WO2016131786A1 - Rohrbündelwärmeübertrager - Google Patents

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WO2016131786A1
WO2016131786A1 PCT/EP2016/053199 EP2016053199W WO2016131786A1 WO 2016131786 A1 WO2016131786 A1 WO 2016131786A1 EP 2016053199 W EP2016053199 W EP 2016053199W WO 2016131786 A1 WO2016131786 A1 WO 2016131786A1
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tube bundle
heat exchanger
tube
bundle heat
longitudinal axis
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PCT/EP2016/053199
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Sayyed Ahmad FANI YAZDI
Axel Schulze
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HUGO PETERSEN GmbH
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Publication date
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Priority to AU2016221798A priority patent/AU2016221798B2/en
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    • F28D7/1676—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 with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction

Definitions

  • the invention relates to a shell-and-tube heat exchanger according to claim 1.
  • Tube bundle heat exchangers are also known as
  • Shell-and-tube heat exchangers are and are the most commonly used heat exchanger in the industry.
  • the heat transfer surface separates a hot from a cold fluid space.
  • One fluid flows through the tubes (tube side), while the other fluid flows around the tubes (shell side).
  • Tube bundles are in
  • deflection segments are used.
  • the fluid in the jacket has a longer distance between inlet and outlet ports to happen.
  • FIG. 1 Such a heat exchanger according to the prior art is shown in FIG.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through a cross-flow operated
  • Shell and tube heat exchanger shown.
  • the illustration below shows an open perspective view of the shell space with tube bundle and deflection segments.
  • the pipe pitch On the shell side, the pipe pitch has a large
  • Tube bundle heat exchangers was a so-called radial
  • Such a heat exchanger is shown in Figure 2 in a longitudinal section.
  • Heat exchanger around the tube bundles around the central channel can be achieved both lower mechanical loads and smaller pressure losses in the shell space of the
  • Fluidein- or outlet on the shell side are applied directly to the jacket, which at the expense of a
  • the object of the invention is a uniform flow from the central channel to the outside to the lateral surface
  • the invention provides a tube bundle heat exchanger in which a tube bundle of a plurality of tubes with at least one tubesheet in a jacket space
  • the arrangement of the tubes in the tube bundle defines a tube mirror, which has a tube-free inner channel about the longitudinal axis and a tube-free outer channel between the outer edge of the
  • the tube mirror between the inner and outer channel has at least one connection zone through which during operation of the Rohrbündel Anlagenübertragers fluid enters the jacket space and / or exits the jacket space.
  • cylindrical heat exchanger tubes are a
  • Tube mirror with circular cross section in principle radially
  • the tube bundle is like this
  • Tubular mirror is equipped with pipes.
  • the shell space is outwardly substantially parallel to the envelope around the tube bundle of the lateral surface
  • the tube bundle can basically have any external shape in the context of the invention.
  • the outer boundary of the tube bundle seen in cross section can be enveloped by a circle, a polygon, for example a rectangle, preferably a square, or an ellipse.
  • the tubes of the tube bundle are in particular only by the lateral surface in a direction perpendicular to her
  • the tube bundle is usually with its first Tube bottom to a feed chamber for the supply of a tube bundle medium flowing through the tubes during operation of the tube bundle heat exchanger and with its second tube plate to a discharge chamber for the discharge of a tube through the tubes during operation of the tube bundle
  • the tubes of the tube bundle can be held only by a single tube sheet and thereby between its two passages through the
  • Tube bottom have a deflection, for example, bent U-shaped. Then supply and discharge chamber can be accommodated adjacent to each other in a single end cap.
  • connection zone of the invention
  • Rohrbündel spallense is the area in which the flow resistance for the Mantelraumfluid against the flow resistance for the radial flow around the
  • Tube bundle is reduced. In this area is the
  • the region of the connection in the pipe mirror can be free of pipes.
  • the number of pipe passages through a surface perpendicular to the longitudinal axis is in the
  • Jacket space exits addressed a design within the scope of the invention, according to which the heat exchanger may have a plurality of chambers, so that in a first chamber through the connection zone, the supply of Mantelraumfluid and in a last chamber through the connection zone, the removal of jacket space fluid from the heat exchanger can be done. If the heat exchanger has a single chamber, the first and last chambers are identical and the jacket space fluid flows through them alone.
  • the tubes of the tube bundle are arranged aligned with their longitudinal extent parallel to the longitudinal axis.
  • the parallel alignment of the tubes is not mandatory, for example, the tubes can also each run on a spiral path about the longitudinal axis in the shell space.
  • the tube bundle heat exchanger on a single chamber.
  • the shell and tube heat exchanger with a chamber as a module for a multi-part
  • Tube bundle heat exchanger formed by the outlet from the discharge chamber is designed for connection to the inlet into the supply chamber. This allows connecting a plurality of tube bundle heat exchanger to a kind of tower or stack, in which in operation
  • Heat exchanger module enters the next module.
  • the tube bundle heat exchanger in a development of the invention two or more, preferably up to twenty, chambers around a single tube bundle, wherein between adjacent chambers at least one deflection segment for the jacket space fluid is arranged.
  • Tube bottom and a deflection segment is limited.
  • Deflection segment consists of a disc having a surface perpendicular to the longitudinal axis, which corresponds inversely to the tube mirror, wherein an inner region is cut from this surface or an outer region is cut off.
  • the inner portion in its cross section practically corresponds to that of the inner channel, and the outer portion in its cross section practically coincides with that of the outer channel.
  • Shell and tube heat exchanger having a jacket fluid supply means in the inner or in the outer channel and a discharge means for Mantelraumfluid from the outer or from the inner channel, wherein the connection zone between the inner and outer channel an integral part of the feed device
  • the jacket space fluid flows toward or away from the longitudinal axis.
  • the flow direction of the jacket space fluid through the supply device is opposite to the direction of flow through the discharge device. That is, through the supply, the mantle space fluid flows toward the longitudinal axis (away from the longitudinal axis), and through the exhaust, the mantle space fluid flows away from the longitudinal axis (on top of the longitudinal axis)
  • the tube bundle may in particular have a circular cross section, so that in a structurally simple manner an internal structure of
  • Heat exchanger is realized, which in operation a particularly uniform flow around the pipes from
  • the tube bundle can be arranged concentrically to the longitudinal axis.
  • the tube bundle is arranged eccentrically to the longitudinal axis, whereby an additional possibility is created by the positioning of the tube bundle, to influence the flow in the shell space.
  • connection zone has a first and a second passage area and two lateral boundaries, wherein the first passage area is the transition between the outer channel and the connection zone, the second passage area is the transition between the connection zone and the inner channel first lateral boundary extending from one extending in the longitudinal direction of the shell space edge of the first Passage surface to the corresponding in the longitudinal direction of the shell space extending edge of the second
  • Passage surface extends, and the second lateral
  • Jacket space extending edge of the first passage surface to the corresponding extending in the longitudinal direction of the jacket space edge of the second passage surface extends.
  • connection zone The two lateral boundaries of the connection zone are substantially parallel to each other when the connection zone is to realize the shortest path between the inner and outer channels.
  • lateral boundaries of the connection zone in a direction perpendicular to the longitudinal axis or a
  • connection zone create different cross-sectional shapes of the connection zone.
  • the cross-section of the connection zone is the area through which the jacket space fluid flows when it flows between the inner and the outer channel.
  • the invention provides a variety of ways to adjust the design of the geometry of the connection zone the desired during operation flow profile of the jacket space fluid and thus the kinetics of heat transfer. Examples of the design of the geometry of
  • Invention is the tube bundle of at least two,
  • the tube bundle modules can be the same.
  • n-1 (for example, three)
  • Tube bundle modules with a cross-section perpendicular to
  • connection zone is formed by the missing to the full circle n-th (for example, fourth) module.
  • the connection of the tube bundle modules is Favor in a simple manner by insertion into the at least one tubesheet.
  • At least one tube bundle module is formed non-uniformly to the at least one other tube bundle module.
  • a tube bundle module comprises a section of the tube mirror with the connection zone and adjacent tubes, while the one or more further tube bundle modules contribute the remaining tubes to the entire tube mirror.
  • the invention also provides a tube bundle for a shell and tube heat exchanger described above. Such a tube bundle can be manufactured and sold separately. The final assembly of the entire heat exchanger can then, for example, only at the site by installation in the mantle and attaching the inlets and outlets to the
  • connections for the connection zone take place.
  • the tube bundle heat exchanger according to the invention can be any tube bundle heat exchanger according to the invention.
  • Heat exchange surface of the tube bundle heat exchanger is particularly advantageous to use as a gas-gas heat exchanger, ie for heat exchange between two substantially gaseous fluids.
  • Heat recovery from hot exhaust gas streams are used.
  • a particular field of application is the use in the context of methods for the synthesis of
  • FIG. 1 Schematic representation of a longitudinal section
  • top and a schematic open perspective view of the corresponding shell space with tube bundle and deflection segments (bottom)
  • Figure 2 is a schematic representation of a longitudinal section
  • top and a schematic open perspective view of the corresponding shell space with tube bundle and deflection segments (bottom), wherein the respective head space for the
  • Figure 3 is a schematic open perspective
  • Tube bundle heat exchanger with a chamber Tube bundle heat exchanger with a chamber
  • Figure 4 is a schematic open perspective
  • Tube bundle heat exchanger with two chambers Tube bundle heat exchanger with two chambers
  • Figure 5 is a schematic open perspective
  • Tube bundle heat exchanger with three chambers Tube bundle heat exchanger with three chambers
  • Figure 6 is a schematic open perspective
  • Figure 7 is a schematic perspective external view of the shell space with supply and discharge devices of the illustrated in Figure 6
  • Figure 8 is a schematic representation of a longitudinal section of another embodiment of the
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a longitudinal section of a further embodiment of the invention
  • Figure 10 is a schematic representation of a longitudinal section of another embodiment of the invention.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a cross section through a tube bundle according to another
  • Figure 31 is a schematic open perspective
  • the pipe mirror according to the invention in the simplest case may have a radial shape, that is, be circular, but pipes are not arranged over the entire circumference of the circle. Over a freestanding gap the
  • Connection zone can the jacket space fluid in the
  • the fluid flows radially around the tubes towards the jacket of the heat exchanger.
  • the fluid flows from there parallel to the jacket wall into the next chamber, where it can again flow radially across the tube bundle to the central channel of the heat exchanger. So the fluid becomes the central channel of the next
  • Radial tube bundle heat exchanger is constructed.
  • FIG. 3 shows a heat exchanger with a chamber
  • the tube-side fluid enters via the in the planar representation of the perspective view left rearwardly opening hood, is distributed to the tubes and passes through the right forward opening hood again out.
  • the mantle space fluid is supplied through an opening in the mating zone which lies below the planar representation of the perspective representation and, after its passage through the mantle space, exits the heat exchanger through an opening located at the top.
  • the geometry of the connection zone is next to the length of the shell space of the chamber, which with the entrance or
  • Deriving means for Mantelramfluid is in communication, determined by the width of this chamber and the dimension and positioning of the two flat black side boundaries of the connection zone.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention
  • Rohrbündel ⁇ rmübertragers invention shown, which has two chambers, which has a baffle in the
  • Tube mirror to be separated Tube mirror to be separated.
  • the jacket space fluid is represented by a perspective view in the plane representation
  • FIG. 5 shows a corresponding heat exchanger with such a heat exchanger shown additional chamber.
  • Figure 6 is a
  • FIG. 7 shows an external view of the jacket space of the embodiment shown in FIG.
  • An inlet and an outlet for the jacket space fluid is placed in the form of a hood on the jacket space, the lateral surface has corresponding recesses to the passage of the jacket space fluid from the feeder into the connection zone of the first chamber and from the
  • Figure 8 is a longitudinal section through a
  • Shell and tube heat exchanger shown with two chambers.
  • the pipe mirror can basically have a radially ordered shape or emulate a radial shape with the aid of a plurality of segments.
  • the number of segments can be arbitrary.
  • the tubes can be arranged relative to one another in alignment or offset from one another.
  • a further possibility for arranging the tubes relative to one another in the context of the invention is a special variant of the staggered arrangement, namely the arrangement of rows of tubes positioned behind one another as viewed from the longitudinal axis such that the tubes are arranged on a curved path. This arrangement is achieved when a wall bond with pipes whose centers are concentric
  • Circles are positioned around the longitudinal axis. In the figures, such curved tracks 28 are marked as dotted lines.
  • the tube bundle according to the invention has, in a preferred embodiment, at least one segment in which tubes are arranged with their centers on at least three concentric circles to the longitudinal axis such that the line connecting the centers of a tube of a circle to a tube of the circle with the next larger diameter Continuation to an adjacent tube of a next circle with a larger one
  • Diameter of a curved track 28 results.
  • the invention provides the ability to pack the tubes particularly closely on adjacent circles, because the distance between the circles on which the centers of the tubes are arranged, can be suitably dimensioned
  • Pipe spacing also be chosen lower than the
  • Tube bundles realized, which are shown in the figures.
  • the fluid inlet and outlet gaps of the connection zone which is formed by missing tubes on the tube mirror, can take on any geometry, such as
  • FIGS. 11 to 16 In addition, flow arrows are drawn in, which illustrate the flow of the jacket space fluid during operation.
  • FIGS. 11 and 12 there is shown a tube mirror according to an embodiment of the invention in which the connection zone has a constant cross-sectional area in the direction of the longitudinal axis; the lateral ones
  • connection zone Boundary surfaces of the connection zone are parallel to each other.
  • Figure 17 shows an alternative pipe mirror with the same area with a different arrangement of the tubes and also parallel walls of the connection zone. Also in Figure 27, the lateral boundaries of
  • connection zone here tangent to the inner channel leads (see below).
  • FIG. 13-16 18, 19, 21, 25, 26, 28, 29 and 30, tube mirrors are shown in which the connection zone tapers towards the longitudinal axis at an angle CC (alpha).
  • Fig. 20 is a pipe mirror
  • connection zone is in
  • connection zone extends at least
  • both lateral boundaries of the connection zone can at least partially extend radially seen from the longitudinal axis.
  • the two lateral boundaries of the connection zone can be seen within the scope of the invention from the longitudinal axis or in the direction from the outer channel to the inner Channel at an angle in the range of about 180 ° to about 10 °.
  • the vertex of the angle CC need not necessarily lie on the longitudinal axis, but rather its position with regard to the design of the airfoil of the
  • Connection zone is the apex of the angle CC not on the longitudinal axis, but in particular in the region of the inner channel outside the longitudinal axis or in the tubular region of the tube mirror.
  • the first or the second lateral boundary runs or
  • Both side boundaries of the connection zone in cross-section perpendicular to the longitudinal axis are at least partially substantially tangential to the edge of the inner channel.
  • FIG. 26 shows a variant of this embodiment in which both lateral boundaries run tangentially to the edge of the inner channel.
  • a lateral boundary runs tangentially to the edge of the inner one
  • connection zone extends radially to the longitudinal axis.
  • a lateral boundary runs tangentially to the edge of the inner one Channel
  • the other lateral boundary of the connection zone runs on a spiral path, which winds from the outer channel to the inner channel.
  • the center of the spiral lies in the tubular area of the
  • connection zone depending on how the flow of the jacket space fluid is to be guided in the connection zone, the first or the second lateral boundary or both lateral boundaries of the connection zone in FIG.
  • FIG. 22 shows a tube mirror according to another
  • Embodiment of the invention shown in which both lateral boundaries extend to a spiral path.
  • the illustrations in FIGS. 24 and 25 show
  • the number of tubes per cross-sectional area perpendicular to the longitudinal axis in the connection zone may be in the context of
  • connection zone can be free of tubes.
  • Connection zone tubes are arranged, but less than in the remaining region of the tube mirror outside of the inner and the outer channel.
  • the tubes are arranged in the connection zone such that a double spiral path for the transport of
  • connection zone Mantelraumfluids is formed by the connection zone.
  • At least one tube preferably a plurality of tubes, may or may be arranged according to the invention in the connection zone such that a multi-pass connection zone is realized.
  • first or the second lateral boundary or both lateral boundaries of the connection zone can be clad at least in sections.
  • Figs. 12 to 21 and 26 to 30 are
  • connection zone As a cladding preferably a metal sheet for the separation of the connection zone in the region of the lateral boundary or boundaries in the pipe mirror is installed.
  • the sheet is in particular according to the shape of the concerned
  • the shell-and-tube heat exchanger has at least two, in particular three or four or five, connection zones, which are preferably distributed uniformly in the pipe mirror.
  • a tube mirror of such an embodiment is shown in Figure 30 with four connection zones. These are distributed evenly around the circumference of the tube mirror.
  • connection zones are occupied by pipes
  • connection zones can converge in the outer jacket, so that only one supply and discharge device for each
  • supply and / or discharge devices may be mounted on the tube bundle heat exchanger.
  • FIG. 31 shows a further embodiment of the invention according to which the flow of the jacket space fluid is further improved with regard to a uniform gas distribution in the tube bundle.
  • Connecting zone has, in comparison with the Entry opening a shorter extension in the direction
  • the fluid inlet and outlet nozzles for the jacket space fluid can basically take on any shape within the scope of the invention, for example with a rectangular, oval or circular cross section.
  • Tube bundle heat exchanger can be between -270 to 2000 ° C lie. Preferred is a working group between 0 to 700 ° C.
  • Tubular heat exchangers or separately used as part of another apparatus, as soon as a heat transfer as the main or secondary function happens.
  • both heat exchangers have the same tube length as well as the same tube inside and outside diameter as well as the same tube pitch.
  • the compared heat exchangers differ with regard to the number of tubes.
  • a semi-radial heat exchanger with 76.1 mm outside diameter tubes with a total heat transfer area of 573.78 square meters is used for heat transfer between gas streams in a sulfuric acid plant with the following parameters.
  • the amount of heat transferred is 607 kW.
  • Heat exchanger as in embodiment 1 in another process with the following gas composition the radial heat exchanger only has a power of 634 kW, while the inventive semi-radial heat exchanger has a power of 677 kW.
  • the semiradial heat exchanger according to the invention achieves the same performance as the radial heat exchanger of Embodiment 2 under the same process conditions, that is, a power of 634 kW.
  • the pipe diameter, pipe length and pipe pitch remain the same for both heat exchangers, however, the number of pipes for the semi-radial decreases

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Abstract

Um eine gleichmäßige Gasverteilung bei der Umströmung des Rohrbündels zu ermöglichen, stellt die Erfindung einen Rohrbündelwärmeübertrager zur Verfügung, in welchem in einem Mantelraum ein Rohrbündel aus mehreren Rohren mit zumindest einem Rohrboden angeordnet ist, welcher nach außen von einer Mantelfläche begrenzt wird und eine zentral im Mantelraum verlaufende Längsachse hat, wobei die Anordnung der Rohre im Rohrbündel einen Rohrspiegel definiert, welcher einen von Rohren freien inneren Kanal um die Längsachse und einen von Rohren freien äußeren Kanal zwischen dem äußeren Rand des Rohrbündels und der Mantelfläche aufweist, wobei gemäß der Erfindung der Rohrspiegel zwischen innerem und äußeren Kanal zumindest eine Verbindungszone aufweist, durch welche im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers Fluid in den Mantelraum eintritt und/oder aus dem Mantelraum austritt.

Description

Rohrbündelwärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmeübertrager gemäß Anspruch 1. Rohrbündelwärmeübertrager werden auch als
Rohrbündelwärmetauscher bezeichnet und sind die in der Industrie am Häufigsten eingesetzten Wärmetauscher. Bei den Rohrbündelwärmetauschern trennt die Wärmeübertragungsfläche einen heißen von einem kalten Fluidraum. Ein Fluid fließt durch die Rohre (rohrseitig) , während das andere Fluid um die Rohre strömt (mantelseitig) . Rohrbündel werden im
Mantel platziert und dabei so in einem Rohrboden gehalten, dass dieser eine Barriere bildet, um die Vermischung der beiden unterschiedlich temperierten Fluide zu vermeiden. Um eine höhere Geschwindigkeit im Mantel zu erzeugen bzw. die Kontakthäufigkeit des Mediums im Mantelraum mit der Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen, werden Umlenksegmente eingesetzt. Das Fluid im Mantel hat eine längere Strecke zwischen Ein- und Ausgangsstutzen zur passieren.
Ein derartiger Wärmetauscher gemäß dem Stand der Technik ist in Figur 1 dargestellt. In der Abbildung oben ist ein Längsschnitt durch einen im Kreuzstrom betriebenen
Rohrbündelwärmetauscher dargestellt. In der Abbildung unten ist eine offene perspektivische Darstellung des Mantelraums mit Rohrbündel und Umlenksegmenten gezeigt. Auf der Mantelseite hat die Rohrteilung einen großen
Einfluss auf die Fluidgeschwindigkeit und damit auf die Wärmeübertragung sowie auf den Druckverlust. Herkömmliche Kreuzströmungswärmetauscher haben auf der Mantelseite ungleichmäßige Strömungslinien und dadurch eine höhere mechanische Belastung. Außerdem sind die Druckverluste bei diesen Wärmetauschern sehr hoch.
Der nächste Schritt in der Entwicklung von
Rohrbündelwärmetauschern war ein sogenannter radial
durchströmter Apparat. Ein derartiger Wärmeübertrager ist in Figur 2 in einem Längsschnitt dargestellt. In der
Abbildung oben ist ein Längsschnitt durch einen im
Kreuzstrom betriebenen Rohrbündelwärmetauscher dargestellt. In der Abbildung unten ist eine offene perspektivische Darstellung des Mantelraums mit Rohrbündel und
Umlenksegmenten gezeigt, wobei der jeweilige Kopfraum für die Zufuhr und Abfuhr des rohrseitigen und mantelseitigen Fluids nicht dargestellt sind.
Mit einem radial durchströmten Rohrbündelwärmeübertrager können Schwächen des klassischen Rohbündelwärmetauschers verringert werden. Durch gleichmäßige Strömung vom
Zentralkanal nach außen in radialer Richtung
beziehungsweise vom Raum zwischen dem Mantel des
Wärmetauschers um die Rohrbündel herum zum Zentralkanal erreicht man sowohl geringere mechanische Belastungen als auch kleinere Druckverluste im Mantelraum des
Wärmetauschers. Damit gewinnt man nicht nur Freiheit in der Wahl der mantelseitigen Ausrichtung der Zu- und
Abführstutzen, sondern auch eine kompaktere Bauweise des Rohrbündels . Als Nachteil des Radialrohrbündelwärmetauschers nimmt man in Kauf, entweder eine komplizierte Kopf- und Endhaube zu konstruieren, indem sowohl Eintritts- als auch
Austrittsstutzen für mantelseitige sowie rohrseitige
Stutzen für die Fluidströmung durch das Rohrbündel
integriert sind. Oder es müssen die Stutzen für den
Fluidein- bzw. austritt auf der Mantelseite direkt auf den Mantel aufgebracht werden, was zu Lasten einer
gleichmäßigen Strömung in der entsprechenden Eintritts¬ beziehungsweise Austrittskammer geht.
Aufgabe der Erfindung ist, eine gleichmäßige Strömung vom Zentralkanal nach außen hin zur Mantelfläche
beziehungsweise vom Raum zwischen dem Mantel des
Wärmetauschers um die Rohrbündel herum zum Zentralkanal hin, und gleichzeitig eine konstruktiv einfache Fluidzufuhr in den und Fluidabfuhr aus dem Mantelraum zu ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, den
mantelseitigen Druckverlust eines
Rohrbündelwärmeübertragers gegenüber einem solchen mit vergleichbarer Wärmeübertragungsleistung bereit zu stellen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei
vergleichbarer Wärmeübertragungsleistung die Baugröße eines Rohrbündelwärmeübertragers verringern zu können.
Diese Aufgaben werden auf überraschend einfache Weise gelöst mit einem Rohrbündelwärmeübertrager gemäß
Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung stellt einen Rohrbündelwärmeübertrager zur Verfügung, in welchem in einem Mantelraum ein Rohrbündel aus mehreren Rohren mit zumindest einem Rohrboden
angeordnet ist, welcher nach außen von einer Mantelfläche begrenzt wird und eine zentral im Mantelraum verlaufende Längsachse hat, wobei die Anordnung der Rohre im Rohrbündel einen Rohrspiegel definiert, welcher einen von Rohren freien inneren Kanal um die Längsachse und einen von Rohren freien äußeren Kanal zwischen dem äußeren Rand des
Rohrbündels und der Mantelfläche aufweist, wobei gemäß der Erfindung der Rohrspiegel zwischen innerem und äußeren Kanal zumindest eine Verbindungszone aufweist, durch welche im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers Fluid in den Mantelraum eintritt und/oder aus dem Mantelraum austritt.
Am Beispiel der Grundform eines Radial-Rohrbündel- Wärmetauschers sei im Folgenden die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lösung näher erläutert. Bei einem
zylinderförmigen Wärmetauscher sind die Rohre einem
Rohrspiegel mit Kreisquerschnitt im Prinzip radial
zueinander angeordnet. Das Rohrbündel ist dabei so
ausgebildet, dass es kein komplettes Ringbündel bildet, sondern mittels der Verbindungszone ein wie auch immer geartetes Segment des Kreisquerschnitts des Rohrspiegels von der Rohrbesetzung ausgespart ist. Dadurch werden die Vorteile eines klassischen Rohrbündel-Wärmetauschers, insbesondere so genannter Kreuzströmer, mit einem radialen Rohrbündelwärmetauscher kombiniert. Die Erfindung
ermöglicht so eine bessere Wärmeübertragung mit
Verringerung des Druckverlusts im Mantelraum. Durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager werden im Betrieb zudem geringere mechanische Belastungen des Wärmetauschers im Vergleich zum klassischen Rohrbündelwärmeübertrager
realisiert, ohne dass eine kompliziert aufgebaute Kopf- und Endhaube erforderlich ist. Vielmehr kann auf eine Haube im herkömmlichen Sinn im Anschluss an den Rohrboden in
Längsrichtung des Wärmetauschers im Prinzip verzichtet werden. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Erfindung kompakter und damit auch kleiner gebaut werden.
Schlagwortartig ausgedrückt wird mit dem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeübertrager eine "semiradiale Strömung" realisiert. Ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager wird daher auch als "Semi RF Heat Exchanger" bezeichnet. Dabei soll der Ausdruck "semi" dahingehend verstanden werden, dass nur ein Teil - nicht zwingend die Hälfte - des
Rohrspiegels mit Rohren bestückt ist.
Der Mantelraum wird nach außen im wesentlichen parallel zur Einhüllenden um das Rohrbündel von der Mantelfläche
begrenzt. Das Rohrbündel kann im Rahmen der Erfindung dabei grundsätzlich eine beliebige äußere Form haben.
Insbesondere kann die äußere Begrenzung des Rohrbündels im Querschnitt gesehen von einem Kreis, einem Polygon, beispielsweise einem Rechteck, vorzugsweise einem Quadrat, oder einer Ellipse eingehüllt werden.
Die Rohre des Rohrbündels sind insbesondere allein durch die Mantelfläche in einer Richtung senkrecht zu ihrer
Längsachse beziehungsweise zur Längesachse des
Rohrbündelwärmeübertragers eingehaust, so dass im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers das komplette Rohrbündel zwischen innerem Kanal und äußerem Kanal frei umströmbar ist. Das Rohrbündel ist in der Regel mit seinem ersten Rohrboden an eine Zuführkammer für die Zuführung eines im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers durch die Rohre strömenden Rohrraummediums und mit seinem zweiten Rohrboden an eine Abführkammer für die Abführung eines im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers durch die Rohre strömenden
Rohrraummediums gekoppelt, so dass die Rohre sich in die Zu- beziehungsweise Abführkammer öffnen. In einer
speziellen Ausführungsform können die Rohre der Rohrbündels auch nur von einem einzigen Rohrboden gehalten werden und dabei zwischen ihren beiden Durchtritten durch den
Rohrboden eine Umlenkung aufweisen, beispielsweise U-Förmig gebogen sein. Dann können Zu- und Abführkammer einander benachbart in einer einzigen Endhaube untergebracht sein.
Die "Verbindungszone" des erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmeübertragers ist der Bereich, in welchem der Strömungswiderstand für das Mantelraumfluid gegenüber dem Strömungswiderstand für das radiale Umströmen des
Rohrbündels reduziert ist. In diesem Bereich ist die
Packungsdichte der Rohre im Rohrbündel reduziert.
Insbesondere kann der Bereich der Verbindung im Rohrspiegel frei von Rohren sein. Die Anzahl der Rohrdurchtritte durch eine Fläche senkrecht zur Längsachse ist in der
Verbindungszone geringer als im außerhalb der
Verbindungszone gelegenen Bereich des Rohrspiegels.
Die Formulierung, dass durch die Verbindungszone im Betrieb Fluid in den Mantelraum eintritt "und/oder" aus dem
Mantelraum austritt, adressiert eine Bauform im Rahmen der Erfindung, wonach der Wärmeübertrager mehrere Kammern aufweisen kann, so dass in einer ersten Kammer durch die Verbindungszone die Zufuhr von Mantelraumfluid und in einer letzten Kammer durch die Verbindungszone die Abfuhr von Mantelraumfluid aus dem Wärmeübertrager erfolgen kann. Hat der Wärmeübertrager eine einzige Kammer, sind erste und letzte Kammer identisch und das Mantelraumfluid strömt allein durch diese hindurch.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform sind die Rohre des Rohrbündels mit ihrer Längserstreckung parallel zu der Längsachse ausgerichtet angeordnet. Die parallele Ausrichtung der Rohre ist nicht zwingend, beispielsweise können die Rohre auch jeweils auf einer Spiralbahn um die Längsachse im Mantelraum verlaufen .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Rohrbündelwärmeübertrager eine einzige Kammer auf.
Insbesondere ist der Rohrbündelwärmeübertrager mit einer Kammer als ein Modul für einen mehrteiligen
Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet, indem der Austritt aus der Abführkammer zum Anschluss an den Eintritt in die Zuführkammer ausgebildet ist. Dadurch wird ein Verbinden mehrerer Rohrbündelwärmeübertrager zu einer Art Turm oder Stapel ermöglicht, in welchem im Betrieb das
Mantelraumfluid nach dem Verlassen eines
Wärmeübertragermoduls in das nächste Modul eintritt.
Um längere Strömungswege bei möglichst hohem treibenden Gefälle für die Wärmeübertragung realisieren zu können, weist der Rohrbündelwärmeübertrager in einer Weiterbildung der Erfindung zwei oder mehr, vorzugsweise bis zu zwanzig, Kammern um ein einziges Rohrbündel auf, wobei zwischen einander benachbarten Kammern zumindest ein Umlenksegment für das Mantelraumfluid angeordnet ist. Im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers tritt das
Mantelraumfluid in die erste Kammer ein, welche außer durch die Mantelfläche und den Rand der Verbindungszone zwischen innerem und äußerem Kanal des Rohrspiegels von einem
Rohrboden und einem Umlenksegment begrenzt ist. Das
Umlenksegment besteht aus einer Scheibe mit einer Fläche senkrecht zur Längsachse, welche invers zum Rohrspiegel korrespondiert, wobei von dieser Fläche ein innerer Bereich ausgeschnitten oder ein äußerer Bereich abgeschnitten ist. Insbesondere korrespondiert der innere Bereich in seinem Querschnitt praktisch mit demjenigen des inneren Kanals, und der äußere Bereich in seinem Querschnitt praktisch mit demjenigen des äußeren Kanals.
Einen konstruktiv einfachen Anschluss an vor- beziehungsweise nachgelagerte Apparate wird gemäß der Erfindung dadurch ermöglicht, dass der
Rohrbündelwärmeübertrager eine Zuführungseinrichtung für Mantelraumfluid in den inneren oder in den äußeren Kanal und eine Abführungseinrichtung für Mantelraumfluid aus dem äußeren oder aus dem inneren Kanal aufweist, wobei die Verbindungszone zwischen innerem und äußerem Kanal ein integraler Bestandteil der Zuführungseinrichtung
beziehungsweise der Abführungseinrichtung ist.
Bei einer ungeraden Anzahl von Kammern ist in Bezug auf die Längsachse die Strömungsrichtung des Mantelraumfluids durch die Zuführungs- und durch die Abführungseinrichtung
dieselbe. Das heißt, durch die Zu- und durch die Abführung fließt das Mantelraumfluid auf die Längsachse zu oder von ihr weg. Bei einer geraden Anzahl von Kammern ist in Bezug auf die Längsachse die Strömungsrichtung des Mantelraumfluids durch die Zuführungseinrichtung der Strömungsrichtung durch die Abführungseinrichtung entgegengesetzt. Das heißt, durch die Zuführung fließt das Mantelraumfluid auf die Längsachse zu (von der Längsachse weg) , und durch die Abführung fließt das Mantelraumfluid von der Längsachse weg (auf die
Längsachse zu) .
Im Rahmen der Erfindung kann das Rohrbündel insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, so dass in konstruktiv einfacher Weise ein innerer Aufbau des
Wärmeübertragers realisiert wird, der im Betrieb eine besonders gleichmäßige Umströmung der Rohre vom
Mantelraumfluid gewährleistet.
Das Rohrbündel kann dabei konzentrisch zur Längsachse angeordnet sein. In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Rohrbündel exzentrisch zur Längsachse angeordnet, wodurch über die Positionierung des Rohrbündels eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen wird, die Strömung im Mantelraum zu beeinflussen.
Die Verbindungszone weist in einer vorteilhaft einfachen Ausgestaltung eine erste und eine zweite Durchtrittsfläche sowie zwei seitliche Begrenzungen auf, wobei die erste Durchtrittsfläche der Übergang zwischen dem äußeren Kanal und der Verbindungszone ist, die zweite Durchtrittsfläche der Übergang zwischen der Verbindungszone und dem inneren Kanal ist, die erste seitliche Begrenzung sich vom einen in Längsrichtung des Mantelraums verlaufenden Rand der ersten Durchtrittsfläche zum korrespondierenden in Längsrichtung des Mantelraums verlaufenden Rand der zweiten
Durchtrittsfläche erstreckt, und die zweite seitliche
Begrenzung sich vom anderen in Längsrichtung des
Mantelraums verlaufenden Rand der ersten Durchtrittsfläche zum korrespondierenden in Längsrichtung des Mantelraums verlaufenden Rand der zweiten Durchtrittsfläche erstreckt.
Die beiden seitlichen Begrenzungen der Verbindungszone verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, wenn die Verbindungszone den kürzesten Weg zwischen innerem und äußeren Kanal realisieren soll. Im Rahmen der Erfindung können die seitlichen Begrenzungen der Verbindungszone in einer Richtung senkrecht zur Längsachse oder einer
Parallelen der Längsachse auch abschnittsweise
unterschiedliche Querschnittsformen der Verbindungs zone schaffen. Der Querschnitt der Verbindungszone ist die vom Mantelraumfluid durchströmte Fläche, wenn dieses zwischen dem inneren und dem äußeren Kanal strömt.
Die Erfindung schafft eine Vielzahl von Möglichkeiten, durch die Gestaltung der Geometrie der Verbindungszone das im Betrieb gewünschte Strömungsprofil des Mantelraumfluids und damit auch die Kinetik des Wärmeübergangs einzustellen. Beispiele für die Gestaltung der Geometrie der
Verbindungszone werden unten anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist das Rohrbündel aus zumindest zwei,
vorzugsweise drei oder vier oder fünf, Rohrbündelmodulen zusammengesetzt. So wird ein Aufbau eines gewünschten Rohrbündels unter Realisierung der erfindungsgemäßen
Verbindungszone mit vorgefertigen Modulen nach dem
Baukastenprinzip ermöglicht. Die Rohrbündelmodule können dabei gleichartig sein.
Insbesondere können n-1 (beispielsweise drei)
Rohrbündelmodule mit im Querschnitt senkrecht zur
Längsachse gesehen im Wesentlichen 1 /n-kreisförmigem
(beispielsweise viertelkreisförmigem) Rohrspiegel
miteinander verbunden werden, wobei die Verbindungs zone durch das zum Vollkreis fehlende n-te (beispielsweise vierte) Modul entsteht. Die Verbindung der Rohrbündelmodule erfolgt bevorzug in einfacher Weise durch Einsetzen in den zumindest einen Rohrboden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Rohrbündelmodul ungleichartig zu dem zumindest einen anderen Rohrbündelmodul ausgebildet. Insbesondere umfasst nach dieser Ausführungsform ein Rohrbündelmodul einen Ausschnitt aus dem Rohrspiegel mit der Verbindungszone und benachbarten Rohren, während das eine weitere oder die weiteren Rohrbündelmodule die übrigen Rohre zum gesamten Rohrspiegel beisteuern. Die Erfindung stellt auch ein Rohrbündel für einen oben beschriebenen Rohrbündelwärmeübertrager zur Verfügung. Ein derartiges Rohrbündel kann separat gefertigt und vertrieben werden. Die Endmontage des gesamten Wärmetauschers kann dann beispielsweise erst am Einsatzort durch Einbau in den Mantel und Anbringen der Zu- und Abführungen an die
Anschlüsse für die Verbindungszone erfolgen. Der erfindungsgemäße Rohrbündelwärmeübertrager kann
grundsätzlich für flüssige und gasförmige Medien verwendet werden sowie für Fluide, die flüssige und gasförmige
Komponenten enthalten wie etwa Aerosole oder Nassdampf. Durch die mit der Erfindung erreichbare relativ hohe
Wärmeaustauschfläche ist der Rohrbündelwärmeübertrager besonders vorteilhaft zu verwenden als Gas-Gas- Wärmeübertrager, also zum Wärmeaustausch zwischen zwei im Wesentlichen gasförmigen Fluiden. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Rohrbündelwärmeübertrager zur
Wärmerückgewinnung aus heißen Abgasströmen eingesetzt werden. Ein besonderes Anwendungsgebiet ergibt sich mit dem Einsatz im Rahmen von Verfahren zur Synthese von
Schwefelsäure (H2S04) .
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche und ähnliche Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
Figur 1 Schematische Darstellung eines Längsschnitts
durch einen im Kreuzstrom betriebenen
Rohrbündelwärmetauscher nach dem Stand der
Technik (oben) sowie eine schematische offene perspektivische Darstellung des entsprechenden Mantelraums mit Rohrbündel und Umlenksegmenten (unten) ,
Figur 2 schematische Darstellung eines Längsschnitts
durch einen im Kreuzstrom betriebenen radialen Rohrbündelwärmetauscher nach dem Stand der
Technik (oben) sowie eine schematische offene perspektivische Darstellung des entsprechenden Mantelraums mit Rohrbündel und Umlenksegmenten (unten) , wobei der jeweilige Kopfraum für die
Zufuhr und Abfuhr des rohrseitigen und mantelseitigen Fluids nicht dargestellt sind,
Figur 3 eine schematische offene perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers mit einer Kammer,
Figur 4 eine schematische offene perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers mit zwei Kammern,
Figur 5 eine schematische offene perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers mit drei Kammern,
Figur 6 eine schematische offene perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers mit vier Kammern, Figur 7 eine schematische perspektivische Außenansicht des Mantelraums mit Zu- und Abführeinrichtungen des in Figur 6 dargestellten
Rohrbünde1wärmetausehers ,
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbünde1wärmetausehers , Figur 9 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbünde1wärmetausehers ,
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbünde1wärmetausehers , Figur 11 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Rohrbündel gemäß einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rohrbünde1wärmetausehers , Figuren 12 bis 30
schematische Darstellungen jeweils eines Querschnitts durch ein Rohrbündel gemäß jeweils einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbünde1wärmetausehers ,
Figur 31 eine schematische offene perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers mit einer Kammer (oben) , bei welchem der Mantel exzentrisch zum Rohrbündel angeordnet ist, und die korrespondierende Ansicht im Querschnitt (unten) .
In den Figuren ist zur Veranschaulichung teilweise die Strömungsrichtung des Mantelraumfluids und des
Rohrraumfluids durch Pfeile angedeutet, wie sie im Betrieb des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeübertragers
prinzipiell erfolgt.
Der Rohrspiegel kann gemäß der Erfindung im einfachsten Fall eine radiale Form haben, das heißt, kreisförmig sein, wobei aber Rohre nicht über den gesamten Umfang des Kreises angeordnet sind. Über einen freistehenden Spalt der
Verbindungszone kann das Mantelraumfluid in den
Zentralkanal des Wärmetauschers strömen. Von dort fließt das Fluid radial um die Rohre herum Richtung Mantel des Wärmetauschers. Bei einem Rohrbündelwärmeübertrager mit mehreren Kammern strömt das Fluid von dort parallel zur Mantelwand in die nächste Kammer, wo es wieder radial über das Rohrbündel zum Zentralkanal des Wärmetauschers strömen kann. So wird das Fluid zum Zentralkanal der nächsten
Kammer geleitet. Die Position der Stutzen als Zuführ- und Abführeinrichtung für das Mantelraumfluid sowie der Haube folgen dem gleichen Prinzip wie dem eines klassischen
Rohrbündelwärmetauschers mit dem Unterschied, dass der Rohrspiegel nach dem Prinzip eines
Radialrohrbündelwärmetauschers aufgebaut ist.
In den Figuren 3 bis 10 ist die oben grundsätzlich
erläuterte Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmeübertragers anhand unterschiedlicher
Beispiele illustriert.
In Figur 3 ist ein Wärmeübertrager mit einer Kammer
dargestellt. Das rohrseitige Fluid tritt über die in der ebenen Wiedergabe der perspektivischen Darstellung links nach hinten mündende Haube ein, wird auf die Rohre verteilt und tritt durch die rechts nach vorne mündende Haube wieder aus. Das Mantelraumfluid wird durch eine m der ebenen Wiedergabe der perspektivischen Darstellung unten liegende Öffnung in die Verbindungszone zugeführt und tritt nach seiner Passage des Mantelraums durch eine oben liegende Öffnung aus dem Wärmeübertrager aus. Die Geometrie der Verbindungszone wird neben der Länge des Mantelraums der Kammer, welche mit der Eintritts- beziehungsweise
Abführeinrichtung für das Mantelramfluid in Verbindung steht, bestimmt durch die Breite dieser Kammer und die Abmessung und Positionierung der beiden flächig schwarz dargestellten seitlichen Begrenzungen der Verbindungszone.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmübertragers gezeigt, welcher zwei Kammern hat, die über ein Leitblech im
Rohrspiegel getrennt werden. Das Mantelraumfluid wird durch eine in der ebenen Wiedergabe der perspektivischen
Darstellung rechts unten liegende Öffnung in die
Verbindungszone zugeführt und von dort in den inneren Kanal zugeführt. Nach seiner Passage der ersten Kammer des
Mantelraums tritt es durch den vom Leitblech frei
gelassenen äußeren Kanal in die zweite Kammer über und durchströmt dort den Rohrspiegel von außen nach innen in den inneren Kanal. Von dort verläßt das Mantelraumfluid den inneren Kanal in die Verbindungszone und tritt durch die in der perspektivischen Darstellung links unten liegende
Öffnung aus dem Wärmeübertrager aus.
Zwischen den beiden Kammern der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform können weitere Kammern angeordnet werden, um die Wärmeaustauschfläche zu erhöhen. In Figur 5 ist ein entsprechender Wärmeübertrager mit einer solchen zusätzlichen Kammer dargestellt. In Figur 6 ist ein
entsprechender Wärmeübertrager mit zwei solchen
zusätzlichen Kammern dargestellt.
Figur 7 zeigt eine Außenansicht auf den Mantelraum der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform. Eine Zu- und eine Abführeinrichtung für das Mantelraumfluid ist jeweils in Form einer Haube auf den Mantelraum aufgesetzt, dessen Mantelfläche entsprechende Ausnehmungen aufweist, um den Durchtritt des Mantelraumfluids aus der Zuführeinrichtung in die Verbindungszone der ersten Kammer und aus der
Verbindungszone der letzten Kammer in die Abführeinrichtung zu ermöglichen.
In Figur 8 ist ein Längsschnitt durch einen
Rohrbündelwärmeübertrager mit zwei Kammern dargestellt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Zufuhr des
Mantelraumfluids in Richtung auf die Papierebene zu in den inneren Kanal der ersten Kammer, welche in der Darstellung in Figur 8 unten liegt. Nach Passage des Rohrbündels in der ersten Kammer strömt das Mantelraumfluid im äußeren Kanal um das Leitblechherum und passiert von außen nach innen das Rohrbündel der zweiten Kammer, welche in der Darstellung in Figur 8 oben liegt. Die Abfuhr des Mantelraumfluids erfolgt durch die Verbindungszone hin zur Abführeinrichtung in Richtung aus der Papierebene heraus aus dem inneren Kanal der zweiten Kammer. Über oben und unten in der Darstellung in Figur 8 schematisch wiedergegebenen Endhauben wird das Rohrseitige Fluid in den Wärmeübertrager eingebracht und aus diesem entnommen. In der in Figur 9 gezeigten Variante eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers erfolgt die Abfuhr des Mantelraumfluids erfolgt direkt aus dem inneren Kanal der zweiten Kammer heraus durch eine zentral angeordnete Abführeinrichtung.
Bei der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist die
Strömungsrichtung des Mantelraumfluids gegenüber der in Figur 9 gezeigten Darstellung umgekehrt; die Zufuhr des Mantelraumfluids erfolgt direkt in den inneren Kanal der dann zuerstdurchströmte Kammer durch eine zentral
angeordnete Zuführeinrichtung. Die Abfuhr des
Mantelraumfluids erfolgt in Richtung aus der Papierebene heraus aus dem inneren Kanal der dann als zweites
durchströmten Kammer über die Verbindungszone in die Abführeinrichtung
Der Rohrspiegel kann grundsätzlich eine radial geordnete Form haben oder mit Hilfe mehrerer Segmente eine radiale Form nachbilden. Die Anzahl der Segmente kann beliebig sein .
Innerhalb des Rohrspiegels können die Rohre relativ zueinander fluchtend oder versetzt zueinander angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung der Rohre relativ zueinander im Rahmen der Erfindung ist eine spezielle Variante der versetzten Anordnung, nämlich das Anordnen von - von der Längsachse aus gesehen - hintereinander positionierten Rohrreihen derart, dass die Rohre auf einer gekrümmten Bahn angeordnet sind. Diese Anordnung wird erreicht, wenn ein Mauerverbund mit Rohren aufgebaut wird, deren Mittelpunkte auf konzentrischen
Kreisen um die Längsachse positioniert sind. In den Figuren sind als gepunktete Linien solche gekrümmte Bahnen 28 markiert .
Das erfindungsgemäße Rohrbündel weist in einer bevorzugten entsprechenden Ausführungsform zumindest ein Segment auf, in welchem Rohre mit ihren Mittelpunkten auf zumindest drei zur Längsachse konzentrischen Kreisen derart angeordnet sind, dass die Verbindungslinie der Mittelpunkte eines Rohres eines Kreises zu einem Rohr des Kreises mit dem nächstgrößeren Durchmesser bei Weiterführung zu einem benachbarten Rohr eines nächsten Kreises mit größerem
Durchmesser eine gekrümmte Bahn 28 ergibt. Damit schafft die Erfindung die Möglichkeit, die Rohre auf einander benachbarten Kreisen besonders eng zu packen, denn der Abstand der Kreise, auf denen die Mittelpunkte der Rohre angeordnet sind, kann bei passend dimensioniertem
Rohrabstand auch geringer gewählt werden als der
Rohrradius. Derartige Rohranordnungen sind in den
Rohrbündeln verwirklicht, die in den Figuren dargestellt sind .
Die Fluidein- und Fluidaustrittspalten der Verbindungszone, welche durch fehlende Rohre auf dem Rohrspiegel gebildet wird, können eine beliebige Geometrie annehmen, wie
beispielsweise radial, axial, spiral, rechteckig, dreieckig mit der Spitze zum Zentrum bzw. nach Außen gerichtet.
Derartige Geometrien werden im Folgenden anhand der
Figuren 11 bis 31 näher erläutert. In den Figuren 11 bis 16 sind zusätzlich Strömungspfeile eingezeichnet, die die Strömung des Mantelraumfluids im Betrieb illustrieren.
In den Figuren 11 und 12 ist ein Rohrspiegel nach einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welchem die Verbindungszone in Richtung auf die Längsachse zu einen konstanten Querschnittsfläche hat; die seitlichen
Begrenzungsflächen der Verbindungszone sind zueinander parallel. Figur 17 zeigt einen alternativen Rohrspiegel bei gleicher Fläche mit einer anderen Anordnung der Rohre und ebenfalls parallelen Wänden der Verbindungszone. Auch in Figur 27 sind die seitlichen Begrenzungen der
Verbindungszone parallel zueinander im Rohrspiegel
angeordnet, wobei die Verbindungszone das Mantelraumfluid hier tangential zum inneren Kanal führt (siehe unten) .
In den Figuren 13 bis 16, 18, 19, 21, 25, 26, 28, 29 und 30 sind Rohrspiegel gezeigt, bei welchen die Verbindungszone sich in Richtung auf die Längsachse zu in einem Winkel CC (alpha) verjüngt. In Figur 20 ist ein Rohrspiegel
dargestellt, bei welchem die Verbindungszone sich in
Richtung auf die Längsachse zu in einem Winkel CC
erweitert. Die erste oder die zweite seitliche Begrenzung der Verbindungszone verläuft dabei zumindest
abschnittsweise radial von der Längsachse aus gesehen. Auch können beide seitliche Begrenzungen der Verbindungs zone zumindest abschnittsweise radial von der Längsachse aus gesehen verlaufen. Die beiden seitlichen Begrenzungen der Verbindungszone können im Rahmen der Erfindung von der Längsachse aus gesehen oder in Richtung vom äußeren Kanal auf den inneren Kanal hin miteinander einen Winkel im Bereich von etwa 180° bis etwa 10° einschließen.
Der Scheitelpunkt des Winkels CC muss dabei nicht zwingend auf der Längsachse liegen, vielmehr kann seine Position im Hinblick auf die Gestaltung des Strömungsprofils des
Mantelraumfluids gewählt werden.
Insbesondere im Fall von zumindest einer tangential an den Rand des inneren Kanals geführten seitlichen Begrenzung der
Verbindungszone liegt der Scheitelpunkt des Winkels CC nicht auf der Längsachse, sondern insbesondere im Bereich des inneren Kanals außerhalb der Längsachse oder in dem mit Rohren versehenen Bereich des Rohrspiegels.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder
verlaufen beide seitliche Begrenzungen der Verbindungszone im Querschnitt senkrecht zur Längsachse gesehen zumindest abschnittsweise im wesentlichen tangential zum Rand des inneren Kanals.
In Figur 26 ist eine Variante dieser Ausführungsform dargestellt, bei welcher beide seitlichen Begrenzungen tangential zum Rand des inneren Kanals verlaufen. Bei der in Figur 28 dargestellten Ausführungsform verläuft eine seitliche Begrenzung tangential zum Rand des inneren
Kanals, die andere seitliche Begrenzung der Verbindungszone verläuft radial zur Längsachse.
Bei der in Figur 29 dargestellten Ausführungsform verläuft eine seitliche Begrenzung tangential zum Rand des inneren Kanals, die andere seitliche Begrenzung der Verbindungszone verläuft auf einer Spiralbahn, welche sich vom äußeren Kanal hin zum inneren Kanal einwickelt. Das Zentrum der Spirale liegt im mit Rohren versehenen Bereich des
Rohrspiegels außerhalb der Verbindungszone.
Im Rahmen der Erfindung können je nachdem, wie die Strömung des Mantelraumfluids in der Verbindungszone geführt werden soll, die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen der Verbindungszone im
Querschnitt senkrecht zur Längsachse gesehen zumindest abschnittsweise gekrümmt verläuft oder verlaufen, wobei die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen zumindest abschnittsweise
insbesondere ein Kreisbogensegment oder einen Abschnitt einer Spirale definiert oder definieren.
Der Radius der Kreisbogensegmente beider Begrenzungen kann dabei gleich oder unterschiedlich sein. Die Spirale hat Zentrum im Raum zwischen innerem und äußerem Kanal. In Figur 22 ist ein Rohrspiegel gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welchem beide seitliche Begrenzungen nach einer Spiralbahn verlaufen. Die Darstellungen in den Figuren 24 und 25 zeigen
Ausführungsformen, bei welchen in einem ersten Abschnitt benachbart zum inneren Kanal die seitlichen Begrenzungen spiralförmig verlaufen, und in einem zweiten Abschnitt benachbart zum äußeren Kanal die seitlichen Begrenzungen radial zur Längsachse verlaufen. Die Anzahl der Rohre pro Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse in der Verbindungszone kann im Rahmen der
Erfindung variiert werden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Rohre pro Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse in der Verbindungszone geringer ist als außerhalb der Verbindungszone, insbesondere kann die Verbindungszone frei von Rohren sein.
In den Figuren 13, 14, 18, 19 und 23 bis 25 sind
Ausführungsformen gezeigt, bei welchen in der
Verbindungszone Rohre angeordnet sind, jedoch weniger als im übrigen Bereich des Rohrspiegels außerhalb des inneren und des äußeren Kanals. Bei der Ausführungsform, deren Rohrspiegel im Querschnitt in Figur 23 dargestellt ist, sind die Rohre in der Verbindungszone derart angeordnet, dass eine doppelte Spiralbahn für den Transport des
Mantelraumfluids durch die Verbindungszone gebildet wird. Zumindest ein Rohr, vorzugsweise mehrere Rohre, kann oder können erfindungsgemäß derart in der Verbindungszone angeordnet sein, dass eine mehrgängige Verbindungszone realisiert wird.
Im Rahmen der Erfindung können die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen der Verbindungszone zumindest abschnittsweise verkleidet sein. In den Figuren 12 bis 21 und 26 bis 30 sind
Ausführungsformen mit derartigen Verkleidungen im
seitlichen Bereich der Verbindungszone dargestellt. Als Verkleidung wird vorzugsweise ein Blech zur Abtrennung der Verbindungszone im Bereich der seitlichen Begrenzung oder Begrenzungen im Rohrspiegel eingebaut. Das Blech ist insbesondere entsprechend der Form der betreffenden
seitlichen Begrenzung oder Begrenzungen plan oder gekrümmt geformt .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Rohrbündelwärmeübertrager zumindest zwei, insbesondere drei oder vier oder fünf, Verbindungszonen auf, welche vorzugsweise gleichmäßig im Rohrspiegel verteilt sind. Ein Rohrspiegel einer solchen Ausführungsform ist in Figur 30 mit vier Verbindungszonen dargestellt. Diese verteilen sich gleichmäßig am Umfang des Rohrspiegels.
Die Verbindungszonen sind durch mit Rohren besetzte
Bereiche voneinander getrennt. Mehrere Verbindungszonen können im äußeren Mantel zusammenlaufen, so dass nur jeweils eine Zuführ- und Abführeinrichtung für das
Mantelraumfluid an dem Rohrbündelwärmeübertrager
angeschlossen werden müssen. Im Rahmen der Erfindung können jedoch je nach Anwendungsfall auch mehr, bis hin zur Anzahl der Verbindungszonen, Zu- und/oder Abführeinrichtungen am Rohrbündelwärmeübertrager angebracht sein.
In Figur 31 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, gemäß welcher die Strömung des Mantelraumfluids im Hinblick auf eine gleichmäßige Gasverteilung im Rohrbündel weiter verbessert ist. Wie in der in Figur 31 oben
wiedergegebenen perspektivischen Ansicht oben zu erkennen ist, ist eine Eintrittsöffnung in den äußeren Kanal
vorgesehen mit einer Erstreckung in Richtung parallel der Längsachse, welche größer ist als in Richtung senkrecht dazu. Die Austrittsöffnung, welche sich an die
Verbindungszone anschließt, hat im Vergleich mit der Eintrittsöffnung eine kürzere Ausdehung in Richtung
parallel zur Längsachse und eine breitere Ausdehnung in Richtung senkrecht dazu, insbesondere ist die
Austrittsöffnung kreisförmig. Bei der gezeigten
Ausführungsform erfolgt allein die Abfuhr des
Mantelraumfluids durch die Verbindungszone. Zum Vergleich: Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform erfolgte allein die Zufuhr des Mantelraumfluids durch die
Verbindungszone .
Des Weiteren - und hierbei handelt es sich um eine von der Wahl der Querschnittsbemessungen von Ein- und
Austrittsöffnung für das Mantelraumfluid unabhängige konstruktive Massnahme - ist der Rohrspiegel exzentrisch zum Mantelraum in diesem positioniert (siehe untere
Abbildung in Figur 31) . Die Längsachse des Rohrbündels ist gegenüber der Längsachse des Mantels versetzt angeordnet. Die Richtung des Versatzes verbreitert den äußeren Kanal an der gegenüberliegenden Seite, im gezeigten Beispiel ist das Rohrbündel nach unten versetzt, so dass der äußeren Kanal oben verbreitert ist. Dadurch kann sich das einströmende Mantelraumfluid vor der Passage durch die Rohre in einem größeren Bereich verteilen. Auch die exzentrische Anordnung des Rohrbündels kann so zu einer gleichmäßigeren
Gasverteilung im Rohrbündel beitragen.
Die Fluidein- und -austrittstutzen für das Mantelraumfluid können im Rahmen der Erfindung grundsätzlich eine beliebige Gestalt annehmen, beispielsweise mit einem rechteckigen, ovalen oder kreisförmigen Querschnitt. Der
Arbeitstemperaturbereich des erfindungsgemäßen
Rohrbündelwärmetauschers kann zwischen -270 bis 2000 °C liegen. Bevorzugt wird ein Arbeitskreis zwischen 0 bis 700 °C.
Die hier beschriebenen Rohrbündel können als
Rohrbündelwärmetauscher oder separat als Teil eines anderen Apparates eingesetzt werden, sobald ein Wärmetransport als Haupt- bzw. Nebenfunktion geschieht.
In den folgenden Beispielen wird die Leistung zweier Wärmetauscher, eines erfindungsgemäßen sogenannten
"semiradialen Wärmetauschers" und eines herkömmlichen "radialen Wärmetauschers" miteinander verglichen. In jedem Beispiel haben beide Wärmetauscher die gleiche Rohrlänge sowie den gleichen Rohrinnen- und -außendurchmesser , sowie die gleiche Rohrteilung. Die verglichenen Wärmetauscher unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl der Rohre.
Ausführungsbeispiel 1
Ein semiradialer Wärmetauscher mit Rohren von 76,1 mm Außendurchmesser mit einer gesamten Wärmetransportfläche von 573,78 Quadratmetern wird für die Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in einer Schwefelsäureanlage mit den Folgenden wiedergegebenen Parametern eingesetzt.
Mantelseitige Strömung:
Volumenstrom 110.000 nm3/h
(Normkubikmeter pro Stunde)
Anteil an S02 in Vol.-% 0,35
Anteil an 02 in Vol.-% 6 Anteil an N2 in Vol.-% 93, 65
Eingangstemperatur in °C 70
Ausgangstemperatur in °C 125 für semiradialen
Wärmetauscher
Ausgangstemperatur in °C 120 für radialen
Wärmetauscher
Rohrseitige Strömung
Volumenstrom 135.000 nm3/h
(Normkubikmeter pro Stunde)
Anteil an S02 in Vol.-% 0,3
Anteil an S03 in Vol.-% 9,5
Anteil an 02 in Vol.-% 5,5
Anteil an N2 in Vol.-% 84,7
Eingangstemperatur in °C 240
Ausgangstemperatur in °C 201 für semiradialen
Wärmetauscher
Ausgangstemperatur in °C 204 für radialen
Wärmetauscher
Die übertragene Wärmemenge beträgt 607 kW.
Bei einem radialen Wärmetauscher mit derselben Rohrteilung und demselben Rohrdurchmesser sowie derselben Rohrlänge mit einer Wärmeübertragungsfläche von 577 Quadratmeter beträgt die Leistung nur 560 kW. Ausführungsbeispiel 2
Beim Einsatz derselben semiradialen und radialen
Wärmeübertrager wie in Ausführungsbeispiel 1 in einem anderen Prozess mit folgender Gaszusammensetzung hat der radiale Wärmetauscher nur eine Leistung von 634 kW, während der erfindungsgemäße semiradiale WÄrmeübertrager eine Leistung von 677 kW hat.
Mantelseitige Strömung:
Volumenstrom 25.000 nm3/h (Normkubikmeter pro Stunde)
Anteil an S02 in Vol.-% 0,3
Anteil an S03 in Vol.-% 9,5
Anteil an O2 in Vol.-% 5,5
Anteil an N2 in Vol.-% 84,7
Eingangstemperatur in °C 430
Ausgangstemperatur in °C 198 für semiradialen
Wärmetauscher
Ausgangstemperatur in °C 213 für radialen
Wärmetauscher
Rohrseitige Strömung
Volumenstrom 135.000 nm3/h
(Normkubikmeter pro Stunde)
Anteil an S02 in Vol.-% 0,35
Anteil an O2 in Vol.-% 6
Anteil an N2 in Vol.-% 93, 65
Eingangstemperatur in °C 70 Ausgangstemperatur in °C 115 für semiradialen
Wärmetauscher
Ausgangstemperatur in °C 112 für radialen
Wärmetauscher
Ausführungsbeispiel 3
In diesem Beispiel erzielt der semiradiale Wärmeübertrager gemäß der Erfindung dieselbe Leistung wie der radiale Wärmetauscher aus dem Ausführungsbeispiel 2 unter den gleichen Prozessbedingungen, das heißt eine Leistung von 634 kW. Die Rohrdurchmesser, Rohrlänge sowie Rohrteilung bleiben für beide Wärmetauscher gleich, jedoch verringert sich die Anzahl der Rohre für den semiradialen
Wärmeübertrager. In diesem Fall ist dann für die angegeben Leistung des semiradialen Wärmetauschers nur eine
Wärmeübertragungsfläche von 474 Quadratmetern nötig, während der radiale Wärmetauscher eine Übertragungsfläche von 577 Quadratmetern besitzt.
Mantelseitige Strömung:
Volumenstrom 25.000 nm3/h (Normkubikmeter pro Stunde)
Anteil an S02 in Vol.-% 0,3
Anteil an S03 in Vol.-% 9,5
Anteil an 02 in Vol.-% 5,5
Anteil an N2 in Vol.-% 84,7
Eingangstemperatur in °C 430
Ausgangstemperatur in °C 213 für semiradialen Wärmetauscher
Ausgangstemperatur in °C 213 für radialen
Wärmetauscher
Rohrseitige Strömung
Figure imgf000031_0001
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt ist sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzeln dargestellten Beispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden. Bezugszeichenliste
1 Rohrbündelwärmeübertrager
11 Kammer, erste Kammer
12 letzte Kammer
13 Zuführung für Mantelraumfluid, Zuführungseinrichtung
14 Abführung für Mantelraumfluid, Abführungseinrichtung
2 Rohrbündel
20 Rohr
21 innerer Kanal
23 äußerer Kanal
24 äußerer Rand des Rohrbündels
28 gekrümmte Bahn
200 Rohrbündelmodul
25 erster Rohrboden
26 zweiter Rohrboden
250 Zuführkammer
260 Abführkammer
R Rohrraummedium
M Mantelraummedium
3 Mantelraum
31 Mantelfläche
32 Leitblech, Umlenksegment für das Mantelraumfluid 33 Längsachse
4 Verbindungszone
41 erste Durchtrittsfläche
45 Rand der ersten Durchtrittsfläche
42 zweite Durchtrittsfläche
46 Rand der zweiten Durchtrittsfläche
43, 44 seitliche Begrenzungen
430, 440 Verkleidung, Blech der seitlichen Begrenzung Winkel (0C = alpha)

Claims

Patentansprüche
Rohrbündelwärmeübertrager (1), in welchem in einem Mantelraum (3) ein Rohrbündel (2) aus mehreren
Rohren (20) mit zumindest einem Rohrboden (25; 26) angeordnet ist,
welcher nach außen von einer Mantelfläche (31) begrenzt wird und eine zentral im Mantelraum
verlaufende Längsachse (33) hat,
wobei die Anordnung der Rohre (20) im
Rohrbündel (2) einen Rohrspiegel definiert,
welcher einen von Rohren freien inneren Kanal (21) um die Längsachse (33) und
einen von Rohren freien äußeren Kanal (23) zwischen dem äußeren Rand (24) des Rohrbündels und der Mantelfläche (31) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrspiegel zwischen innerem Kanal (21) und äußerem Kanal (23) zumindest eine Verbindungszone (4) aufweist, durch welche im Betrieb des
Rohrbündelwärmeübertragers (1) Fluid (M) in den
Mantelraum (3) eintritt und/oder aus dem
Mantelraum (3) austritt.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrbündelwärmeübertrager eine einzige
Kammer (11) aufweist.
Rohrbündelwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrbündelwärmeübertrager zwei oder mehr, vorzugsweise bis zu zwanzig, Kammern (11, 12) um ein einziges Rohrbündel (2) aufweist, wobei zwischen einander benachbarten Kammern ein Umlenksegment (32) für das Mantelraumfluid (M) angeordnet ist.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrbündelwärmeübertrager eine Zuführung (13) für Mantelraumfluid (M) in den inneren Kanal (21) oder in den äußeren Kanal (23) und
eine Abführung (14) für Mantelraumfluid (M) aus dem äußeren Kanal (23) oder aus dem inneren Kanal (21) aufweist ,
wobei die Verbindungszone (4) ein integraler Bestandteil der Zuführung (13) und/oder der
Abführung (14) ist. 5. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohrbündel (2) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
6. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohrbündel (2) konzentrisch oder exzentrisch zur Längsachse (33) angeordnet ist. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungszone (4) eine erste und eine zweite Durchtrittsfläche (41, 42) sowie zwei seitliche Begrenzungen (43, 44) aufweist,
wobei die erste Durchtrittsfläche (41) der
Übergang zwischen dem äußeren Kanal (23) und der Verbindungszone (4) ist,
die zweite Durchtrittsfläche (42) der Übergang zwischen der Verbindungszone (4) und dem inneren
Kanal (21) ist,
die erste seitliche Begrenzung (43) sich von einem in Längsrichtung des Mantelraums (3)
verlaufenden Rand (45) der ersten
Durchtrittsfläche (41) zum korrespondierenden in
Längsrichtung des Mantelraums verlaufenden Rand (46) der zweiten Durchtrittsfläche (42) erstreckt und
die zweite seitliche Begrenzung (42) sich vom anderen in Längsrichtung des Mantelraums (3)
verlaufenden Rand (45) der ersten
Durchtrittsfläche (41) zum korrespondierenden in
Längsrichtung des Mantelraums (3) verlaufenden
Rand (46) der zweiten Durchtrittsfläche (42)
erstreckt .
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden seitlichen Begrenzungen (43, 44) der Verbindungszone (44) zumindest abschnittsweise im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden seitlichen Begrenzungen (43,44) von der Längsachse (33) aus gesehen zumindest
abschnittsweise miteinander einen Winkel (CC) im
Bereich von etwa 180° bis etwa 10° einschließen.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
Ansprüche 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden seitlichen Begrenzungen (43,44) in Richtung vom äußeren Kanal (23) auf den inneren
Kanal (21) hin zumindest abschnittsweise miteinander einen Winkel (CC) im Bereich von etwa 180° bis etwa 10 einschließen .
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen (43, 44) der
Verbindungszone (4) zumindest abschnittsweise radial von der Längsachse (33) aus gesehen verläuft oder verlaufen .
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen (43,44) der
Verbindungszone (4) im Querschnitt senkrecht zur Längsachse (33) gesehen zumindest abschnittsweise im wesentlichen tangential zum Rand des inneren
Kanals (21) verläuft oder verlaufen.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen (43, 44) der
Verbindungszone (4) im Querschnitt senkrecht zur
Längsachse (33) gesehen zumindest abschnittsweise gekrümmt verläuft oder verlaufen, wobei die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen zumindest abschnittsweise insbesondere ein Kreisbogensegment oder einen Abschnitt einer
Spirale definiert oder definieren.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Rohre (20) pro Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse (33) in der
Verbindungszone (4) geringer ist als außerhalb der Verbindungszone oder dass die Verbindungszone frei von Rohren ist.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohrbündelwärmeübertrager zumindest zwei, insbesondere drei oder vier oder fünf,
Verbindungszonen (4) aufweist, welche vorzugsweise gleichmäßig im Rohrspiegel verteilt sind. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
Ansprüche 7 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste oder die zweite seitliche Begrenzung oder beide seitliche Begrenzungen (43, 44) der
Verbindungszone (4) zumindest abschnittsweise
verkleidet ist oder sind. 17. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohre (20) des Rohrbündels (2) allein durch die Mantelfläche (31) in einer Richtung senkrecht zu ihrer Längsachse eingehaust sind, so dass im Betrieb des Rohrbündelwärmeübertragers das komplette
Rohrbündel zwischen innerem Kanal (21) und äußerem Kanal (22) frei umströmbar ist.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Rohrspiegel zumindest bereichsweise Rohre (20) mit ihren Mittelpunkten auf zumindest drei zur
Längsachse (33) konzentrischen Kreisen derart
angeordnet sind, dass die Verbindungslinie der
Mittelpunkte eines Rohres eines Kreises zu einem Rohr des Kreises mit dem nächstgrößeren Durchmesser bei Weiterführung zu einem benachbarten Rohr des nächsten Kreises mit größerem Durchmesser eine gekrümmte
Bahn (28) ergibt. Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohrbündel aus zumindest zwei, vorzugsweise drei oder vier oder fünf, Rohrbündelmodulen (200) zusammengesetzt ist.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohrbündelmodule (200) gleichartig sind.
Rohrbündelwärmeübertrager (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Rohrbündelmodul ungleichartig dem zumindest einen anderen Rohrbündelmodul
ausgebildet ist.
22. Rohrbündel (2) für einen Rohrbündelwärmeübertrager (i; gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21.
23. Verwendung eines Rohrbündelwärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 als Gas-Gas- Wärmeübertrager, insbesondere zur Wärmerückgewinnung.
Verwendung eines Rohrbündelwärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 als Gas-Gas- Wärmeübertrager, insbesondere zur Wärmerückgewinnung, wobei der Gas-Gas-Wärmeübertrager in einem Verfahren zur Synthese von Schwefelsäure verwendet wird.
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