DE1501685C

DE1501685C - Heat exchanger

Info

Publication number: DE1501685C
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Graz Sandri (Oster reich)
Original assignee: Waagner Biro AG, Wien
Publication date: 1972-08-31

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.The invention relates to a heat exchanger with a cylindrical pressure vessel enclosed Heating surfaces and one arranged centrally and essentially coaxially to the longitudinal axis of the pressure vessel, Core tube sealed at least at one point, in the case of the connecting tubes of head chambers to the heating surfaces through the core tube filled with stagnant heat exchange fluid. Such a heat exchanger is known (French patent 1 290 952). Such a form of training has the disadvantage that the head chambers are heated. This can cause flow instabilities be reinforced in the head chamber and thus also in the tube bundle. Reached by the flow instabilities in each individual head chamber the wall temperature different values, so that for all head chambers relatively expensive, highly heat-resistant Material must be used, in each case the point of the head chamber with the highest Wall temperature is decisive. Finally, it is also disadvantageous that the heating of the connection points thermal stresses in the weld seams between the head chamber and the connecting pipes causes, so that the service life of the weld seam and thus of the heat exchanger is reduced.

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 zentralerIn the case of devices for air liquefaction, it is also known to supply or discharge the two heat exchangers To carry out media through a centrally arranged cylindrical tube in which heat exchange is already taking place. A boiler construction is also known in which a central

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.ίο Installation as a connection line and as a separation device serves for a steam-water mixture. There is no heat exchange. Finally is a heat exchanger with a central tubular installation has become known, which is partially known as Implementation device and on the other hand serves as a displacement body. In the case of an implementing body if the installation is a part of the pressure line, in the other case it is through the on both A connecting line passed through the ends of the tightly sealed displacement body. When a Hollow body closed on all sides is heated by a flowing medium, there is a risk of that the body is expanded by the change in temperature of the medium located in the cavity will. For this reason, the body must be made relatively thick-walled, which is disadvantageous.

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.The invention is based on the object, based on the above-mentioned known type of heat exchangers to find a design in which over the entire length of the connecting pipes of From the head chambers to the heating surfaces, significant heating of the connecting pipes is avoided in this way the thermal stresses in the connecting pipes caused by the heating to diminish.

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.The object is achieved according to the invention in that radial pockets are tightly connected to the core tube are into which the head chambers open and in which the connecting pipes from the rest Container space are led separately to the core tube.

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.The inventive arrangement of head chambers and their connecting pipes in one not only does such a core tube provide a significant saving on that which is costly in such heat exchangers achieved enclosed space, but also the problem of heat supply and removal in these head chambers and their connecting pipes, which for reasons of flow stability of the same is mostly undesirable, solved in the simplest way.

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 desSince according to the construction of the invention. the connecting pipes and the head chambers do not are heated, they can be made of a less heat-resistant material. This gives not only savings in the purchase of materials, but also in processing, since they are less heat-resistant Material can be processed much more easily. There are advantageous embodiments of the invention in that the core tube is supported on the head chambers via the pockets connected to it is. The pockets enclosing the head chambers and the connecting pipes can close to the Connect the inner surface of the pressure vessel. It is also provided that two or more parallel-connected Head chambers with the same function within one and the same leading to the core tube Bag lying. Advantageously, the longest connecting pipes are essentially in the middle of the

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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 vonCore tube guided, while the respective shorter seal against the flow of the heat exchange connecting pipes run in zones, which made closer shear fluids tight. Such an arrangement the periphery of the core tube. not only solves the problem of bringing out

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise Kopfkammern 12 und Verbindungsrohren 13 ausThe invention is shown in the drawing, for example, head chambers 12 and connecting pipes 13

dargestellt. 5 dem jeweiligen Rohrabschnitt, sondern auch die Auf-shown. 5 the respective pipe section, but also the

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfin- nähme ungleicher Wärmedehnungen von Kopfkam-F i g. 1 shows schematically the structure of an inven- tion of unequal thermal expansions of head chambers

dungsgemäßen Wärmetauschers; mern 12 bzw. Verbindungsrohren 13 und der Wandproper heat exchanger; mern 12 or connecting pipes 13 and the wall

F i g. 2 gibt einen Schnitt durch den Wärmetau- des Kernrohres 3. Die Verbindungsrohre 13 sind beiF i g. 2 gives a section through the heat exchange of the core tube 3. The connecting tubes 13 are at

scher senkrecht zu seiner Achse gemäß 9-9 in F i g. 1 dieser Anordnung stets von einem stagnierendenshear perpendicular to its axis according to 9-9 in FIG. 1 of this arrangement always from a stagnant

wieder; in io Fluid umgeben, welches nach kurzer Betriebszeitagain; surrounded in io fluid, which after a short operating time

F i g. 3 ist die Aufhängung des Kernrohres an die etwa die Temperatur der Außenseite der Kopfkam-F i g. 3 is the suspension of the core tube to which approximately the temperature of the outside of the head chamber

die Kopfkammern umhüllenden Taschen wiedergege- mern 12 bzw. Verbindungsrohre 13 annimmt, so daßthe pockets enveloping the head chambers again assumes 12 or connecting pipes 13, so that

ben; zwischen dem Fluid und den Kopfkammern 5 undben; between the fluid and the head chambers 5 and

F i g. 4 läßt einen Wärmetauscher erkennen, dessen Verbindungsrohren 13 praktisch keine Wärme ausge-F i g. 4 shows a heat exchanger whose connecting pipes 13 emit practically no heat.

Verbindungsrohre, d. h. die Rohre, welche die Heiz- 15 tauscht wird.Connecting pipes, d. H. the pipes that the heating system will 15 swap.

flächen mit den zugehörigen Kopfkammern verbin- Die Kopfkammern sind ganz oder zum Teil vonsurfaces with the associated head chambers The head chambers are wholly or partially of

den, in einem Kernrohr geführt sind, wobei dieses Taschen 14 umgeben, welche mit dem Kernrohr 3den, are guided in a core tube, this surrounding pockets 14 which are connected to the core tube 3

Rohr über die Taschen 14 an den Kopfkammern verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, die imTube are connected to the head chambers via the pockets 14. This makes it possible to use the

befestigt ist. Kernrohr angeordneten Verbindungsrohre 13 ausis attached. Core tube arranged connecting tubes 13 from

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.The heat exchanger according to FIG. 1 is built into a container 1 which is cylindrical outside of the core tube. At 2, a head-chamber heat-exchanging fluid, which is inside the pockets, is to be conducted into the heat exchanger tanks 12 without each individual connector 1 being introduced. This fluid will have to be sealed off from the center of the heat exchanger 3 by a junction tube 13 against the jacket of the core tube 3. The pockets 14 are displaced by Koenschers and, at 4, leave the heat exchangers either opposite the head chambers. A second heat-exchanging fluid will be sealed at or opposite the inner surface of the 5 via head chambers 12 in the heat exchanger a container 1 at the point at which the head chamber is directed. Inside the container 1 branches out of the mern 12 pass through the same. The core-head chambers 12 connecting pipes 13 to the heating pipe 3 can either be supported on the head surfaces and, if necessary, individual heating surfaces 30 or on the container 1 itself,
straight off. The connecting pipes 13 in FIG. 2 shows a section along the line 9-9 pockets 14 taken to the core tube 3, from where the through the heat exchanger according to FIG. 1. The heating surfaces can reach. In the schematic head chambers 12 and their connecting lines 13 representation of the heat exchanger, three heating surfaces are laid in pockets 14. The pockets 14 are drawn with chengruppen. So z. B. connected to the core tube 3 at a 35.

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.Steam generator the heating surface 6 from a previous figure. 3 shows a longitudinal section through a thermal heat or evaporator heating surface exist, wäh- exchangers, in particular the suspension of the rend the heating surfaces 7,8 as a superheater or as a core tube 3 by means of pockets 14 on the container 1 of the Serve reheater. In the event of damage, the heat exchanger can be shown. The head chambers 12 a so-called plug machine in the head chamber 40 are through the pockets 14 of direct heating mer 12 are introduced to the corresponding withdrawn, and the connecting pipes 13 are in Complete line. The heating surfaces 7 and 8 are core tubes from the horizontal direction in the vertical direction advantageously deflected directly with their entry heads. A not insignificant advantage of the chambers connected, whereas the Ausittskam- pockets 14 is that the connecting pipes 13 mern introduced into the core tube via connecting tubes 13 with the heating surface 45 without a tight seal are connected. can be.

Um das Herausführen der Kopfkammern 12 bzw. F i g. 4 zeigt einen Wärmetauscher, bei welchemTo bring out the head chambers 12 and F i g. 4 shows a heat exchanger in which

der Verbindungsrohre aus dem Kernrohr 3 möglichst das Kernrohr 3 mittels Taschen 14 an den Kopfkam-of the connecting tubes from the core tube 3, if possible, attach the core tube 3 to the head chamber by means of pockets 14

einfach zu gestalten, erfolgt dies erfindungsgemäß an mern 12 befestigt ist. Bei dieser Konstruktion wirdeasy to make, this is done according to the invention on mern 12 is attached. With this construction

seinen Stirnenden, da das Herausführen von Rohren 50 zweckdienlicherweise die Kopfkammer 12 vom rela-its front ends, since the leading out of tubes 50 expediently clears the head chamber 12 from the rela-

durch den Mantel des Kernrohres 3 werkstattech- tiv kühlen austretenden Fluid umspült,through the jacket of the core tube 3, cool fluid escaping from the workshop washes around,

nisch viel schwieriger und aufwendiger wäre und Die Erfindung ist auf die beschriebenen und in dennisch would be much more difficult and expensive and the invention is based on the described and in the

außerdem hinsichtlich der Wärmedehnung unange- Zeichnungen dargestellten Ausführungsvariantenalso with regard to the thermal expansion unillustrated design variants shown

nehme Probleme aufwerfen würde. Es ist daher auch nicht beschränkt. So ist z. B. möglich, den Innenraumwould pose problems. It is therefore not restricted either. So is z. B. possible the interior

vorgesehen, das Kernrohr in seiner Länge so oft zu 55 des Kernrohres auch noch für die Unterbringungprovided, the length of the core tube as often as 55 of the core tube also for the accommodation

unterteilen, als Herausführungsebenen für die Ver- anderer, für den Kreislauf in den Wärmetauscherroh-subdivide, as lead-out levels for the other, for the circuit in the heat exchanger raw

bindungsrohre 13 benötigt werden. Hierbei wird ren notwendiger Einrichtungen zu benutzen; soconnecting tubes 13 are required. Here, ren necessary facilities are to be used; so

jeder der so entstehenden Abschnitte des Kernroh- könnten darin z. B. Einspritzkühler für die Regelungeach of the resulting sections of the core raw could in it z. B. Injection cooler for regulation

res 3 für sich mit Hilfe einer an sich bekannten von Heißdampftemperaturen angeordnet werden.res 3 can be arranged by itself with the aid of a known per se of superheated steam temperatures.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger with heating surfaces enclosed by a cylindrical pressure vessel and at least one arranged centrally and essentially coaxially to the longitudinal axis of the pressure vessel at one point tightly sealed core tube, with the connecting tubes of head chambers to the heating surfaces through the core tube filled with stagnant heat exchange fluid, characterized in that on the core tube (3) radial pockets (14) are tightly connected, in which the head chambers (12) open and in which the connecting tubes (13) separated from the rest of the container space to the core tube (3) are performed.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the core tube (3) is supported on the head chambers (12) via the pockets (14) connected to it (FIG. 4).

3. Heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the head chambers (12) and the connecting tubes (13) enclosing pockets (14) close to the inner surface of the pressure vessel (Fig. 3).

4. Heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that two or more head chambers (12) connected in parallel with the same function within one and the same for Core tube (3) leading pocket (14) lie (Fig. 2).

5. Heat exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that the longest connecting pipes (13) are guided essentially in the middle of the core tube (3), while the respective shorter connecting tubes (13) are in zones run which are closer to the periphery of the core tube (3) (Fig. 1,3).