WO1990012993A1 - Rohrbündelwärmetauscher - Google Patents

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WO1990012993A1
WO1990012993A1 PCT/EP1990/000652 EP9000652W WO9012993A1 WO 1990012993 A1 WO1990012993 A1 WO 1990012993A1 EP 9000652 W EP9000652 W EP 9000652W WO 9012993 A1 WO9012993 A1 WO 9012993A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
control
outflow
partial flow
pipe
Prior art date
Application number
PCT/EP1990/000652
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Pollak
Gustav Thoenes
Horst Mohrenstecher
Ulrich Premel
Hans-Dieter Marsch
Manfred Severin
Original Assignee
L. & C. Steinmüller Gmbh
Uhde Gmbh
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 L. & C. Steinmüller Gmbh, Uhde Gmbh filed Critical L. & C. Steinmüller Gmbh
Publication of WO1990012993A1 publication Critical patent/WO1990012993A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the invention relates to a shell and tube heat exchanger with a container, an inflow space for the in the
  • a control chamber assigned to the outflow end of the partial flow pipe with at least one arranged in the control chamber and operable from the outside
  • Shell and tube heat exchanger is for compliance
  • Partial flow pipe sealing In the outer end position of the rod, the hollow cylinder is pressed against the partition in the outflow chamber and in an axial direction
  • Hollow cylinders with a cover plate have an annular cross-section on both sides.
  • Heat exchange tubes is increased to a
  • Hot gas flow takes part in the heat exchange.
  • control element an axis perpendicular to the axis of the partial flow tube can be pivoted by means of a shaft guided radially outwards through the container jacket.
  • control chamber and one in it
  • control cylinder pivotally arranged control cylinder rotatable about its axis, arranged perpendicular to the axis of the partial flow pipe upstream of the connection, openings are provided in at least one head plate of the control chamber and the associated head plate of the control cylinder, which openings are rotated by rotating the control cylinder
  • openings are provided in the outer surface of the control cylinder and in the outer surface of the control chamber, the openings in top plates or in the
  • Shell surfaces are arranged at a predetermined angle to each other.
  • control chamber and control element which is preferably suitable for lower gas temperatures
  • at least part of the cooler heating surface current is directly in the control cylinder with the partial flow in
  • Control device kept cold.
  • the control cylinder is stored and sealed in the cylindrical control chamber by means of
  • control chamber is surrounded by a cooling housing which also flows out of the exchange tubes Medium can be acted upon.
  • connection opening is to improve the
  • Cooling case emerging medium are provided.
  • the heat exchanger can preferably be used, in which the
  • Outflow space is connected to at least one outflow channel projecting into the outflow space, and in which in an extension of the partial flow pipe and in the
  • Abströmkanal a control flap seated on a common shaft are provided, the control flap is cooled in the extension of the partial flow pipe via the common shaft and both control flaps are attached to the actuating shaft offset by a predetermined angle.
  • the coolant is expediently supplied and possibly removed via the actuating shaft.
  • control flap which is preferably designed as forced cooling, in the extension of the
  • Partial flow pipe the flap can be acted upon by a hot partial flow.
  • the extension of the partial flow pipe can be made in one piece with the pipe or as a separately manufactured pipe section.
  • the outflow channel opens perpendicular to the first direction of stretching of the partial flow pipe.
  • the shaft for actuating the control flaps consists of two detachable sections, it is also expedient that a pipe spiral is provided for bridging the coupling with respect to the coolant guide.
  • FIG. 1 shows a partial section through a first embodiment of the heat exchanger
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a partial section through a second
  • FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3rd
  • Partial flow tube 3 arranged.
  • the tubes extend from a tube sheet, not shown and delimiting an inflow space, to a tube sheet 4.
  • a cooling medium is introduced and removed into the space between the jacket 1 a and the two tube sheets.
  • the partial flow pipe 3 with its inner insulation 3a is extended into the housing 6. With its free end, a cylindrical control chamber 8 extending perpendicular to the axis of the partial flow tube is fastened with an upper head plate 8a and a lower head plate 8b.
  • a control cylinder 9 with an upper head plate 9a and a lower head plate 9b is arranged in the interior of the control chamber.
  • the control chamber 8 has an expansion 8c at its upper end, at the expansion diameter of which the diameter of the upper head plate 9a of the
  • Control cylinder is adapted such that the control cylinder can be supported on the control chamber with the interposition of a ceramic ring element 10.
  • the diameter of the control cam 8 and Rege Izy li nder 9 is chosen so that a radial support of the control cylinder 9 is given in the control chamber by further ceramic ring elements 11 and 12.
  • An opening 13 in the upper head plate 8a extends through an opening 13 connected to the head plate 9a
  • Insulation 7 and the container part 1a to the outside.
  • the partial flow pipe 3 and the control chamber 8 are connected to one another via an opening 15 and the medium flowing into the control chamber can be connected to one of the openings 15 opposite opening 16 from the control chamber
  • an outflow funnel 17 which extends through an opening 6a in the end wall of the housing 6 and expands in the outflow direction of the medium, with an internal mixing cone 19 which is suspended via webs 18.
  • an internal mixing cone 19 which is suspended via webs 18.
  • Inflow openings 8e and 8f are provided.
  • Control cylinder also three offset by 120 °
  • Openings 23 can flow in to cool the outer surface of the control chamber 8. That flows out of the housing
  • another partial flow A 2 is unregulated in the end face of the Outflow channels 26 provided in housing 6 and preferably directed towards the axis of tube 3 enter the outflow space.
  • Opening 15 is closed by the jacket of the regulating cylinder 9.
  • the opening 21 covers one
  • Outflow funnel 17 can emerge.
  • Partial flow B Due to this flow control of the flows, an intensive mixing takes place inside the regulating cylinder 9, which is supported by the funnel installation 17, 18, 19.
  • Partial flow pipe 3 and the outflow funnel 17 enters part A 3 of the heating surface flow through the openings 23 and flows out again through the openings 24.
  • the entire assembly can be installed and removed through a manhole 6b in the housing and an only sketched manhole 1b, 7a in the jacket.
  • a lever 14a or a pneumatic or not shown electric drive provided to actuate the shaft 14.
  • Head plates of the control chamber and control cylinder can be provided. It is only important that a forced control takes place between partial flow B and heating surface flow A, and that the hot partial flow is as fast as possible with the
  • Heating surface current comes into contact, mixes and thus the control element itself is kept cold.
  • annular housing 30 is arranged on the outflow side of the tube sheet 4, the interior of which limits the outflow space 31. From the front of the housing 30, two opposite outflow channels 32 and 33 extend into the
  • the partial flow pipe 3 which is also provided with an inner insulation, extends in the center of the ring-like housing 30.
  • a cooled circular-cylindrical control flap 34 is arranged in the front end of the extension of the partial flow tube 3, while one in each of the outflow channels 32 and 33 having a rectangular cross section
  • control flap 35 and 36 rectangular uncooled control flap 35 and 36 is arranged.
  • the control flaps 35 and 36 are shown rotated by 90 ° to simplify the illustration, i. H. she
  • control valves 35 and 36 are welded to a cooled shaft 37, in which the control valve 34 is integrated.
  • the shaft 37 is radially outward through the container jacket 1a
  • coolant K flows through a first hollow shaft section 37a and from there enters a coupling 38 in the shaft bridging spiral 39. From this spiral tube 39, the coolant flows into a shaft section 37b and from there into a channel 34a of the control flap 34, which initially guides the coolant over the entire left half (in FIG. 3) of the control flap. The coolant then flows into a further pipe section 37c of the shaft 37 and is at the lower end of this pipe section into a further pipe concentrically arranged in the pipe section 37c
  • the coolant then enters a pipe section 37f arranged in the section 37b, which together with the pipe section 37b defines an annular space for guiding the coolant downward. At its upper end there is an opening 37e from which the coolant can exit into the outflow space 25.
  • This construction can be used when e.g. B.
  • Winding 40a and within this a winding 40b returning to the free end of the extension is provided. Again, the coolant can come from the free end emerge from the return winding 40b and enter the outflow space via an annular space 41 provided around the free end of the partial flow tube. In this way, the seat of the control flap is particularly cooled. Furthermore, according to FIG. 3 a ceramic coating 42 is applied to the inside of the tube in order to achieve an abrasion-resistant valve seat.
  • the entire force can be absorbed by this partial flow pipe by cooling the outside of the projecting partial flow pipe, i. H. the control device is essentially on the
  • Product gas stream can be removed, must also
  • Return line of the coolant from the double winding 40a / 40b may be provided.

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Abstract

Bei einem Rohrbündelwärmetauscher mit einem Behälter, einem Einströmraum für den in die Austauschrohre einströmenden Heizflächenstrom, einem den Wärmetauscher etwa mittig und parallel zu den Austauschrohren durchsetzenden Teilstromrohr, einem Ausströmraum für den aus den Austauschrohren strömenden Heizflächenstrom, einem über mindestens eine Verbindungsöffnung mit dem Ausströmraum verbundenen Abströmraum, einer dem Ausströmende des Teilstromrohres zugeordneten Regelkammer mit mindestens einem in der Regelkammer angeordneten und von außen betätigbaren Regelglied, ist zur Vereinfachung des Dichtungsaufwandes vorgesehen, daß das Regelglied (9; 34, 35, 36) um eine zur Achse des Teilstromrohres senkrechte Achse mittels einer durch den Behältermantel (1a) radial nach außen geführten Welle (14; 37) verschwenkbar ist.

Description

Beschreibung
Rohrbündelwirmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher mit einem Behälter, einem Einströmraum für den in die
Austauschrohre einströmenden Heizflächenstrom, einem den Wärmetauscher etwa mittig und parallel zu den
Austauschrohren durchsetzenden Teilstromrohr, einem
Ausströmraum für den aus den Austauschrohren strömenden Heizflächenstrom, einem über mindestens eine
Verbindungsöffnung mit dem Ausströmraum verbundenen
Abströmraum, einer dem Ausströmende des Teilstromrohres zugeordneten Regelkammer mit mindestens einem in der Regelkammer angeordneten und von außen betätigbaren
Regelg lied.
Bei dem aus der DE-AS 28 46 455 bekannten
Rohrbündelwärmetauscher ist zur Einhaltung
gleichbleibender Austrittstemperatur eines der beiden Medien vorgesehen, daß zum Aufbau einer Regeleinrichtung das teilweise oder ganz isolierte Teilstromrohr mit einer Verlängerung versehen ist und der Ausströmöffnung des Teilstromrohres eine Trennwand mit einer auf die
Verlängerung ausgerichteten Öffnung gegenübersteht. In der Verlängerung des Teilstromrohres ist ein axial
verschiebbarer Hohlzylinder angeordnet, der einen größeren Durchmesser als die Öffnung zeigt. Zum Hinundherverschieben des Hohlzylinders ist eine mit ihm durch Rippen verbundene und aus dem Ausströmraum durch den Abströmraum nach außen führende axial verschiebbare Stange vorgesehen, die an ihrem in der Verlängerung befindlichen Ende eine
Abdeckplatte aufweist, die zum Hohlzylinder hin einen ringförmigen Querschnitt freigibt. In der inneren
Endstellung deckt die Abdeckplatte die Kontur des
Teilstromrohres dichtend ab. In der äußeren Endstellung der Stange wird der Hohlzylinder im Ausströmraum dichtend gegen die Trennwand gedrückt und in einer axialen
Zwischenstellung des als Versch Lußstück dienenden
Hohlzylinders mit Abdeckplatte ist axial beidseitig je ein ringförmiger Querscnitt gegeben.
Durch Verstellen der axialen Stellung des Verschlußstückes wird somit erreicht, daß bei öffnen des Teilstromrohres, das vom Gas ohne nennenswerten Wärmetausch durchströmt wird, automatisch der Druckverlust über die
Wärmeaustauschrohre erhöht wird, um somit eine
Zwangs rege lung zu erreichen. In der inneren Endstellung des Verschlußstückes wird der gesamte Heißgasstrom durch die Austauschrohre geführt, so daß der gesamte
Heißgasstrom am Wärmetausch teilnimmt.
Bei dem bekannten Rohrbündelwärmetauscher muß die Stange über eine eine axiale Gleitbewegung zulassende Dichtung nach außen geführt werden. Diese Dichtungen erfordern einen erheblichen Aufwand. Weiterhin erfolgt keine
ausreichende Kühlung der Elemente der Regeleinrichtung, die dem heißen Teilgasstrom ausgesetzt sind.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von. der DE-As 28 46 455 einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem der Dichtungsaufwand vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Regelglied um eine zur Achse des Teilstromrohres senkrechte Achse mittels einer durch den Behältermantel radial nach außen geführten Welle verschwenkbar ist.
Da das Regelglied durch eine Drehbewegung verstellt wird, braucht die nach außen geführte Welle im Behältermantel nur gegen eine solche Bewegung abgedichtet zu werden.
Vorzugsweise sind die Regelkammer und ein in ihr
verschwenkbar angeordneter, um seine Achse drehbarer RegeIzylinder senkrecht zur Achse des Teilstromrohres stromauf der Verbi ndungsδff nung angeordnet, sind in mindestens einer Kopfplatte der Regelkammer und der zugeordneten Kopfplatte des Regelzylinders öffnungen vorgesehen, die durch Drehen des RegeIzylinders in
Überdeckung bringbar sind, um aus den Austauschrohren ausströmendes Medium in das Innere des RegeIzylinders zu leiten, sind in der Mantelfläche des Regelzylinders und in der Mantelfläche der Regelkammer öffnungen vorgesehen, wobei die öffnungen in Kopfplatten bzw. in den
Mantelflächen in vorgegebener WinkeIstelLung zueinander angeordnet sind.
Bei dieser vorzugsweise für niedrigere Gastemperaturen geeigneten Ausbildung von Regelkammer und Regelglied wird zumindest ein Teil des kühleren Heizflächenst romes direkt innerhalb des Regelzylinders mit dem Teilstrom in
Berührung gebracht, gemischt und somit die
Regeleinrichtung kalt gehalten.
Die Lagerung und Abdichtung des Regelzylinders in der zylindrischen Regelkammer erfolgt mittels
Keramikringelementen.
Zur weiteren Verbesserung der Kühlung von Regelkammer und Regelzylinder ist die Regelkammer von einem Kühlgehäuse umgeben, das mit aus den Austauschrohren ausströmenden Medium beaufschlagbar ist.
In der Verbindungsöffnung ist zur Verbesserung der
Mischung des aus der Regelkammer abströmenden Mediums und der Einmischung des aus dem Gehäuse abströmenden Mediums ein sich in Strönungsri chtung aufweitender Abströmtrichter mit innenliegendem Mischkonus angeordnet, wobei in dem Abströmtrichter Einst römöffnungen für das aus dem
Kühlgehäuse austretenden Medium vorgesehen sind.
Es ist von Vorteil, wenn aus Druckverlustgründen nicht der ganze aus den Wärmeaustauschrohren austretende
Heizflächenstrom in den Regelzylinder eintritt. Zu diesem Zwecke ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Ausströmraum und dem Abströmraum mindestens eine weitere ungeregelte Zusatzverbindungsöffnung vorgesehen ist.
Für den Einsatz in einem höheren Temperaturniveau, z. B. im Temperaturniveau von 1000 bis 1100°C kann vorzugsweise der Wärmetauscher eingesetzt werden, bei dem der
Ausströmraum mit mindestens einem in den Abströmraum vorragenden Abströmkanal verbunden ist, und bei dem in einer Verlängerung des TeiIstromrohres und in dem
Abströmkanal jeweils eine auf gemeinsamer Welle sitzende Regelklappe vorgesehen sind, wobei die Regelklappe in der Verlängerung des Teilstromrohres über die gemeinsame Welle gekühlt ist und beide Regelklappen um einen vorgegebenen Winkel versetzt an der Betätigungswelle befestigt sind. Zweckmißigerweise erfolgt die Zufuhr und gegebenenfalls die Abfuhr des Kühlmittels über die Betätigungswelle.
Durch die vorzugsweise als Zwangskühlung ausgestaltete Kühlung der Regelklappe in der Verlängerung des
Teilstromrohres kann die Klappe mit einem heißen Teilstrom beaufschlagt werden.
Die Verlängerung des Teilstromrohres kann einstückig mit dem Rohr oder als gesondert gefertigter Rohrabschnitt ausgebi Idet sein.
Um die Zwangskühlung der Teilstromregelklappe zu
verbessern, ist es zweckmäßig, in ihr ein Kühlkanalsystem vorzusehen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, die Verlängerung des
Teilstromrohres zu kühlen, wenn das gesamte Gewicht der Regeleinrichtung auf der Verlängerung des Teilstromrohres abgestützt ist.
Um die Einmischung des Heizflächenstromes in den aus dem Teilstromrohr austretenden Strom zu verbessern, ist es zweckmäßig, wenn sich der Abströmkanal senkrecht zur Erst reckungsrichtung des Teilstromrohres öffnet.
Wenn die Welle zur Betätigung der Regelklappen aus zwei kuppelbaren Teilstücken besteht, ist es darüberhinaus zweckmäßig, daß zur überbrückung der Kupplung bezüglich der Kühlmittelführung eine Rohrspirale vorgesehen ist.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen
FIG. 1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform des Wärmetauschers,
FIG. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in FIG. 1,
FIG. 3 einen Teilschnitt durch eine zweite
Ausführungsform des Wärmetauschers und
FIG. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in FIG. 3.
In einem Behälter 1 sind Austauschrohre 2 und ein
Teilstromrohr 3 angeordnet. Die Rohre erstrecken sich von einem nicht gezeigten und einen Einströmraum begrenzenden Rohrboden zu einem Rohrboden 4. In den Raum zwischen dem Mant e l 1 a und den be i de n Ro h rböden w i rd e i n Küh l med i um eingeführt und abgezogen.
An dem Rohrboden 4 ist ein einen Ausstrδmraum 5
begrenzendes Gehäuse 6 befestigt. Anstelle des Gehäuses 6 könnte - wie bei der DE-AS 28 46 455 - auch nur eine sich parallel zum Rohrboden 4 erstreckende Trennwand vorgesehen sein. Diese Trennwand müßte dann aber die in der FIG. 1 dargestellte Isolierung 7 durchsetzen.
Das Teilstromrohr 3 mit seiner Innenisolierung 3a ist in das Gehäuse 6 hinein verlängert. Mit seinem freien Ende ist eine sich senkrecht zur Achse des Teilstromrohres erstreckende zylindrische Regelkammer 8 mit einer oberen Kopfplatte 8a und einer unteren Kopfplatte 8b befestigt.
Im Inneren der Regelkammer ist ein RegeIzylinder 9 mit einer oberen Kopfplatte 9a und einer unteren Kopfplatte 9b angeordnet. Die Regelkammer 8 weist an ihrem oberen Ende eine Aufweitung 8c auf, an deren Aufweitungsdurchmesser der Durchmesser der oberen Kopfplatte 9a des
Regelzylinders derart angepaßt ist, daß der RegeIzylinder sich auf der Regelkammer unter Zwischenschaltung eines Keramikringelementes 10 abstützen kann. Der Durchmesser von Regelkaramer 8 und Rege Izy li nder 9 ist so gewählt, daß durch weitere Keramikringelemente 11 und 12 eine radiale AbStützung des Regelzylinders 9 in der Regelkammer gegeben ist. Durch eine öffnung 13 in der oberen Kopfplatte 8a erstreckt sich eine mit der Kopfplatte 9a verbundene
Betätigungswelle 14 radial durch das Gehäuse 6, die
Isolierung 7 und den Behältereantel 1a nach außen.
Das Teilstromrohr 3 und die Regelkammer 8 sind über eine öffnung 15 miteinander verbunden und das in die Regelkammer einströmende Medium kann über eine der öffnung 15 gegenüberliegende Öffnung 16 aus der Regelkammer
austreten. Mit der Öffnung 16 der Regelkammer ist ein sich durch eine Öffnung 6a in der Stirnwand des Gehäuses 6 erstreckender und sich in Ausströmrichtung des Mediums gesehen aufweitender Abströmtrichter 17 mit innenliegendem und über Stege 18 aufgehängten Mischkonus 19 verbunden. In der Mantelf läches des Regelzylinders 9 sind eine der
Öffnung 15 zugeordnete Öffnung 20 und einer der Öffnung 16 zugeordnete Öffnung 21 der aus den FIG. 1 und 2
ersichtlichen Geometrie vorgesehen.
Weiterhin sind in den Kopfplatten 8a und 8b der
Regelkammer drei um 120º versetzt angeordnete
Einströmöffnungen 8e und 8f vorgesehen.
Weiterhin sind in den Kopfplatten 9a und 9b des
Regelzylinders ebenfalls drei um 120° versetzte
Durchströmöffnungen 9c und 9d in der aus den FIG. 1 und 2 ersichtlichen Stellung relativ zueinander und zu den
Öffnungen 20 und 21 angeordnet.
Bei der in den FIG. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind die Kopfplatten 8a und 8b der Regelkammer integrale
Bestandteile zweier Gehäusewände 22a und 22b, die sich von der Rohrwand 4 zur Stirnseite des Gehäuses 6 erstrecken. Zusammen mit Wänden 22c und 22d bauen sie ein Kühlgehäuse 22 auf, in das ein Teil des Heizflächenstromes durch
Öffnungen 23 einströmen kann, um die Außenfläche der Regelkammer 8 zu kühlen. Aus dem Gehäuse strömt das
Kühlgas über in dem Trichter 17 vorgesehene Öffnungen 24 ab und wird in den aus dem Regelzylinder austretenden Gasstrom eingemischt, ehe dieser in einen Abströmraum 25 eintritt.
Es kann zweckmäßig sein, daß neben den in die Regelkammer eintretenden Teilstrom A. des Hei zf lächentei Istromes A ein anderer Teilstrom A2 ungeregelt über in der Stirnseite des Gehäuses 6 vorgesehene und vorzugsweise auf die Achse des Rohres 3 zugerichtete Ausströmkanäle 26 in den Abströmraum eintritt.
Bei der in den FIG. 1 und 2 gezeigten Stellung strömt der gesamte Teilstrom B aus dem Teilstromrohr durch den
Regelzy li nder und tritt ohne Zumischung eines Anteiles des Heizflächenstromes A in die Ausströmkammer 25. Bei einer Drehung der Welle 14 um 60 gelangen die öffnungen 9c unter die öffnungen 8e und die öffnungen 9d über die öffnungen 8f, so daß ein Teil A1 des Heizflächenstromes in das Innere des Regelzylinders 9 einströmen kann. Die
Öffnung 15 ist durch den Mantel des Regelzylinders 9 verschlossen. Die Öffnung 21 deckt einen solchen
Umfangswinkel ab, daß auch bei Drehung um 60 das in den Zylinder eingeströmte Medium ungehindert durch den
Abströmtrichter 17 austreten kann.
In den Zwischenstellungen erfolgt eine entsprechende anteilige Vermischung von Heizflächenstrom A1 und
Teilstrom B. Durch diese St römungsfύhrung der Ströme erfolgt in dem Innneren des Regelzylinders 9 bereits eine intensive Mischung, die durch den Trichtereinbau 17, 18, 19 unterstützt wird.
Zur Kühlung von Regelkammer 8, Verlängerung des
Teilstromrohres 3 und des Abströmtrichters 17 tritt durch die öffnungen 23 ein Teil A3 des Heizflächenstromes ein und strömt durch die öffnungen 24 wieder ab. Aus
Druckverlustgründen wird ein Teil A2 des
Heizflächenstromes A über die öffnungen 26 ungeregelt abgeführt.
Die ganze Baugruppe kann durch ein Mannloch 6b im Gehäuse und ein nur skizziertes Mannloch 1b, 7a im Mantel ein- und ausgebaut werden. Zum Betätigen der Welle 14 ist ein Hebel 14a oder ein nicht dargestellter pneumatischer oder elektrischer Antrieb vorgesehen.
Selbstverständlich kann auch eine andere Anordnung der Einströmöffnungen und Durchst römδffnungen in den
Kopfplatten von Regelkammer und RegeIzylinder vorgesehen sein. Es kommt nur darauf an, daß eine Zwangsregelung zwischen Teilstrom B und Heizflächenstrom A erfolgt, und daß der heiße Teilstrom möglichst schnell mit dem
Heizflächenstrom in Berührung kommt, sich mischt und damit das Regelorgan selbst kalt gehalten wird.
Bei der Aus führungsform gemäß den FIG. 3 und 4 ist auf der Abströmseite des Rohrbodens 4 ein ringartiges Gehäuse 30 angeordnet, dessen Inneres den Ausströmraum 31 begrenzt. Von der Stirnseite des Gehäuses 30 erstrecken sich zwei gegenüberliegende Abströmkanäle 32 und 33 in den
Abströmraum 25 hinein. Mittig zu dem ringartigen Gehäuse 30 erstreckt sich das ebenfalls mit einer Innenisolierung versehene Teilstromrohr 3.
In dem vorderen Ende der Verlängerung des Teilstromrohres 3 ist eine gekühlte kreiszylindrische Regelklappe 34 angeordnet, während in den einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Abströmkanälen 32 und 33 jeweils eine
rechteckige ungekühlte Regelklappe 35 bzw. 36 angeordnet ist. Die Regelklappen 35 und 36 sind zur Vereinfachung der Darstellung um 90° verdreht dargestellt, d. h. sie
erstrecken sich tatsächlich senkrecht zur Ebene der
Regelklappe 34.
Die Regelklappen 35 und 36 die aus je zwei klappentei len bestehen, sind mit einer gekühlten Welle 37 verschweißt, in die die Regelklappe 34 integriert ist. Die Welle 37 ist radial nach außen durch den Behältermantel 1a
hindurchgeführt. Bei der gezeigten Ausführungsform strömt Kühlmittel K durch einen ersten hohlen Wellenabschnitt 37a und tritt von dort in eine eine Kupplung 38 in der Welle überbrückende Rohrspirale 39 ein. Aus dieser Rohrspirale 39 strömt das Kühlmittel in einen Wellenabschnitt 37b und von dort in einen Kanal 34a der Regelklappe 34, das das Kühlmittel zunächst über die gesamte linke Halfte (in FIG. 3) der Regelklappe führt. Danach strömt das Kühlmittel in einen weiteren Rohrabschnitt 37c der Welle 37 und wird an dem unteren Ende dieses Rohrabschnittes in einen in dem Rohrabschπi tt 37c konzentrisch angeordneten weiteren
Rohrabschntt 37d eingeleitet. Aus diesem Rohrabschnitt tritt das Kühlmittel in einen Kanal 34b ein, in dem es in der in der FIG. 3 rechten Hälfte der Regelklappe 34 geführt wird. Das Kanalsystem in der Regelklappe 34 kann aus einem zylindrischen Block gefräst werden und dann mit einer aufgeschweißten Platte abgedeckt werden. Es ist jedoch auch möglich, zwischen zwei Kreisscheiben mittels Stegen und einem umlaufenden Mantel ein solches
Kanalsystem auszubilden. Das Kühlmittel tritt dann in einen im Abschnitt 37b angeordneten Rohrabschnitt 37f ein, der zusammen mit dem Rohrabschnitt 37b einen Ringraum zur Führung des Kühlmittels nach unten bestimmt. An dessen oberem Ende ist eine Öffnung 37e vorgesehen, aus dem das Kühlmittel in den Abströmraum 25 austreten kann. Diese Konstruktion kann dann verwandt werden, wenn z. B.
Dampf/Wasser als Kühlmittel verwendet wird und der sich bildende Dampf ohne weiteres in das im Wärmetauscher zu kühlende Produktgas einströmen kann. Falls dieses nicht möglich ist, wird durch einen nicht näher dargestellten weiteren konzentrischen Rohreinsatz das Kühlmittel
außerhalb des Behälters geleitet.
Das in den Abströmraum vorragende Ende des Teilstromrohres
3 wird ebenfalls von außen mittels eines Kühlmittels gekühlt, wobei auf der Rohraußenseite eine Kühlschlange 40 mit einer in Richtung auf die Rohrplatte 4 vorlaufenden
Wicklung 40a und innerhalb dieser eine auf das freie Ende der Verlängerung zurücklaufenden Wicklung 40b vorgesehen ist. Auch hier kann das Kühlmittel aus der im freien Ende der rücklaufenden Wicklung 40b austreten und über einen um das freie Ende des Teilstromrohres vorgesehenen Ringraum 41 in den Ausströmraum eintreten. Auf diese Weise wird auch der Sitz der Regelklappe besonders gekühlt. Weiterhin ist gemäß der FIG. 3 auf der Innenseite des Rohres eine Kerami kbeschi chtung 42 aufgetragen, um einen abriebfesten Ventilsitz zu erreichen.
Wie aus den FIG. 3 und 4 ersichtlich ist, öffnen sich die Abst rδmkanäle 32 und 33 aufeinander zu, so daß der aus ihnen austretende Hei zf lächentei Istrom AA1 bzw. AA2 in den von der Regelklappe 34 durchgelassenen Teilstrom B
eingemischt wird. Bei der in der FIG. 3 gezeigten Stellung der Regelklappe 34 sind (unter Berücksichtigung der tatsächlichen Stellung der Klappen 35 und 36) das
verlängerte Ende des Teilstromrohres völlig geöffnet und die Strömungsquerschnitte der Abströmkanäle 32 und 33 geschlossen.
Auch bei dieser Ausführungsform kann durch die Kühlung der Außenseite des überstehenden Teilstromrohres die gesamte Kraftaufnahme durch dieses Teilstromrohr erfolgen, d. h. die Regeleinrichtung ist im wesentlichen an dem
überstehenden Ende des Teilstromrohres aufgehängt. Durch die Anordnung der Kühlkanäle ist nicht nur die Regelklappe 34 zwangsgekühlt, sondern auch die Welle selbst und die Lagerung der Regelklappe. Es ist von Vorteil, wenn das Gehäuse 30 und die Abströmkanäle 32 und 33 abnehmbar sind, da dann der Rohrboden ohne Schwierigkeiten inspiziert werden kann. Selbstverständlich kann auch hier anstelle des angedeuteten Betätigungshebels 37g ein motorischer Antrieb vorgesehen sein. Falls das Kühlmittel für die Kühlung des Überstandes des Teilstromrohres 3 nicht mit in den
Produktgasstrom abgeführt werden kann, muß auch eine
Rückleitung vom Kühlmittel aus der Doppelwicklung 40a/40b vorgesehen sein.
(Hierzu 4 Blatt Zeichnungen)

Claims

Patentansprüche
1. Rohrbündelwärmetauscher mit einem Behälter, einem
Einströmraum für den in die Austauschrohre
einströmenden Heizflächenstrom, einem den Wärmetauscher etwa mittig und parallel zu den Austauschrohren.
durchsetzenden Teilstromrohr, einem Ausströmraum für den aus den Austauschrohren strömenden
Heizflächenstrom, einem über mindestens eine
Verbi ndungsδff nung mit dem Ausströmraum verbundenen Abströmraum, einer dem Ausströmende des Teilstromrohres zugeordneten Regelkammer mit mindestens einem in der Regelkammer angeordneten und von außen betätigbaren Regelglied, d a d u r h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Regelglied (9; 34, 35, 36) um eine zur Achse des Teilstromrohres senkrechte Achse mittels einer durch den Behältermantel (1a) radial nach außen
geführten Welle (14; 37) verschwenkbar ist.
2. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regelkammer (8) und ein in ihr verschwenkbar angeordneter, um seine Achse drehbarer Regelzylinder (9) senkrecht zur Achse des Teilstromrohres stromauf der Verbindungsöffnung
(6a) angeordnet sind, in mindestens einer Kopfplatte (8a) des Regelzylinders (8) öffnungen (8e) vorgesehen sind, die durch Drehen des Regelzylinders (8) in
Überdeckung bringbar sind, und daß in der Mantelf läche des Regelzylinders (8) und in der Mantelfläche der
Regelkammer (9) Öffnungen (20, 21; 15, 16) vorgesehen sind, die jeweils in einer vorgegebenen Winkelstellung zueinander angeordnet sind.
3. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lagerung und Abdichtung des Regelzylinders (8) in der zylindrischen Regelkammer (9) mittels Keramikringelementen (10, 11, 12) erfolgt.
4. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regelkammer (8) von einem Kühlgehäuse (22) umgeben ist, das mit aus den Austauschrohren (4) ausströmendem
Medium (A3) beaufschlagbar ist.
5. Rohrbündelwärmetauscher nach mindestens einem der
Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , daß in der
Verbindungsöffnung (6a) ein sich in Strömungsrichtung aufweitender Abströmtrichter (17) mit innen li egendem Mischkonus (19) angeordnet ist, wobei in dem
Abströmtrichter (17) Einströmöffnungen (24) für das aus dem Kühlgehäuse (22) austretende Medium vorgesehen sind.
6. Rohrbündelwärmetauscher nach mindestens einem der
Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem
Ausströmraum (5) und dem Abströmraum (25) mindestens eine weitere ungeregelte Zusatzverbindungsöffnung (26) vorgesehen ist.
7. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ausströmraum (5) mit mindestens einem in den Abströmraum (25) vorragenden Abströmkanal (32; 33) verbunden ist, und daß in einer Verlängerung des Teilstromrohres (3) und in dem Abströmkanal (32; 33) jeweils eine auf
gemeinsamer Welle (37) sitzende Regelklappe (34;
35/36) vorgesehen sind, wobei die Regelklappe (34) in der Verlängerung des Teilstromrohres über die
gemeinsame Welle (37) gekühlt ist und beide
Regelklappen (34; 35/36) um einen vorgegebenen Winkel versetzt an der Betätigungswelle (37) befestigt sind.
8. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der
Teilstromregelklappe (34) ein Kühlkanalsystem (34a, 34b) vorgesehen ist.
9. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich-der Abströmkanal (32; 33) senkrecht zur
Erstreckungsri chtung des Teilstromrohres (3) öffnet.
10. Rohrbündelwärmetauscher nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , daß die Welle (37) aus zwei kuppelbaren Teilstücken (37a, 37b/37c) besteht und zur überbrückung der Kupplung (38) bezüglich der Kühlmittelführung eine Rohrspirale (39) vorgesehen ist.
PCT/EP1990/000652 1989-04-24 1990-04-23 Rohrbündelwärmetauscher WO1990012993A1 (de)

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