DE1920039U

DE1920039U - HEAT EXCHANGER.

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Publication number: DE1920039U
Application number: DES40965U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-04-07
Filing date: 1962-04-07
Publication date: 1965-07-22

Description

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SIEMENS-SCHUCKERTWERKE . Erlangen, den ·I JlIfII 1965SIEMENS SCHUCKERTWERKE. Erlangen, I JlIfII 1965

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemlns-Str.Aktiengesellschaft Werner-von-Siemlns-Str.

PLA 62/8220 PIA 9/396/191PLA 62/8220 PIA 9/396/191

Wärme tauscherHeat exchanger

Wärmetauscher bestehen im allgemeinen aus einem Kessel, in dessen Inneren eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren angeordnet ist, die die für die Wärmeübertragung zwischen zwei Medien erforderliche Fläche bilden. Diese Rohre sind mit ihrem Ende jeweils in sogenannte Rohrplatten eingewalzt, eingeschweißt oder sonst irgendwie druckfest und dicht verbunden. Da die Medien, Iza Heat exchangers generally consist of a boiler, inside which a plurality of heat exchanger tubes are arranged the one required for heat transfer between two media Form area. These pipes are each in so-called with their ends Tubular sheets rolled in, welded in or otherwise pressure-resistant and tightly connected. As the media, Iza

- 1 - Mü/Pra- 1 - Mü / Pra

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Wärmeaustausch .stattfindet, innerhalb und außerhalb der Roh-r'e·.. unterschiedliche Temperaturen aufweisen, lassen sich Temperaturspannungen in einem solchen Apparat, der-u.U. aus Korrosions- oder Fertigungsgründen auch aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein kann, nicht vermeiden. Man hat daher schon versucht, diese Spannungen durch herkömmliche Mittel, wie Faltenbälge und andere Dehnungsglieder unschädlich zu machen. Dies ist jedoch bei hohen Drücken und größeren Abmessungen nicht mehr gut möglich, so daß angestrebt wird, hierfür eine andere Lösung zu finden.Heat exchange. Takes place inside and outside the raw r'e · .. have different temperatures, temperature stresses in such an apparatus, which - under certain circumstances. from corrosion or Manufacturing reasons can also be composed of different materials, cannot be avoided. So one has already tried this To render tensions harmless by conventional means, such as bellows and other expansion members. However, this is at high levels Pressing and larger dimensions are no longer possible, so that efforts are being made to find another solution for this.

Viele Wärmetauscher, z.B. Regenerativwärmetauscher, arbeiten auf beiden Seiten mit dem gleichen Durchflußmedium, so daß es nicht unbedingt notwendig erscheint, eine 100 $ige Dichtigkeit zwischen den beiden Kreisläufen zu haben. Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis bezieht sich die vorliegende 'feuerung, auf Wärmetauscher für erhöhte Drücke oder Temperaturen mit Durchflußmedien,- vorzugsweise gleicher Art und wenigstens je einer Rohrplatte an beiden Enden zur Aufnahme der Wärmetauscherrohre. :lieulexiipicgsgemäß sind dabei die Wärmetauscherrohre nur mit der einen Rohrplatte dicht verbunden, z.B. verschweißt, und zur Vermeidung von Wärmespannungen in der anderen Rohrplatte unter Zulassung von geringen Leckverlusten verschiebbar gelagert,Many heat exchangers, e.g. regenerative heat exchangers, work with the same flow medium on both sides, so it does not seems absolutely necessary, a 100 $ tightness between to have both cycles. Taking advantage of this knowledge, the present 'firing' refers to heat exchangers for increased Pressures or temperatures with flow media, - preferably of the same type and at least one tube plate at both ends to accommodate the heat exchanger pipes. : according to lieulexiipicgs are there the heat exchanger tubes are only tightly connected to one tube plate, e.g. welded, and to avoid thermal stress in of the other tube plate can be displaced while allowing minor leakage losses,

Da die Rohrplatten bei Hochdruckwärmetauschern eine beachtliche Dicke besitzen, entsteht entlang den durch die Bohrungen lose hindurchgeführten Rohren jeweils ein langer Rifigspalt, der gegen denSince the tube plates in high pressure heat exchangers have a considerable Thickness, a long gap is created along the pipes loosely passed through the holes, which against the

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Durchtritt des Wärmetauschermediums einen umso größeren Strömungswiderstand aufweist, je enger und je länger er ist. Es ist daher zur Verbindung der Wärmetauscherrohre mit der Rohrplatte eine Art Schiebesitz zweckmäßig. Dieser kann in seiner Wirkung dadurch verbessert werden, daß über die Wärmetauscherrohre enge Hülsen geschoben werden, die mit der Rohrplatte dicht verbunden sind und somit eine Verlängerung des Ringspaltes, also eine Erhöhung des Durch Strömungswiderstandes, bilden.The greater the flow resistance when the heat exchanger medium passes through it the narrower and the longer it is. It is therefore a kind of sliding seat is useful for connecting the heat exchanger tubes to the tube plate. This can be improved in its effect that narrow sleeves pushed over the heat exchanger pipes that are tightly connected to the tube plate and thus an extension of the annular gap, i.e. an increase in the flow resistance, form.

Zur weiteren Vervollkommnung einer derartigen Anordnung ist es selbstverständlich auch möglich, an sich bekannte zusätzliche Dichtungsmittel, wie Kolbenringe, Dichtungspackungen usw. anzuwenden.To further perfect such an arrangement, it is of course also possible to use additional known per se Use sealants such as piston rings, seal packings, etc.

Die Figuren 1 bis 8 dienen der besseren Veranschaulichung des ·-. ii'eäueEungsgemäßen Gedankens.Figures 1 to 8 serve to better illustrate the · -. ii'eueE according to Thought.

Dabei ist Figur 1 eine schematische Darstellung eines Geradrohrwärmetauschers, die Figur 2 eine schematische Darstellung eines Doppelrohrwärmetauschers, Die Figuren 2 bis 8 zeigen verschiedene Möglichkeiten der verschiebbaren Lagerung eines Wärmetauscherrohres in der Rohrplatte.Here, Figure 1 is a schematic representation of a straight tube heat exchanger, FIG. 2 shows a schematic representation of a double-tube heat exchanger. FIGS. 2 to 8 show different ones Possibilities of displaceable storage of a heat exchanger tube in the tube plate.

Die Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Geradrohrvüärrfietauschers. Dabei sind der zylindrische Kessel mit-1, die Deckel mit 2 und J>, die Rohrplatten mit 4 und 5- sowie die Wärmetauscherrohre, auch Heizrohre genannt, mit 6 bezeichnet. Das die Wärme abgebende Medium strömt durch äen Einlaßstutzen 21 in den Wärmetauscher ein, durchströmt die Rohre 6 und verläßt ihn durch den Stutzen j51. DasFIG. 1 shows the schematic structure of a straight tube vüärrfietauschers. The cylindrical boiler is denoted by -1, the lids by 2 and J>, the tube plates by 4 and 5- and the heat exchanger tubes, also called heating tubes, by 6. The medium emitting the heat flows through the inlet connection 21 into the heat exchanger, flows through the tubes 6 and leaves it through the connection j51. The

- 5 - Mü/Fra- 5 - Mü / Fra

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andere aufzuheizende Medium tritt durch den seitlich angeordneten Stutsen 11 in den Wärmetauscher ein und verläßt denselben durch ■den seitlichen Stutzen 12. Die Wärmetauscherrohre 6 sind mit der oberen Rohrplatte 4 an den Stellen 41 fest verbunden, z.B. verschweißt. Dagegen sind sie in der unteren Rohrplatte 5 an den Stellen 51 in der bereits erwähnten Weise verschiebbar gelagert.Another medium to be heated enters the heat exchanger through the laterally arranged nozzle 11 and leaves the same through The lateral connection piece 12. The heat exchanger tubes 6 are firmly connected to the upper tube plate 4 at points 41, e.g. welded. In contrast, they are in the lower tube plate 5 at points 51 in mounted displaceably in the manner already mentioned.

Figur 2 zeigt eine etwas kompliziertere Ausführungsf'orm eines Wärmetauschers, nämlich die eines Doppelrohrwärmetauschers, der sich besonders für höhere Drücke eignet und günstige Wärmeübertragungsverhältnisse ergibt. Bei diesem entfällt der äußere zylindrische 'Kessel, die wärmetauschenden Medien fließen in konzentrisch angeordneten Rohren, das wärmeabgebende Medium im Innenrohr 61 und das aufzuheizende Medium im Zwischenraum zwischen der Wandung des Innenrohres 61 und dem Außenrohr 62. An die Stelle der einfachen Rohrplatten treten hier Rohrplattenkammern 42 und 52, die die Verteilerräume 43 und 53i sowie die Anschlußstutzen 5^ und 44 enthalten. Abgeschlossen sind diese Rohrplattenkarnmern nach außen wie der in der Figur 1 beschriebene Wärmetauscher durch die Deckel 2 und 3 mit den Anschlußstutzen 21 und 31> durch die das heiße Medium zu- und abgeführt wird. Die äußeren Wärmetauscherrohre 62 sind an den Stellen 45 und 55 mit den Rohrplattenkammern 42 und 52 fest verbunden, ■ z.B. verschweißt. Die inneren Wärmetauscherrohre 61 sind dagegen nur an den Stellen 46 mit der Rohrplattenkammer 42 fest, an ihrem anderen Ende jedoch im Schiebesitz an den Stellen 5I mit der Rohrplattenkammer 53 lose verbunden. Die eingezeichneten Pfeile geben die Durchströmungsrichtung der beiden Durchflußmedien an.FIG. 2 shows a somewhat more complicated embodiment of a heat exchanger, namely that of a double-tube heat exchanger, which is particularly suitable for higher pressures and results in favorable heat transfer conditions. In this case, the outer cylindrical 'boiler is omitted, the heat-exchanging media flow in concentrically arranged tubes, the heat-emitting medium in the inner pipe 61 and the medium to be heated in the space between the wall of the inner pipe 61 and the outer pipe 62 42 and 52, which contain the distribution spaces 43 and 53i and the connecting pieces 5 ^ and 44. Rohrplattenkarnmern these are closed to the outside as the heat exchanger described in the figure 1 by the covers 2 and 3 with the connecting pieces 21 and 31> through which the hot medium is supplied and discharged. The outer heat exchanger tubes 62 are firmly connected to the tube plate chambers 42 and 52 at points 45 and 55, for example welded. The inner heat exchanger tubes 61, on the other hand, are only fixedly connected to the tube plate chamber 42 at the points 46, but are loosely connected to the tube plate chamber 53 at their other end in a sliding fit at the points 5I. The arrows shown indicate the direction of flow of the two flow media.

~ 4 - Mü/Fra~ 4 - Mü / Fra

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Die Figur 3 zeigt eine einfache Schiebesitzverbindung zwischen der Rohrplatte 5 und dem Heizrohr 6, wobei ein schmaler Ringspalt 7 zwischen diesen beiden Bauelementen bleibt. Dieser soll so eng wie möglich gehalten werden, um Leckverluste auf ein Minimum zu beschränken.Figure 3 shows a simple sliding seat connection between the tube plate 5 and the heating tube 6, with a narrow annular gap 7 remains between these two components. This should be kept as narrow as possible in order to keep leakage losses to a minimum restrict.

Nach Figur 4 kann der Ringspalt 7 durch eine auf die Rohrplatte 5 aufgesetzte Hülse 8 verlängert werden. Die gleiche Wirkung hat die gemäß Figur 5 in die Rohrplatte 5 eingesetzte Büchse 9, die weit über diese hinausragt. Auch hier wird durch die Verlängerung des Ringspaltes der Strömungswiderstand erhöht und damit die Leckmenge verringert«According to FIG. 4, the annular gap 7 can be pushed onto the tube plate 5 attached sleeve 8 can be extended. The same effect has the bushing 9 inserted into the tube plate 5 according to FIG protrudes beyond this. Here, too, the lengthening of the annular gap increases the flow resistance and thus the amount of leakage reduced "

Die Figur 6 zeigt eine zusätzliche Anordnung zur Verringerung dieser Leckverluste. In die- Bohrung der Rohrplatte 6 sind Nuten 9 eingestochen, die einen kolbenringartigen Dichtungsring 91 enthalten, der federnd am Wärmetauscherrohr 6 anliegt.FIG. 6 shows an additional arrangement for reducing this Leakage losses. In the bore of the tube plate 6 grooves 9 are pierced, which contain a piston ring-like sealing ring 91, the resiliently rests on the heat exchanger tube 6.

Nach Figur 7 ist dieser federnde Ring durch Dichtungsringe 92 an sich bekannter Art, z.B. aus Asbestschnur oder auch aus Kunststoff, ersetzt.According to Figure 7, this resilient ring is made of sealing rings 92 of a known type, e.g. made of asbestos cord or plastic, replaced.

Schließlich zeigt die Figur 8 in beiden Hälften der Zeichnung zwei verschiedenartige Ausführungsformen der Bohrungswandung. Durch verschieden geformte Eindrehungen wird ähnlich wie bei einer Labyrinthdichtung die Leckmenge weiter reduziert.Finally, FIG. 8 shows two different embodiments of the bore wall in both halves of the drawing. Through differently shaped grooves, similar to a labyrinth seal, the amount of leakage is further reduced.

Nachfolgende kurze Berechnung der zu erwartenden Leckmenge für einen Regenerativwärmetauscher, bei dem auf beiden Seiten Kohlendioxyd-Below is a brief calculation of the amount of leakage to be expected for one Regenerative heat exchanger with carbon dioxide on both sides

- 5 - - Mü/Fra- 5 - - Mü / Fra

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gas verwendet wird, zeigt, daß bei den dort angenommenen Daten nur 0,7 % der Kohlendioxyddurchsatzmenge von dem einen Kreislauf in den anderen übertreten.gas is used, shows that with the data assumed there, only 0.7 % of the carbon dioxide throughput is transferred from one circuit to the other.

Medium COgMedium COg

Systemdruck 60 ataSystem pressure 60 ata

Temperatur 582° CTemperature 582 ° C

Druckdifferenz an der Stelle:Pressure difference at the point:

schiebbares Heizrohr - Rohrplatte 5 atasliding heating tube - tube plate 5 ata

Zahl der Heizrohre 91Number of heating tubes 91

Rohrplattenstärke 140 mmTube plate thickness 140 mm

Rohraußen 0 14 mmTube outside 0 14 mm

Bohrungs 0 14,2 mmBore 0 14.2 mm

somit Radialspiel 0,1 ram CO -Durchsatzmenge durch denthus radial play 0.1 ram CO flow rate through the

Wärmetauscher - 7200 kg/hHeat exchanger - 7200 kg / h

Leckmenge 50 kg/hLeakage rate 50 kg / h

= 0,7 % der COp Durchsatzmenge= 0.7 % of the COp throughput

Dabei ist zu beachten, daß sich dieser an sich schon sehr geringe Leckmengenprozentsatz durch die vorstehend beschriebenen zusätzlichen Maßnahmen noch weiter verringern läßt. Somit können auf diese Art und Weise von Wärmespannungen entlastete Wärmetauscher für die meisten Anwendungsfälle, auch auf dem Kernreaktorgebiet, mit Vorteil angewendet werden. Selbstverständlich ist die vorliegende H.eue-riäirag- nicht auf die genannten Beispiele beschränkt, diese läßt sich vielmehr in analoger Weise auch auf ändere wärmetechnische Apparate anwenden, bei denen geringe Leckraten oder Undichtigkeiten zugelassen werden können.It should be noted that this already very low leakage percentage is due to the additional described above Measures can be further reduced. In this way, heat exchangers can be relieved of thermal stresses can be used with advantage for most applications, including in the nuclear reactor field. It goes without saying that the present one is H.eue-riäirag- not limited to the examples given, these Rather, it can also be used in an analogous manner on other thermal engineering Use apparatus in which low leak rates or leaks can be permitted.

6 Ansprüche, 8 Figuren - 6 - Mü/Fra6 claims, 8 figures - 6 - Mü / Fra

Claims

P.A. 2J0 236 * -4.6.65

PLA 62/8220

Protection claims

1. Heat exchangers for increased pressures and temperatures with flow media preferably of the same type and at least one tube plate at both ends to accommodate the heat exchanger tubes, characterized in that that the heat exchanger tubes are only tightly connected to one tube plate, e.g. welded, and to avoid thermal stresses are slidably mounted in the other tube plate with the permission of low leakage losses.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes in which one tube plate is mounted in a sliding seat with an annular gap that is as narrow as possible.

5. Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the Tube plates to extend the annular gap with sleeves that extend over the tubes and have approximately the same inner diameter as the bores have, are provided,

4. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that for Improvement of the sealing the bores in the tube plate with ring groove-like recesses, the piston ring-like, resilient sealing body included, are provided.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that in the Annular groove-like recesses of the bores in the tube plate known per se temperature- and pressure-resistant sealing bodies, e.g. from Asbestos or plastic are used.

-J- Mü / Fra

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6. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that the bores of the tube plate are provided with recesses in the manner of known labyrinth seals.

- 8 - Mü / Pra