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DE19847770A1 - Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück - Google Patents

Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück

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DE19847770A1
DE19847770A1 DE19847770A DE19847770A DE19847770A1 DE 19847770 A1 DE19847770 A1 DE 19847770A1 DE 19847770 A DE19847770 A DE 19847770A DE 19847770 A DE19847770 A DE 19847770A DE 19847770 A1 DE19847770 A1 DE 19847770A1
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Germany
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heat exchanger
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cooled
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DE19847770A
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Peter Bruecher
David J Brown
John R Brewer
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Borsig GmbH
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Borsig GmbH
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Abstract

Ein Wärmetauscher enthält zwischen einem ungekühlten Rohr (2) und mehreren gekühlten Rohren (4) ein Verbindungsstück (3), das einen zylindrischen, mit dem ungekühlten Rohr (2) verbundenen Eingangsabschnitt (8) aufweist, der in einen sich erweiternden Endabschnitt (9) übergeht. Der Endabschnitt (9) umschließt mehrere von dem Eingangsabschnitt (8) ausgehende Führungskanäle (10), die jeweils koaxial zu einem der gekühlten Rohre (4) angeordnet sind. Die Führungskanäle (10) sind sternförmig von dem Eingangsabschnitt (8) des Verbindungsstückes (3) abgezweigt. Die gekühlten Rohre (4) sind in einen Rohrboden (6) eingesetzt und auf einem Teilkreis angeordnet, auf den auch die Führungskanäle (10) ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück zwischen einem ungekühlten Rohr und mehreren gekühlten Rohren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind Verbindungsstücke für Wärmetauscher bekannt (DE-PS 39 10 630), bei denen das Ende eines heißen, ungekühlten Rohres gabelförmig nach außen erweitert und wärmeisoliert ist. Dieses Verbindungsstück leitet das heiße Gas in ein einziges von außen z. B. durch siedendes Wasser gekühltes Rohr. Dieses Prinzip hat sich bewährt. Jedoch ist in gewisser Weise als nachteilig anzusehen, daß das gekühlte Rohr, welches im Durchmesser etwa dem ungekühlten Rohr entspricht, aufgrund seines großen Durchmessers relativ lang ausgeführt werden muß. Das ergibt sich aus thermodynamischen Gründen, um die gewünschte Abkühlung des heißen Gases auf eine bestimmte Temperatur zu erreichen.
Die Länge des gekühlten Rohres kann erheblich kürzer und damit der Wärmetauscher kostengünstiger ausgeführt werden, wenn das heiße Medium von einem ungekühlten Rohr auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren kleineren Durchmessers verteilt wird. Hierfür sind Konstruktionen bekannt, bei denen ein heißes Medium von einem Eintritt mittels einer Eintrittskammer auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren verteilt wird, die in einem gemeinsamen Rohrboden gehalten sind. Nachteilig hierbei sind jedoch Verwirbelungen des strömenden Mediums beim Auftreffen auf den Rohrboden und mögliche Rohrbodenerosionen.
Aus der US-PS 54 64 057 ist ein Doppelrohr-Wärmetauscher bekannt, dessen Doppelrohre mit einem als Sammler dienenden Ovalrohr verbunden sind. Auf der Gaseintrittsseite des Wärmetauschers ist ein Eintrittsstück vorgesehen, in dem mehrere jeweils mit einem Gaszuführungsrohr verbundene Gasdurchgänge gebildet sind. Jeder Gasdurchgang erweitert sich in Strömungsrichtung und verteilt das zugeführte heiße Gas auf mehrere gekühlte Rohre. Die Nachteile dieses Wärmetauschers sind die große Baulänge in Längsrichtung und der Umstand, daß jedes gekühlte Rohr ein eigenes Mantelrohr zur Aufnahme des Kühlmediums erfordert. Außerdem ist das Eintrittsstück von aufwendiger und dementsprechend teurer Bauart.
Bei einem anderen bekannten Doppelrohr-Wärmetauscher wird ein Verbindungsstück eingesetzt, das nach Art eines Hosenrohres ausgebildet ist und sich unter Beibehaltung des Querschnittes in zwei oder drei Zweigrohre verzweigt. Jedes dieser Zweigrohre ist einem der Doppelrohre zugeordnet. Dieser Doppelrohr-Wärmetauscher weist die grundsätzlich gleichen Nachteile auf wie der Doppelrohr-Wärmetauscher gemäß US-PS 54 64 057.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmetauscher derart zu gestalten, daß ein heißes Medium von einem ungekühlten Rohr mittels eines Verbindungsstückes relativ einfacher und kostengünstiger Bauart turbulenzarm auf eine Mehrzahl von gekühlten Rohren verteilt werden kann bei gleichzeitiger kompakter platzsparender Bauart unter Vermeidung eines direkt angeströmten Rohrbodens.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Führungskanäle und der korrespondierenden gekühlten Rohre auf kleinstmöglicher umhüllbarer Fläche ist es möglich, für die Führungskanäle einen gemeinsamen vorzugsweise zylindrischen Mantel vorzusehen. Das gleiche gilt für die gekühlten Rohre, welche dadurch ebenfalls in einem gemeinsamen Außenmantel geführt werden können. Dies ermöglicht eine kostengünstige und platzsparende zylindrische Bauart des Wärmetauschers.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig . 1 den Längsschnitt durch den unteren Teil eines Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück und
Fig. 2 die Draufsicht auf das Verbindungsstück.
Der nur teilweise dargestellte Wärmetauscher 1 dient zum Kühlen eines heißen Gases mit Hilfe eines Kühlmediums, das vorzugsweise siedendes Wasser ist. Das heiße Gas ist vorzugsweise Spaltgas, das in einem Spaltofen hergestellt wurde und in kurzer Zeit auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden muß. Dieses heiße Gas tritt aus dem Spaltofen durch ein oder mehrere ungekühlte Rohre 2 aus. Jedes ungekühlte Rohr 2 ist über ein Verbindungsstück 3 mit dem Wärmetauscher 1 verbunden.
Der Wärmetauscher 1 besteht aus mehreren z. B. vier gekühlten Rohren 4, deren Innendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des ungekühlten Rohres. Die gekühlten Rohre 4 sind auf einem Teilkreis angeordnet und von einem zylindrischen Außenmantel 5 umgeben. Die gekühlten Rohre 4 sind in einen Rohrboden 6 eingeschweißt. An den Rohrboden 6 schließt sich in Längsrichtung der Rohre 4 eine Eintrittskammer 7 für die Zuführung eines Kühlmittels an. Die Außenwand der Eintrittskammer 7 ist in axialer Richtung auf der einen Seite mit dem Rohrboden 6 und auf der anderen Seite mit dem Außenmantel 5 verschweißt. An dem anderen, nicht gezeigten Ende des Wärmetauschers 1 sind die gekühlten Rohre 4 in einem zweiten Rohrboden gehalten und von einer Austrittskammer für das Kühlmedium umgeben.
Das Verbindungsstück 3 besteht aus einem zylindrischen Eingangsabschnitt 8, dessen Innendurchmesser dem des ungekühlten Rohres entspricht. Dieser Eingangsabschnitt 8 ist z. B. durch Verschweißen an das ungekühlte Rohr 2 angeschlossen. Der Eingangsabschnitt 8 des Verbindungsstückes 3 erweitert sich auf einen zylindrischen Endabschnitt 9.
Der Eingangsabschnitt 8 des Verbindungsstückes 3 ist sternförmig in mehrere Führungskanäle 10 verzweigt, von denen jeder einem der gekühlten Rohre 4 zugeordnet ist. Der Endabschnitt 9 des Verbindungsstückes 3 umschließt diese Führungskanäle 10. Die Führungskanäle 10 sind koaxial zu den gekühlten Rohren 4 angeordnet und auf dem gleichen Teilkreis wie diese ausgerichtet. Der Innendurchmesser der gekühlten Rohre 4 ist gleich dem oder größer als der Innendurchmesser der Führungskanäle 10.
Dieser Endabschnitt 9 ist an den die gekühlten Rohre 4 tragenden Rohrboden 6 geschweißt. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Führungskanäle 10 und der gekühlten Rohre 4 bleibt ein Spalt bestehen, der eine Wärmedehnung zuläßt.
Der Raum zwischen den Führungskanälen und dem Endabschnitt 9 des Verbindungsstückes 3 ist mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt. Das Verbindungsstück 3 kann aus einem metallischen, hitzebeständigen Werkstoff kostengünstig und einstückig gegossen oder als Schweißkonstruktion hergestellt sein.
Das beschriebene Verbindungsstück 3 leitet das heiße Gas turbulenzarm den gekühlten Rohren 4 zu. Durch die Abstimmung der Innendurchmesser und der Kontur der Führungskanäle 10 und der gekühlten Rohre 4 aufeinander wird eine Verwirbelung des Gases ausgeschlossen, und eine Erosion des Rohrbodens 6 kann nicht auftreten.

Claims (7)

1. Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück (3) zwischen einem ungekühlten Rohr (2) und mehreren gekühlten Rohren (4), wobei das Verbindungsstück (3) einen zylindrischen, mit dem ungekühlten Rohr (2) verbundenen Eingangsabschnitt (8) aufweist, der in einen sich erweiternden Endabschnitt (9) übergeht, wobei der Endabschnitt (9) mehrere von dem Eingangsabschnitt (8) ausgehende Führungskanäle (10) umschließt, die jeweils koaxial zu einem der gekühlten Rohre (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) sternförmig von dem Eingangsabschnitt (8) des Verbindungsstückes (3) abgezweigt sind, daß die gekühlten Rohre (4) in einen Rohrboden (6) eingesetzt und auf einem Teilkreis angeordnet sind und daß die Führungskanäle (10) auf den gleichen Teilkreis ausgerichtet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Rohre (4) von einem gemeinsamen, zylindrisch ausgebildeten Außenmantel (5) umgeben sind, der mit dem Rohrboden (6) verbunden ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) zylindrisch ist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) mit dem die gekühlten Rohre (4) tragenden Rohrboden (6) verbunden ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Endabschnitt (9) des Verbindungsstückes (3) und den Führungskanälen mit einer wärmeisolierenden Masse ausgefüllt ist.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) einen kleineren Innendurchmesser als das ungekühlten Rohr (2) aufweisen.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der gekühlten Rohre (4) gleich oder größer ist als der Innendurchmesser der Führungskanäle (10).
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