zu gestalten, bei dem Faserablagerungen im Einlaufbereich des Wärmetauscherelements des Röhrenwärmetauschers reduziert oder vermieden werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verbindungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Nach der Erfindung wird im Einlaufbereich des Wärmetauscherelements ein modulares Bauteil als Verbindungselement vorgeordnet, das eine außen umlaufende, vorzugsweise, aber nicht unbedingt kreisförmige Strömungsabrisskante zur Verwirbelung bildet. Dadurch wird eine deutliche Verringerung oder Vermeidung von Faserablagerungen erzielt, so dass ein entsprechend ausgerüstetes oder nachgerüstetes System längere Laufzeiten erzielt, entsprechende Wartungsintervalle länger sein können und bei Wartung das System im Einlaufbereich des Wärmetauscherelements des Röhrenwärmetauschers einfacher zu reinigen ist. Das Verbindungselement ist zudem entsprechend einfach zu fertigen und sowohl bei neuen Röhrenwärmetauschern auszurüsten als auch bei bestehenden Röhrenwärmetauschern einfach nachzurüsten.
  • Durch die Strömungsabrisskante werden außerdem eine entsprechende Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit und eine Wirbelbildung erreicht, wodurch wiederum Faserablagerungen im Einlaufbereich des Röhrenwärmetauschers reduziert werden. Dabei strömt typischerweise der Produktstrom aus dem produktführenden Rohr in das Wärmetauscherelement hinein. Das heißt, der Produktstrom strömt, bezogen auf das Verbindungselement, von stromaufwärts in das Verbindungselement hinein und strömt aus dem Verbindungselement in das sich beispielsweise unmittelbar stromabwärts des Verbindungselementes befindlichen Wärmetauscherelement des Röhrenwärmetauscher hinein. Dabei kann das produktführende Rohr, aus dem das Produkt durch das Verbindungselement in das Wärmetauscherelement hinein strömt, gekrümmt sein, wie bei einem Verbindungsbogen, oder ein gerades Rohr sein. Typischerweise hat das Verbindungselement einen axialsymmetrischen Querschnitt. Außerdem stimmt bevorzugt die Längsachse des Verbindungselements mit der Längsachse des Wärmetauscherelements des Röhrenwärmetauschers überein. Das Wärmetauscherelement des Röhrenwärmetauschers umfasst dabei beispielhaft eine Mehrzahl von Innenrohren zur Führung des Produkts, wobei die Innenrohre von einer Rohrträgerplatte gehalten werden.
  • Dabei kann das Verbindungselement modular zwischen dem Wärmetauscherelement des Röhrenwärmetauschers und dem mindestens einen produktführenden Rohr anbringbar sein. Ein modular anbringbares Verbindungselement lässt sich einfach anbringen, bei bestehenden Anlagen einfach nachrüsten, bei Bedarf einfach warten. Seine Herstellung ist von der Herstellung eines Röhrenwärmetauschers und eines übrigen damit verbundenen Abfüllsystems entkoppelt, entsprechend einfach ist einfach zu fertigen.
  • Die Strömungsabrisskante am Umfang der Durchgangsöffnung des Verbindungselements kann zweckmäßigerweise abgeschrägt oder abgerundet sein. Dabei wird durch diese Formen der Strömungsabriss an der Strömungsabrisskante begünstigt.
  • Die Strömungsabrisskante kann unter einem Winkel α gemessen zur Längsachse des Verbindungselements ausgebildet sein, wobei α maximal 90° misst. Durch die entsprechende Formung der Strömungsabrisskante werden die Wirbelbildung und der Strömungsabriss weiter begünstigt, wobei die Strömungsabrisskante unter einem Winkel α in Stromrichtung zeigt.
  • Die Durchgangsöffnung des Verbindungselements kann beispielsweise symmetrisch zur Längsachse des Verbindungselements ausgebildet sein. Mit einer derartigen Wahl der Form ist das Verbindungselement besonders einfach herzustellen und erzielt dabei die bereits oben genannten strömungstechnischen Vorteile.
  • Die Durchgangsöffnung kann dabei kreisförmig ausgebildet sein, wodurch sich neben den strömungstechnischen Vorteilen auch fertigungstechnische Vorteile ergeben.
  • Die Durchgangsöffnung kann im Bereich der Strömungsabrisskante einen Innendurchmesser, di, aufweisen, wobei typischerweise der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung von einer dem Wärmetauscherelement abgewandte Eingangsöffnung mit einem ersten Innendurchmesser, d1, zum Innendurchmesser di im Bereich der Strömungsabrisskante abnimmt, und danach typischerweise vom Innendurchmesser di zu einer dem Wärmetauscherelement zugewandten Ausgangsöffnung mit einem zweiten Innendurchmesser, d2, zunimmt. Dabei befindet sich der Bereich der Strömungsabrisskante zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung, wobei typischerweise di kleiner als d1 und kleiner als d2 ist. Es kann dabei anschaulich sein, die Fläche der Eingangsöffnung als eine erste Fläche mit einem ersten Innendurchmesser, d1, und die Fläche der Ausgangsöffnung als eine zweite Fläche mit einem zweiten Innendurchmesser, d2, zu betrachten. Im Bereich der Strömungsabrisskante kann die Fläche der Durchgangsöffnung, welche sich zwischen der ersten und der zweiten Fläche befindet, einen Innendurchmesser, di, aufweisen, wobei di kleiner als d1 und kleiner als d2 ist. Durch die unterschiedlichen Innendurchmesser wird eine entsprechende Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit erreicht und die Wirbelbildung insbesondere im Bereich der Strömungsabrisskante, das heißt der Fläche mit dem Innendurchmesser di begünstigt, wodurch wiederum Faserablagerungen im Einlaufbereich des Röhrenwärmetauschers reduziert werden.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausbildung kann das Verbindungselement symmetrisch zu der Durchgangsöffnung ausgebildet sein, wodurch sich neben den strömungstechnischen Vorteilen auch fertigungstechnische Vorteile ergeben. Dabei kann es anschaulich sein, das Verbindungselement als symmetrisch zu der Fläche ausgebildet zu betrachten, die sich zwischen der ersten Fläche mit dem ersten Innendurchmesser, d1, und der Fläche mit dem zweiten Innendurchmesser, d2, befindet. Mit einer derartigen Wahl der Form ist das Verbindungselement besonders einfach herzustellen und erzielt trotzdem die bereits oben genannten strömungstechnischen Vorteile.
  • In einer weiteren Ausbildung kann der zweite Innendurchmesser, d2, größer ist als der erste Innendurchmesser, d1 sein. Dadurch kann insbesondere das Produkt auf der Seite des Wärmetauscherelements des Röhrenwärmetauschers auf einen größeren Querschnitt verteilt und der Produktstrom entsprechend besser kontrolliert werden.
  • Der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung kann sich beispielsweise stetig von der Eingangsöffnung mit dem ersten Innendurchmesser, d1, zum Innendurchmesser, di, ändern und sich dann stetig vom Innendurchmesser, di, zur Ausgangsöffnung mit dem zweiten Innendurchmesser, d2, ändern. Es kann dabei anschaulich sein, einen Querschnitt des erfindungsgemäßes Verbindungselement wie oben beschrieben, zu betrachten, welcher sich beispielsweise stetig vom ersten Innendurchmesser, d1, der ersten Fläche zum Innendurchmesser, di, verändert und sich ferner stetig vom Innendurchmesser, di, zum zweiten Innendurchmesser, d2, der zweiten Fläche verändert. Typischerweise haben die erste Fläche und die zweite Fläche dieselbe Orientierung. Dabei begünstigt die stetige, sanfte Veränderung des Innendurchmessers des Verbindungselements weiterhin die Strömungsführung, insbesondere im Bereich vor der Strömungsabrisskante und im Bereich hinter der Strömungsabrisskante.
  • In einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung kann ein erfindungsgemäßes Verbindungselement in einem Bereich, der sich zwischen der Eingangsöffnung und der Strömungsabrisskante befindet, Einbuchtungen (Aussparungen), insbesondere teilkreisförmige Einbuchtungen (Aussparungen), umfassen. Durch derartige Einbuchtungen (Aussparungen) kann die Strömungsabrisskante in dem genannten Bereich effektiv verlängert werden, so dass die Wirbelbildung entsprechend verstärkt werden kann, was sich positiv auf die Reduzierung von Faserablagerungen stromabwärts im Einlaufbereich des Röhrenwärmetauschers auswirkt.
  • Dabei können die teilkreisförmigen Einbuchtungen (Aussparungen) axialsymmetrisch zur Längsachse des Verbindungselements angeordnet sein.
  • Beispielhaft kann der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung zwischen der Eingangsöffnung mit dem Innendurchmesser d1 und dem Bereich der Strömungsabrisskante mit dem Innendurchmesser di außerhalb, insbesondere zwischen den jeweiligen teilkreisförmigen Einbuchtungen vom ersten Innendurchmesser d1 zum Innendurchmesser di stetig abnehmen. Damit kann zwischen den teilkreisförmigen Einbuchtungen (Aussparungen), also im nicht ausgesparten Bereich, sich der Innendurchmesser ähnlich verhalten, wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform. Durch die stetige Änderung vom Innendurchmesser d1 zum Innendurchmesser di kann insbesondere die Wirbelbildung auf den Bereich der Strömungsabrisskante konzentriert werden. Die stetige, sanfte Veränderung des Innendurchmessers des Verbindungselements kann dabei die Strömungsführung begünstigen.
  • Die Erfindung stellt außerdem einen Röhrenwärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherelement mit einem Mantelrohr und wenigstens einem Innenrohr und mit einem erfindungsgemäßen Verbindungselement, wie oben beschrieben, bereit. Der Vorteil eines derartigen Röhrenwärmetauschers ist die entsprechende Kontrolle und Verringerung von Faserablagerungen im Zuströmbereich eines Wärmetauscherelements, dem ein erfindungsgemäßes Verbindungselement vorgeordnet ist.
  • Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Nachrüsten eines Strömungssystems mit einem Röhrenwärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherelement und mindestens einem produktführenden Rohr bereit, umfassend Verbinden eines Endes des Wärmetauscherelements mit einem Verbindungselement an einer dem Wärmetauscherelement zugewandten Seite des Verbindungselements, und Verbinden des Verbindungselements auf der dem Wärmetauscherelement abgewandeten Seite mit dem produktführenden Rohr. Durch ein derartiges Nachrüstverfahren können die Effektivität, Wartung und Einsatzzeiten eines Röhrenwärmetauschers günstig beeinflusst werden.
  • Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Längsschnitt eines Moduls eines beispielhaften Röhren-wärmetauschers mit mindestens einem Wärmetauscherelement mit einem Verbindungselement entsprechend der Erfindung.
    Fig. 1a
    eine Röhrenträgerplatte im Zulaufbereich eines Wärmetauschelements eines Röhrenwärmetauschers aus Fig. 1.
    Fig. 1b
    eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements bei der Verbindung von mehreren Wärmetauscherelementen.
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung.
    Fig. 2a
    einen Schnitt der Ausführungsform aus Fig. 2 entlang der eingezeichneten Schnittlinie.
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung.
    Fig. 3a
    einen Schnitt der Ausführungsform aus Fig. 3 entlang der eingezeichneten Schnittlinie.
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung, als Variation der Ausführungsform aus Fig. 3.
    Fig. 4a
    einen Schnitt der Ausführungsform aus Fig. 4 entsprechend der eingezeichneten Schnittlinie.
  • Figur 1 verdeutlicht einen Röhrenwärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherelement 1 und ein weiteres, produktführendes Rohr 13, die mit einem weiteren, produktführenden Rohr, das gekrümmt ist, einem Verbindungsbogen 6, verbunden sind. Der Röhrenwärmetauscher mit dem mindestens einen Wärmetauscherelement 1, das produktführende Rohr 13 und der Verbindungsbogen 6 sind von der Art, wie sie beispielsweise in der Abfüllindustrie für flüssige Lebensmittelprodukte (z.B. Wasser, Säfte, Milch) bei der Wärmebehandlung (Erwärmen oder Abkühlen) eines Lebensmittelproduktes verwendet werden. In dem Röhrenwärmetauscher können mehrere Module, Wärmetauscherelemente 1, eingebaut sein, um möglichst lange Strömungswege für das Produkt zu erzielen. Die Verbindung des weiteren, produktführenden Rohres 13 mit dem Verbindungsbogen 6 ist in Figur 1 durch entsprechende endseitige Befestigungsflansche 12 ausgeführt. Zwischen den Flanschen 12 wird in Figur 1 ein Verbindungselement 11 zur Verbindung eingesetzt. Dabei kann das Verbindungselement 11 beispielsweise ein weiteres erfindungsgemäßes Element von der Art wie das erfindungsgemäße Verbindungselement 7 sein, oder es kann ein einfaches Adapter- oder Distanzstück sein.
  • Das Wärmetauscherelement 1 des Röhrenwärmetauschers in Figur 1 weist ein Mantelrohr 2, vorteilhafter Weise z.B. aus rostfreiem Stahl (jedoch auch aus anderen Legierungen oder beispielsweise auch aus Titan, Zink oder speziellen Kunststoffen), auf, das jeweils endseitige Befestigungsflansche 8, hier nur linkseitig gezeigt, zur Montage des Wärmetauscherelements 1 in einem System wie in Figur 1 gezeigt, besitzt. Im Mantelrohr 1 sind ein oder mehrere Innenrohre 3 vorgesehen, die sich im Wesentlichen achsparallel zum Mantelrohr 1 zwischen Befestigungsflanschen 8 erstreckt. Typischerweise sind in der Ausführungsform in Figur 1 mehrere Innenrohre 3 zu einem Rohrbündel zusammengefasst. In den Innenrohren 3 zirkuliert ein primärer Strom, also ein flüssiges Lebensmittelprodukt, das zusätzliche Fasern wie Fruchtfleisch oder faserige Stückchen enthalten kann. In dem Mantelrohr 1 zirkuliert typischerweise ein sekundärer Strom, so dass ein Temperaturaustausch (Kühlen oder Erwärmen) mit dem primären Strom, welcher in den Innenrohren 3 fließt, geschehen kann.
  • Das Bündel von ein oder mehreren Innenrohren 3 im Zulaufbereich des Wärmetauscherelements wird von einer Rohrträgerplatte 5 gehalten, wobei die Rohrträgerplatte 5 im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Wärmetauscherelements 1 befestigt ist. Figur 1A zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Rohrträgerplatte 5, die in diesem Beispiel sieben Innenrohre zusammenfasst.
  • Das in Figur 1 gezeigte Rohr 13 kann ein weiteres Wärmetauscherelement von der Art wie das Wärmetauscherelement 1 sein. Die Strömungsrichtung des primären Stroms ist beispielsweise vom Rohr 13 in den Verbindungsbogen 6 hinein und von dort in das Wärmetauscherelement 1 hinein, welches mit dem Verbindungsbogen 6 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verbindungselements 7 verbunden ist. Das Verbindungselement 11 am stromseitigen Ende des Rohres 13 kann dabei ein weiteres erfindungsgemäßes Verbindungselement von der Art wie das Verbindungselement 7 sein. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, dass das Verbindungselement 11 lediglich eine Adapterfunktion besitzt und keine blendenartige Verengung, wie unten beschrieben, aufweist. Figur 1B zeigt ein Beispiel für die Verbindung mehrerer Wärmetauscherelemente in einem Röhrenwärmetauschersystem, wobei in diesem Beispiel die Verbindungsbögen 6 die primären Ströme jeweils um 180° umlenken. Dabei können die Verbindungselemente 7 und 11, wie in Figur 1 und 1B gezeigt, jeweils im Einström- und Ausströmbereich der Rohre 1 und 13 angebracht sein, es wäre aber ebenso möglich (hier nicht gezeigt), dass erfindungsgemäße Verbindungselemente 7 sowohl im Ein- als auch im Ausströmbereiche der Element 1 und 13 angebracht sein können.
  • In Figur 1 und Figur 1B wird der sekundäre Strom, der aus einem geeigneten Wärmeaustauschmedium, z.B. Wasser, besteht, nicht über Verbindungsbögen 6 umgelenkt, sondern mit Hilfe eines Verbindungsrohres 10 und einem Verbindungsstück mit Flanschen 10a, das auch ein Ventil beinhalten kann, direkt zum nächsten Wärmetauscherelement umgelenkt. Das sekundäre Medium wird in der Regel im Gegenstrom zum primären Medium geführt. Der Verbindungsbogen 6 lenkt also in diesem Falle nur den primären Strom um. In Figur 1 ist beispielhaft gezeigt, wie ein Verbindungsrohr 10 direkt an das Mantelrohr 2 anschließt. Es ist ebenso möglich, wie in Figur 1B gezeigt, dass das Verbindungsrohr über seitliche Verbindungsanschlüsse 10b angeschlossen wird, um den sekundären Strom weiterleiten zu können. Ferner ist es möglich (nicht gezeigt), dass ein Verbindungsbogen auch den sekundären Strom mit umlenkt, wobei Verbindungsrohre 10 entfallen können, und der sekundäre Strom an den erfindungsgemäßen Verbindungselementen geeignet vorbei geleitet wird.
  • Figuren 1, 1A und 1B zeigen Verbindungselemente 7 und 11 als separate, modulare Elemente ausgeführt. Es ist jedoch ebenso möglich, ein erfindungsgemäßes Verbindungselement von der Art wie Element 7, 17 und 27, welche in Bezug auf Figuren 2-4 beschrieben werden, in den Verbindungsbogen 6 oder in das Rohrbündel in dessen Einströmbereich, beispielsweise in Verbindung mit der Rohrträgerplatte 5, zu integrieren. Röhrenwärmetauscher wie in Figur 1 und 1B gezeigt können eine gesamte Länge von ungefähr 3,0 m, 6,0 m oder sogar länger aufweisen Figur 2 und Figur 2A zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 7 zur Kopplung des Verbindungsbogens 6 mit dem Wärmetauscherelement 1 des Röhrenwärmetauschers. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Verbindungselement 7 quer zu dessen Längsachse, und damit typischerweise quer zur Längsachse des Wärmetauscherelements 1. Das Produkt strömt beispielsweise durch den Verbindungsbogen 6 in das Wärmetauscherelement 1 mit seinen Innenrohren 3 hinein, wodurch die Stromrichtung gegeben ist. Im Kopplungsbereich wird modular zwischen dem Ausgangsflansch 9 des Verbindungsbogens 6 und dem Eingangsflansch 8 des Wärmetauscherelements 1 das Verbindungselement 7 eingefügt, indem es mit den jeweiligen Flanschen 9 und 8 geeignet befestigt wird. Das Verbindungselement 7 kann einen geeigneten Befestigungsträger 14 zur Befestigung zwischen den Flanschen 8 und 9 besitzen, ferner eine Strömungsabrisskante (Verengung) 7', die blendenartig wirken kann und die zum Beispiel axialsymmetrisch zur Längsachse der Flansche 8 und 9, sowie des Wärmetauscherelements 1 liegt. Figur 2A zeigt eine entsprechende Schnittzeichnung entlang der Linie IIA durch das Verbindungselement 7. Die Strömungsabrisskante 7' ist am Umfang der Durchgangsöffnung des Verbindungselements 7 ausgebildet. Die Strömungsabrisskante 7'umläuft die Durchgangsöffnung. Die Strömungsabrisskante kann axialsymmetrisch und kreisförmig ausgebildet sein und, wie in Figur 2 gezeigt, einen Innendurchmesser di besitzen. Ferner besitzt das Verbindungselement eine Eingangsöffnung, die dem Wärmetauscherelement 1 des Röhrenwärmetauschers abgewandt ist, sowie eine Ausgangsöffnung, die dem Wärmetauscherelement 1 zugewandt ist. Auf der Seite der Eingangsöffnung ergibt sich dadurch eine erste, dem Röhrenwärmetauscher abgewandte Fläche der Öffnung mit einem ersten Innendurchmesser d1 und auf der Seite der Ausgangsöffnung eine zweite Fläche der Öffnung mit einem Innendurchmesser d2. Bezogen auf den Produktstrom liegt also vom Verbindungselement aus betrachtet die erste Fläche stromaufwärts, während die zweite Fläche stromabwärts liegt. Der Innendurchmesser d1 auf der dem Wärmetauscherelement 1 des Röhrenwärmetauscher fernen Seite entspricht etwa dem Innendurchmesser des Verbindungsbogens 6. Der Innendurchmesser d2 entspricht etwa dem Innendurchmesser des Mantelrohrs des Wärmetauscherelements 1 des Röhrenwärmetauschers, wobei die Innendurchmesser jeweils auf die Längsachsen bezogen werden. Wie in Figur 2A angedeutet, nimmt der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung vorzugsweise symmetrisch und stetig (sanft) ab, bis im Bereich der Strömungsabrisskante der Innendurchmesser di erreicht wird. Die durch die Abnahme entstehende Form ist ähnlich etwa einem Kugeloberflächensegment (Kugelkalotte). Die Strömungsabrisskante 7', an der vorzugsweise die Strömung der durch das Element strömenden Flüssigkeit abreißen soll, ist typischerweise abgeschrägt oder abgerundet. Im Falle einer Abschrägung ist diese Schrägung in Stromrichtung ausgebildet. Dabei zeigt die vorzugsweise abgerundete Strömungsabrisskante 7' im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Verbindungselements. Beispielhaft sind auf der dem Wärmetauscherelement zugewandten Seite O-Ring-Nuten 18 eingezeichnet, die einen geeigneten O-Ring aufnehmen können. In Figur 2A sind diese Nuten etwa kreisförmig gezeichnet, es sind jedoch auch andere geeigneten Formen der Nuten denkbar. Ebenso können auf der stromaufwärts liegenden Seite O-Ring-Nuten vorhanden sein (hier nicht gezeichnet).
  • Figur 3 zeigt eine weitere Ausbildung eines Verbindungselements 17, das weitere strömungstechnische Vorteile aufweist. Figur 3 zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse durch das Verbindungselement 17. In Figur 3 ist das Verbindungselement 17 vom Aufbau her dem in Figur 2 gezeigten Verbindungselement 7 ähnlich. Verbindungselement 17 kann ähnlich wie Verbindungselement 7 zur Verbindung von Verbindungsbögen und Wärmetauscherelementen wie in Figur 1, 1 A und 1 B gezeigt, verwendet werden. Es besitzt einen Befestigungsträger 16, eine O-Ring Nut 15 und eine Strömungsabrisskante (Verengung) 17', welche eine Fläche (Öffnung) umläuft, die einen Innendurchmesser di besitzt. Ferner sind auf der dem Wärmetauscherelement 1 des Röhrenwärmetauscher fernen Seite eine Eingangsöffnung mit einer Fläche mit einem Innendurchmesser d1 und auf der dem Röhrenwärmetauscher nahen Seite eine Ausgangsöffnung mit einer Fläche mit einem Innendurchmesser d2 ausgebildet. Figur 3A zeigt einen Schnitt durch das Element aus Figur 3a entlang der eingezeichneten Schnittlinie IIIA. Ähnlich wie in Figur 2A angedeutet, nimmt die Durchgangsöffnung von der Eingangsöffnung, mit dem Innendurchmesser d1, her, vorzugsweise symmetrisch zu Längsachse, stetig, becherförmig oder ähnlich einem Kugeloberflächensegment (Kugelkalotte), ab bis zur Strömungsabrisskante 17' mit dem Innendurchmesser di. Auf der dem Wärmetauscherelements 1 des Röhrenwärmetauschers nahen Seite nimmt der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung wieder zu bis im Bereich der Ausgangsöffnung der Innendurchmesser d2 erreicht wird. Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser d2 entsprechend der Größe des Mantelrohres des Röhrenbündels abgestimmt und damit größer als der Innendurchmesser d1. In Figur 3A sind entsprechend Figur 2A O-Ring-Nuten 18 auf der stromabwärts liegenden Seite des Verbindungselements eingezeichnet.
  • Dabei weist aber die umlaufende Strömungsabrisskante 17', die wiederum abgeschrägt oder abgerundet sein kann, unter einem Winkel α, gemessen zur Längsachse wie eingezeichnet, in Stromrichtung. Dabei kann der Winkel α den Umständen entsprechende Werte annehmen, im beispielhaft gezeigten Fall z.B. ungefähr 45 - 60°, wobei auch andere Werte für diesen Winkel bis maximal 90° möglich sind. In Figur 3A ist der Innendurchmesser des durch das Verbindungselement 17 mit dem Verbindungsbogen zu verbindenden Wärmetauscherelements 1 des Röhrenwärmetauschers größer als der Innendurchmesser des Verbindungsbogens. Entsprechend begünstigt die Form und Ausrichtung der Strömungsabrisskante (Verengung) 17' den Strömungsabriss und damit die Kontrolle und Verminderung von Faserablagerungen im Einlassbereich des Wärmetauscherelements des Röhrenwärmetauschers 1.
  • Figur 4 zeigt eine weitere Ausbildung eines Verbindungselements 27, das zusätzliche strömungstechnische Vorteile aufweist. Verbindungselement 27 kann ähnlich wie Verbindungselement 7 zur Verbindung von Verbindungsbögen und Wärmetauscherelementen wie in Figur 1, 1A und 1B gezeigt, verwendet werden. Figur 4 zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse durch das Verbindungselement 27. Figur 4A zeigt einen Schnitt durch das Element aus Figur 3a entlang der eingezeichneten Schnittlinie IVA. Das Verbindungselement 27 besitzt wiederum einen geeigneten Befestigungsträger 26. Eine O-Ring Nut 25 ist ähnlich wie in Figur 3 gezeigt. Basierend auf dem Verbindungselement aus Figur 3 und Figur 3A ist, wie in Figur 4 schematisch angedeutet, der Bereich zwischen einer Eingangsöffnung mit einem Innendurchmesser d1 und dem Bereich der Strömungsabrisskante 27' zunächst ähnlich wie in Figur 3 und Figur 3A geformt. Zusätzlich sind in diesem Bereich mehrere, beispielsweise teilkreisförmige, vorzugsweise symmetrische Einbuchtungen (Aussparungen) ausgebildet. Figur 4 zeigt beispielsweise 6 teilkreisförmige Einbuchtungen (Aussparungen). Dabei nimmt zwischen den jeweiligen Einbuchtungen (Aussparungen), also im nicht ausgesparten Bereich, der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung, wie in Figur 4A angedeutet, entlang der Längsachse in Stromrichtung ab, bis zur Strömungsabrisskante mit dem Durchmesser di. Diese Abnahme des Innendurchmessers der Durchgangsöffnung ist, wie bereits in Bezug auf Figuren 3 und 3A beschrieben, becherförmig oder ähnlich einem Kugeloberflachensegment. Die Strömungsabrisskante 27' zeigt, ähnlich wie in Figur 3A, in Stromrichtung und bildet einen Winkel α zur Längsachse des Verbindungselements, der den Umständen entsprechende Werte annehmen kann, beispielsweise ähnlich den Werten wie im Zusammenhang mit Figuren 3 und 3A genannt. Die Strömungsabrisskante 27' kann abgeschrägt oder abgerundet sein, wie bereits im Zusammenhang mit Figuren 3 und 3A diskutiert. In Figur 4A sind wie in Figuren 2A und 3A O-Ring-Nuten 18 auf der stromabwärts liegenden Seite des Verbindungselements eingezeichnet.
  • Im den gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Breite der Verbindungselemente etwas weniger als 50 mm. Bevorzugte Innendurchmesser der Wärmetauscherelemente der Röhrenwärmetaustauscher können 140 mm betragen, es können jedoch auch Formen mit größeren Innendurchmessern auftreten. Innendurchmesser der Verbindungsbögen betragen zum Bespiel 80 mm, doch sind auch Formen mit größeren Innendurchmessern möglich.
  • Die in den Figuren gezeigten erfindungsgemäßen Verbindungselemente können modular bei bestehenden Röhrenwärmetauschern nachgerüstet werden, wobei im Rahmen des Verfahrens zur Nachrüstung die Verbindungselemente zwischen ein produktführendes Rohr und einem Ende eines Wärmetauscherelements eines Röhrenwärmetauschers, eingesetzt werden und entsprechend auf der dem Wärmetauscherelement abgewandeten Seite mit dem produktführenden Rohr, respektive weiteren Wärmetauscherelementen, verbunden werden, während sie auf der dem Wärmetauscherelement zugewandeten Seite mit dem Wärmetauscherelement verbunden werden. Dabei sind auch Anwendungen in Systemen mit mehreren Wärmetauscherelementen wie in Figur 1B denkbar, bei denen verschiedene der erfindungsgemäßen Verbindungselemente 7, 17 und 27 zum Einsatz kommen, zusätzlich zu Adapterelementen von der Art wie Element 11.

Claims (15)

  1. Verbindungselement (7,17,27) zur Verbindung eines Wärmetauscherelements (1) eines Röhrenwärmetauschers mit wenigstens einem produktführenden Rohr (6) zu einem Strömungssystem, wobei das Verbindungselement (7,17,27) eine Durchgangsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Durchgangsöffnung eine Strömungsabrisskante (7',17',27') ausgebildet ist.
  2. Verbindungselement (7,17,27) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (7,17,27) modular zwischen dem Wärmetauscherelement (1) und dem mindestens einen produktführenden Rohr anbringbar ist.
  3. Verbindungselement (7,17,27) nach Ansprüchen 1 - 2, wobei die Strömungsabrisskante (7',17',27') abgeschrägt oder abgerundet ist.
  4. Verbindungselement (7,17,27) nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Strömungsabrisskante (7',17',27') unter einem Winkel α gemessen zur Längsachse des Verbindungselements (7,17,27) ausgebildet ist, wobei α maximal 90° misst.
  5. Verbindungselement (7,17,27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnung symmetrisch zur Längsachse des Verbindungselements ausgebildet ist.
  6. Verbindungselement (7,17,27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnung kreisförmig ausgebildet ist.
  7. Verbindungselement nach Anspruch 6, wobei die Durchgangsöffnung im Bereich der Strömungsabrisskante (7',17',27') einen Innendurchmesser, di, aufweist, wobei der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung von einer dem Wärmetauscherelement (1) abgewandte Eingangsöffnung mit einem ersten Innendurchmesser, d1, zum Innendurchmesser di im Bereich der Strömungsabrisskante abnimmt, und vom Innendurchmesser di zu einer dem Wärmetauscherelement (1) zugewandten Ausgangsöffnung mit einem zweiten Innendurchmesser, d2, zunimmt, wobei sich der Bereich der Strömungsabrisskante zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung befindet, wobei di kleiner als d1 und kleiner als d2 ist.
  8. Verbindungselement (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches symmetrisch zu der Durchgangsöffnung ausgebildet ist.
  9. Verbindungselement (17,27)nach Anspruch 7, wobei der zweite Innendurchmesser, d2, größer ist als der erste Innendurchmesser, d1.
  10. Verbindungselement (7,17,27) nach Ansprüchen 6-9, mit einem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung, welcher sich stetig vom der Eingangsöffnung mit dem ersten Innendurchmesser, d1, zum Innendurchmesser, di, ändert und sich stetig vom Innendurchmesser, di, zur Ausgangsöffnung mit dem zweiten Innendurchmesser, d2, ändert.
  11. Verbindungselement (27) nach Ansprüchen 6-10, wobei das Verbindungselement (27) in einem Bereich, der sich zwischen der Eingangsöffnung und der Strömungsabrisskante befindet, Einbuchtungen, insbesondere teilkreisförmige Einbuchtungen, umfasst.
  12. Verbindungselement (27)nach Anspruch 11, wobei die teilkreisförmigen Einbuchtungen axialsymmetrisch zur Längsachse des Verbindungselements (27) angeordnet sind.
  13. Verbindungselement (27) nach Ansprüchen 11 - 12, wobei der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung zwischen der Eingangsöffnung mit dem Innendurchmesser d1 und dem Bereich der Strömungsabrisskante mit dem Innendurchmesser di außerhalb, insbesondere zwischen den jeweiligen teilkreisförmigen Einbuchtungen vom ersten Innendurchmesser d1 zum Innendurchmesser di stetig abnimmt.
  14. Röhrenwärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherelement (1) mit einem Mantelrohr (1) und wenigstens einem Innenrohr (3) und mit einem Verbindungselement (7,17,27) entsprechend wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zum Nachrüsten eines Strömungssystems mit einem Röhrenwärmetauscher mit mindestens einem Wärmetauscherelement (1) und mindestens einem produktführenden Rohr (6), umfassend:
    Verbinden eines Endes des Wärmetauscherelements (1) mit einem Verbindungselement (7,17,27) gemäß einem der Ansprüche 1 - 11 an einer dem Wärmetauscherelement (1) zugewandten Seite des Verbindungselements (7,17,27); und
    Verbinden des Verbindungselements (7,17,27) auf der dem Wärmetauscherelement (1) abgewandeten Seite mit dem produktführenden Rohr (6).
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