DE1501685C - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit von einem zylindrischen Druckbehälter umschlossenen Heizflächen und einem zentral und im wesentlichen koaxial zur Druckbehälterlängsachse angeordneten, zumindest an einer Stelle dicht abgeschlossenen Kernrohr, bei dem Verbindungsrohre von Kopfkammern zu den Heizflächen durch das mit stagnierendem Wärmetauschfluid gefüllte Kernrohr verlaufen. Ein derartiger Wärmetauscher ist bekannt (französische Patentschrift 1 290 952). Eine solche Ausbildungsform hat den Nachteil, daß die Kopfkammern beheizt werden. Dadurch können Strömungsinstabilitäten in der Kopfkammer und damit auch im Rohrbündel verstärkt werden. Durch die Strömungsinstabilitäten erreicht bei jeder einzelnen Kopfkammer die Wandtemperatur unterschiedliche Werte, so daß für alle Kopfkammern relativ teures, hochhitzebeständiges Material verwendet werden muß, wobei jeweils die Stelle der Kopfkammer mit der höchsten Wandtemperatur den Ausschlag gibt. Schließlich ist noch nachteilig, daß die Beheizung der Verbindungsstellen der Kopfkammer mit den Verbindungsrohren thermische Spannungen in den Schweißnähten bewirkt, so daß die Lebensdauer der Schweißnaht und damit des Wärmetauschers herabgesetzt wird.

Bei Einrichtungen zur Luftverflüssigung ist es ferner bekannt, die Zu- oder Abfuhr der beiden wärmetauschenden Medien über ein zentral angeordnetes zylindrisches Rohr durchzuführen, in welchem bereits ein Wärmetausch stattfindet. Auch eine Kesselkonstruktion ist bekannt, bei der ein zentraler

ίο Einbau als Verbindungsleitung und als Abscheideeinrichtung für ein Dampf-Wasser-Gemisch dient. Ein Wärmetausch findet nicht statt. Schließlich ist ein Wärmetauscher mit einem zentralen rohrförmigen Einbau bekanntgeworden, der teilweise als Durchführungseinrichtung und zum anderen Teil als Verdrängungskörper dient. Im Falle einer Durchführungseinrichtung ist der Einbau ein Teil der Druckleitung, im anderen Fall wird durch den an beiden Enden dicht abgeschlossenen Verdrängungskörper eine Verbindungsleitung hindurchgeführt. Wenn ein allseitig geschlossener, hohler Körper von einem strömenden Medium beheizt wird, besteht die Gefahr, daß der Körper durch die Temperaturänderung des im Hohlraum befindlichen Mediums aufgeweitet wird. Aus diesem Grunde muß der Körper relativ dickwandig ausgebildet werden, was nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs angeführten bekannten Art von Wärmetauschern eine Bauweise zu finden, bei der über die ganze Länge der Verbindungsrohre von den Kopfkammern bis zu den Heizflächen eine nennenswerte Beheizung der Verbindungsrohre vermieden wird, um auf diese Weise die durch die Beheizung verursachten Wärmespannungen in den Verbindungsrohren zu vermindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Kernrohr radiale Taschen dicht angeschlossen sind, in welche die Kopfkammern münden und in denen die Verbindungsrohre vom übrigen Behälterraum getrennt zum Kernrohr geführt sind.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Kopfkammern und deren Verbindungsrohren in einem solchen Kernrohr wird nicht nur eine bedeutende Ersparnis an dem bei solchen Wärmetauschern kostspieligen umbauten Raum erzielt, sondern darüber hinaus auch das Problem der Wärmezu- bzw. -abfuhr in diesen Kopfkammern und deren Verbindungsrohren, welche aus Gründen der Strömungsstabilität derselben meist unerwünscht ist, in einfachster Weise gelöst.

Da gemäß der erfindungsgemäßen Konstruktion . die Verbindungsrohre und die Kopfkammern nicht beheizt werden, können sie aus einem weniger wärmefesten Material hergestellt werden. Dies ergibt nicht nur Ersparnisse im Materialeinkauf, sondern auch in der Verarbeitung, da sich weniger wärmefestes Material wesentlich leichter verarbeiten läßt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß das Kernrohr über die mit ihm verbundenen Taschen an den Kopfkammern abgestützt ist. Dabei können die die Kopfkammern und die Verbindungsrohre umschließenden Taschen dicht an die Innenfläche des Druckbehälters anschließen. Ferner ist zusätzlich vorgesehen, daß zwei oder mehrere parallelgeschaltetc Kopfkammern gleicher Funktion innerhalb ein und derselben zum Kernrohr führenden Tasche liegen. Vorteilhafterweise sind die längsten Verbindungsrohre im wesentlichen in der Mitte des

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Kernrohres geführt, während die jeweils kürzeren Abdichtung gegenüber der Strömung des Wärmetau-Verbindungsrohre in Zonen verlaufen, welche näher scherfluids dicht gemacht. Eine solche Anordnung der Peripherie des Kernrohres liegen. löst nicht nur das Problem der Herausführung von

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise Kopfkammern 12 und Verbindungsrohren 13 aus

dargestellt. 5 dem jeweiligen Rohrabschnitt, sondern auch die Auf-

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfin- nähme ungleicher Wärmedehnungen von Kopfkam-

dungsgemäßen Wärmetauschers; mern 12 bzw. Verbindungsrohren 13 und der Wand

F i g. 2 gibt einen Schnitt durch den Wärmetau- des Kernrohres 3. Die Verbindungsrohre 13 sind bei

scher senkrecht zu seiner Achse gemäß 9-9 in F i g. 1 dieser Anordnung stets von einem stagnierenden

wieder; in io Fluid umgeben, welches nach kurzer Betriebszeit

F i g. 3 ist die Aufhängung des Kernrohres an die etwa die Temperatur der Außenseite der Kopfkam-

die Kopfkammern umhüllenden Taschen wiedergege- mern 12 bzw. Verbindungsrohre 13 annimmt, so daß

ben; zwischen dem Fluid und den Kopfkammern 5 und

F i g. 4 läßt einen Wärmetauscher erkennen, dessen Verbindungsrohren 13 praktisch keine Wärme ausge-

Verbindungsrohre, d. h. die Rohre, welche die Heiz- 15 tauscht wird.

flächen mit den zugehörigen Kopfkammern verbin- Die Kopfkammern sind ganz oder zum Teil von

den, in einem Kernrohr geführt sind, wobei dieses Taschen 14 umgeben, welche mit dem Kernrohr 3

Rohr über die Taschen 14 an den Kopfkammern verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, die im

befestigt ist. Kernrohr angeordneten Verbindungsrohre 13 aus

Der Wärmetauscher gemäß F i g. 1 ist in einem 20 diesem heraus und in die außerhalb des Kernrohres, zylindrischen Behälter 1 eingebaut. Bei 2 wird ein jedoch innerhalb der Taschen liegenden Kopfkamwärmetauschendes Fluid in den Wärmetauscherbe- mern 12 zu führen, ohne daß jedes einzelne Verbinhälter 1 eingeleitet. Dieses Fluid wird durch ein zen- dungsrohr 13 gegenüber dem Mantel des Kernrohtrales Kernrohr 3 aus dem Zentrum des Wärmetau- res 3 abgedichtet werden muß. Die Taschen 14 könschers verdrängt und verläßt bei 4 den Wärmetau- 25 nen nun entweder gegenüber den Kopfkammern scher. Ein zweites wärmetauschendes Fluid wird bei abgedichtet sein oder gegenüber der Innenfläche des 5 über Kopfkammern 12 in den Wärmetauscher ein- Behälters 1 an jener Stelle, an welcher die Kopfkamgeleitet. Im Inneren des Behälters 1 zweigen aus den mern 12 durch denselben hindurchtreten. Das Kern-Kopfkammern 12 Verbindungsrohre 13 zu den Heiz- rohr 3 kann sich hierbei entweder an den Kopfkamflächen und gegebenenfalls auch einzelne Heizflächen 30 mern 12 oder an dem Behälter 1 selbst abstützen,
direkt ab. Dabei werden die Verbindungsrohre 13 in F i g. 2 stellt einen Schnitt längs der Linie 9-9 Taschen 14 zum Kernrohr 3 geführt, von wo sie die durch den Wärmetauscher nach F i g. 1 dar. Die Heizflächen erreichen können. In der schematischen Kopfkammern 12 und ihre Verbindungsleitungen 13 Darstellung des Wärmetauschers sind drei Heizflä- sind in Taschen 14 verlegt. Die Taschen 14 sind mit chengruppen gezeichnet. So kann z. B. bei einem 35 dem Kernrohr 3 verbunden.

Dampferzeuger die Heizfläche 6 aus einer Vor- F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wärwärme- bzw. Verdampferheizfläche bestehen, wäh- metauscher, wobei insbesondere die Aufhängung des rend die Heizflächen 7,8 als Überhitzer bzw. als Kernrohres 3 mittels Taschen 14 am Behälter 1 des Zwischenüberhitzer dienen. Im Schadensfalle kann Wärmetauschers gezeigt wird. Die Kopfkammern 12 eine sogenannte Stöpselmaschine in die Kopfkam- 40 werden durch die Taschen 14 der direkten Beheizung mer 12 eingebracht werden, um die entsprechende entzogen, und die Verbindungsrohre 13 werden im Leitung abzuschließen. Die Heizflächen 7 und 8 sind Kernrohr aus der horizontalen Richtung in die vertiin vorteilhafter Weise direkt mit ihren Eintrittskopf- kale abgelenkt. Ein nicht unbedeutender Vorteil der kammern verbunden, wogegen die Austrittskopfkam- Taschen 14 liegt darin, daß die Verbindungsrohre 13 mern über Verbindungsrohre 13 mit der Heizfläche 45 ohne dichten Abschluß in das Kernrohr eingeführt verbunden sind. werden können.

Um das Herausführen der Kopfkammern 12 bzw. F i g. 4 zeigt einen Wärmetauscher, bei welchem

der Verbindungsrohre aus dem Kernrohr 3 möglichst das Kernrohr 3 mittels Taschen 14 an den Kopfkam-

einfach zu gestalten, erfolgt dies erfindungsgemäß an mern 12 befestigt ist. Bei dieser Konstruktion wird

seinen Stirnenden, da das Herausführen von Rohren 50 zweckdienlicherweise die Kopfkammer 12 vom rela-

durch den Mantel des Kernrohres 3 werkstattech- tiv kühlen austretenden Fluid umspült,

nisch viel schwieriger und aufwendiger wäre und Die Erfindung ist auf die beschriebenen und in den

außerdem hinsichtlich der Wärmedehnung unange- Zeichnungen dargestellten Ausführungsvarianten

nehme Probleme aufwerfen würde. Es ist daher auch nicht beschränkt. So ist z. B. möglich, den Innenraum

vorgesehen, das Kernrohr in seiner Länge so oft zu 55 des Kernrohres auch noch für die Unterbringung

unterteilen, als Herausführungsebenen für die Ver- anderer, für den Kreislauf in den Wärmetauscherroh-

bindungsrohre 13 benötigt werden. Hierbei wird ren notwendiger Einrichtungen zu benutzen; so

jeder der so entstehenden Abschnitte des Kernroh- könnten darin z. B. Einspritzkühler für die Regelung

res 3 für sich mit Hilfe einer an sich bekannten von Heißdampftemperaturen angeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit von einem zylindrischen Druckbehälter umschlossenen Heizflächen und einem zentral und im wesentlichen koaxial zur Druckbehälterlängsachse angeordneten, zumindest an einer Stelle dicht abgeschlossenen Kernrohr, bei dem Verbindungsrohre von Kopfkammern zu den Heizflächen durch das mit stagnierendem Wärmetauschfluid gefüllte Kernrohr verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß am Kernrohr (3) radiale Taschen (14) dicht angeschlossen sind, in welche die Kopfkammern (12) münden und in denen die Verbindungsrohre (13) vom übrigen Behälterraum getrennt zum Kernrohr (3) geführt sind.

2. Wärmetauscher nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (3) über die mit ihm verbundenen Taschen (14) an den Kopfkammern (12) abgestützt ist (F i g. 4).

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kopfkammern (12) und die Verbindungsrohre (13) umschließenden Taschen (14) dicht an die Innenfläche des Druckbehälters anschließen (F i g. 3).

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere parallelgeschaltete Kopfkammern (12) gleicher Funktion innerhalb ein und derselben zum Kernrohr (3) führenden Tasche (14) liegen (Fig. 2).

5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß die längsten Verbindungsrohre (13) im wesentlichen in der Mitte des Kernrohres (3) geführt sind, während die jeweils kürzeren Verbindungsrohre (13) in Zonen verlaufen, welche näher der Peripherie des Kernrohres (3) iregen (Fig. 1,3).