DE1501616B2 - HEAT TRANSFER - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem aus einzelnen, ebenen, parallel nebeneinander angeordneten Rohrtafeln aufgebauten Rohrbündel, wobei jede Rohrtafel aus geraden, parallel zueinander in einer Ebene liegenden, mit quer angeordneten Rippen versehenen Rohrstücken besteht, die an ihren beiden Enden durch rippenlose Umkehrbögen zu einer ebenen Rohrschlange verbunden sind, wobei ferner die Rohrtafeln an zwei gegenüberliegenden Wänden eines einen Wärmeträger führenden Strömungskanals derart angebracht sind, daß die Rohrtafelebenen parallel und die Rohrachsen der geraden Rohrstücke senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers verlaufen.The invention relates to a heat exchanger with one of individual, flat, parallel side by side arranged tube sheets built-up tube bundle, each tube sheet made of straight, parallel to each other lying in one plane, provided with transversely arranged ribs pipe pieces, which are connected at both ends by rib-less return bends to form a flat pipe coil, furthermore, the tube sheets on two opposite walls of one leading a heat transfer medium Flow channel are attached so that the pipe panel planes parallel and the pipe axes of the straight pipe sections run perpendicular to the flow direction of the heat transfer medium.

Bei Wärmeübertragern, die in Strömungskanälen heißer, zu kühlender Gase — wie sie z. B. als Reaktorkühlmittel eines gasgekühlten Kernreaktors Verwendung finden — angeordnet sind, ist es erwünscht, daß die Gase mit über den Querschnitt gleichmäßig verteilter Temperatur aus den Wärme-Übertragern austreten. Dazu ist es notwendig, daß die Gaspartikel jedes Stromfadens am Ende ihres Weges durch den Wärmeübertrager etwa die gleiche Wärmemenge abgegeben haben. Deshalb muß der Strom der abzukühlenden Gase möglichst auf die zur Erhöhung des Strömungswiderstandes und zur Verbesserung des Wärmeüberganges mit Rippen versehenen geraden Stücke der von den Gasen umströmten Rohre begrenzt werden.In the case of heat exchangers that are used in flow channels of hot gases to be cooled - as they are e.g. B. as Reactor coolants of a gas-cooled nuclear reactor are used - are arranged, it is desirable that the gases with a temperature evenly distributed over the cross-section from the heat exchangers step out. For this it is necessary that the gas particles of each stream filament at the end of their way through the heat exchanger approximately the have given off the same amount of heat. Therefore, the flow of the gases to be cooled must as possible those to increase the flow resistance and to improve the heat transfer with ribs provided straight pieces of the pipes around which the gases flow are limited.

Abgesehen von den quer angeordneten Rippen, die ihrerseits ebenfalls vielfach bekannt sind (siehe z. B. deutsche Patentschrift 465 239), zeigt die belgische Patentschrift 559 078 einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art, bei dem die Rohrtafeln einzeln auf an gegenüberliegenden Wänden angebrachten Konsolen abgestützt sind. Eine Beschränkung des Gasstromes im wesentlichen auf den Bereich der geraden Rohrstücke wird bei dieser bekannten Anordnung nicht erreicht. Darüber hinaus \ erfordert die Montage dieses bekannten Rohrbündels einen erheblichen Aufwand, da jede einzelne, ebene Rohrtafel individuell an den Konsolen befestigt werden muß.Apart from the transversely arranged ribs, which for their part are also widely known (see z. B. German patent specification 465 239), the Belgian patent specification 559 078 shows a heat exchanger of the type mentioned at the outset, in which the pipe panels are individually attached to opposite walls Consoles are supported. A restriction on gas flow essentially to the area the straight pipe sections is not achieved in this known arrangement. Furthermore \ the assembly of this known tube bundle requires considerable effort, since each individual, flat Pipe panel must be attached individually to the consoles.

In der vorstehend erwähnten deutschen Patentschrift sind die quer angeordneten Rippen ebenfalls an geraden, parallelen Rohrstücken angeordnet; diese sind an ihren Enden durch Sammler untereinander verbunden, die an die Rippen nahe heranreichen. Die Sammler ihrerseits stehen durch in einer Erweiterung des Strömungskanals für den Wärmeträger liegende, rippenlose Umkehrbögen untereinander in Verbindung. Abgesehen von erheblichen Druckverlusten, die für innerhalb der Rohre fließende Medien — durch die wiederholten Übergänge der Strömung aus den geraden Rohrstücken in die Sammler und aus diesen wieder in die geraden Rohrstücke oder die Umkehrbögen — hingenommen werden müssen, kann mit dieser Konstruktion eine Begrenzung der abzukühlenden Gase auf die mit Rippen versehenen Rohrstücke nicht erreicht werden, obwohl die ebenen δο Rohrtafeln mit ihren Sammlern auf parallel zu den Rohrachsen verlaufenden, durchgehenden Tragborden montiert sind. Da jede Rohrtafel dieser Konstruktion darüber hinaus auf zwei an gegenüberliegenden Wänden angeordneten, nur ihr zugehörigen Tragborden ruht, erfordert die Lagerung des ganzen Rohrbündels einen hohen Aufwand an Material und Monta«earbeit.In the aforementioned German patent, the transversely arranged ribs are also arranged on straight, parallel pipe sections; these are at their ends through collectors among each other connected that come close to the ribs. The collectors, for their part, are in an expansion of the flow channel for the heat transfer medium, rib-less return bends below one another in Link. Apart from considerable pressure losses for media flowing inside the pipes - through the repeated transitions of the flow from the straight pipe sections into the collectors and from these back into the straight pipe pieces or the reverse bends - must be accepted, With this construction, the gases to be cooled can be limited to those provided with fins Pipe sections cannot be reached, although the flat δο Pipe panels with their collectors on continuous support rims that run parallel to the pipe axes are mounted. Since each tube sheet of this construction also has two on opposite sides Walls arranged, rests only their associated carrying shelves, requires the storage of the whole The tube bundle requires a great deal of material and installation work.

Ferner ist ein aus Flossenrohren aufgebauter Wärmeübertrager (deutsche Patentschrift 648 449) bekannt, bei dem je zwei gerade Rohrstücke über einen rippenlosen Umkehrbogen an ihrem einen Ende miteinander verbunden sind, während ihre anderen Enden in je einen Sammler münden. Diese U-förmigen Rohrstücke sind mit Hilfe von am Scheitel ihres Bogens angeschweißten Laschen einzeln in senkrechte Einschnitte von Stegen eingehängt. Die Stege sind ihrerseits Teile von waagerechten und winkelförmigen Traggliedern, die zusammen mit geeigneten Stützen einen tragenden Stützrahmen für die Rohre bilden. Auch bei dieser Konstruktion kann eine ungehinderte Umströmung der rippenlosen Umkehrbögen erfolgen. Darüber hinaus ist die notwendige Einzelmontage der U-förmigen Rohre kostspielig und aufwendig.Furthermore, a heat exchanger constructed from fin tubes (German patent specification 648 449) known, in which two straight pieces of pipe over a ribless reverse bend at one end are connected to each other, while their other ends each open into a collector. This U-shaped Pipe sections are individually in vertical position with the help of brackets welded to the apex of their arch Incisions are hooked into the webs. The webs are in turn parts of horizontal and angular ones Support members which, together with suitable supports, form a load-bearing support frame for the pipes form. With this construction, too, an unimpeded flow around the rib-free return bends take place. In addition, the necessary individual assembly of the U-shaped tubes is expensive and laborious.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmeübertragern der eingangs genannten bekannten Art auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Abstützung der Rohrtafeln in dem Strömungskanal zu erreichen, bei der eine Begrenzung des das Rohrbündel umströmenden Gasstromes auf die geraden, mit Rippen versehenen Rohrstücke gewährleistet ist; weiterhin soll der Aufwand für die Montage, besonders für die Montage am Ort, der fabrikmäßig vorgefertigten Rohrtafeln entscheidend reduziert werden.The invention is based on the problem of heat exchangers of the known type mentioned at the beginning Kind of a simple and economical way to support the pipe panels in the flow channel to achieve in which a limitation of the gas flow flowing around the tube bundle to the straight, pipe sections provided with ribs are guaranteed; continue to be the effort for assembly, especially for on-site assembly, the factory-made prefabricated pipe panels are significantly reduced.

Diese zweifache Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs bezeichneten bekannten Gattung von Wärmeübertragern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Befestigung der Rohrtafeln an den gegenüberliegenden Wänden des Strömungskanals jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrbögen der Rohrtafeln Tragborde angebracht sind, deren Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers steht und deren Länge sich an den die Umkehrbögen aufweisenden Rohrbündelseiten durchgehend entlang des ganzen Bündels erstreckt, während sie in der Breite bis nahe an die mit Rippen versehenen geraden Rohrstücke der Rohrtafeln heranreichen, wobei die Montage jeder Rohrtafel durch Einschieben von einer Wandseite (Wand 2) her vorgesehen ist, an welche die mit den Tragborden versehenen Wände anschließen.This twofold task is based on the known genus of Heat exchangers according to the invention achieved in that for fastening the pipe panels to the opposite Walls of the flow channel between two consecutive return bends of the pipe panels supporting rims are attached, the plane of which is perpendicular to the direction of flow of the heat transfer medium and the length of which is continuous on the tube bundle sides having the return bends extending along the whole bundle, while being ribbed in width to close to that straight pipe sections of the pipe panels, the assembly of each pipe panel through Insertion from a wall side (wall 2) is provided, to which the provided with the support shelves Connect walls.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Rohrtafeln in der Strömungsrichtung des Wärmeträgers versetzt zueinander angeordnet und abwechselnd entweder von oben oder von unten an den Tragborden befestigt sind, da dadurch eine besonders dichte Packung der Rohre im Rohrbündel und damit im Strömungskanal erreicht wird.An advantageous embodiment of the invention is that the individual pipe panels in the Direction of flow of the heat transfer medium arranged offset to one another and alternately either from are attached to the top or bottom of the shelves, as this creates a particularly tight packing of the Pipes in the tube bundle and thus in the flow channel is reached.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I der Fig. 2 durch einen Wärmeübertrager, dessen Rohrbündel in einzelne, parallel liegende, ebene Rohrschlangen aufgeteilt und in einem, den einen Wärmeträger, ζ. B. ein Gas führenden Strömungskanal angeordnet ist;F i g. 1 shows a cross section along the section line I-I of FIG. 2 through a heat exchanger, whose tube bundle is divided into individual, parallel, flat tube coils and in one, the a heat transfer medium, ζ. B. a gas-carrying flow channel is arranged;

Fig. 2 stellt eine Draufsicht der Fig. 1, teilweise im Schnitt, dar, währendFig. 2 shows a plan view of Fig. 1, in part in cut, dar while

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 wiedergibt.Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 1 reproduces.

Bei dem als Ausführungsbeispiel gezeigten Wärmeübertragerhandelt es sich um einen Wärmeübertrager, der für den Einbau in die Reaktoranlage eines gas- «ekühlten Kernreaktors vorgesehen ist. Die von zuThe heat exchanger shown as an exemplary embodiment is a heat exchanger, which is intended for installation in the reactor system of a gas-cooled nuclear reactor. The from to

erhitzendem Dampf durchströmten Rohre 3 des Rohrbündels sind dabei in einen oben und unten offenen Strömungskanal 1 von rechteckigem Querschnitt eingebaut. Dieser Strömungskanal 1 wird von dem die Wärme zuführenden Reaktorkühlmittel, z.B. CO₂, in Richtung des Pfeiles Λ (Fig. 1) durchsetzt, so daß die Rohre 3 von dem gasförmigen Wärmeträger quer angeströmt werden. Mehrere solcher Strömungskanäle werden bei einer bereits in Ausführung befindlichen derartigen Reaktoranlage in einem Druckgefäß nebeneinander aufgestellt.The tubes 3 of the tube bundle through which heating steam flows are installed in a flow channel 1 of rectangular cross-section, which is open at the top and bottom. This flow channel 1 is penetrated by the reactor coolant supplying the heat, for example CO ₂ , in the direction of the arrow Λ (FIG. 1), so that the tubes 3 are crossed by the gaseous heat transfer medium. A plurality of such flow channels are set up next to one another in a pressure vessel in a reactor system of this type that is already being implemented.

Um eine Vorstellung von den Größenabmessungen des Wärmeübertragers zu geben, sei erwähnt, daß die Abmessungen eines einzelnen derartigen Strömungskanals z. B. 2 X 2 X 10 m³ betragen können, und dieser ein Gewicht von über 100 Tonnen besitzt.To give an idea of the size dimensions of the heat exchanger, it should be mentioned that the dimensions of a single such flow channel z. B. 2 X 2 X 10 m ³ , and this has a weight of over 100 tons.

Die mit 2 bezeichnete Wand des Kanalgehäuses 1 ist abnehmbar und wird durch Schrauben 6 an zwei einander gegenüberliegenden festen Wänden des Strömungskanals 1 befestigt. Die Wände des Kanals 1 können zur Erhöhung ihrer mechanischen Festigkeit aus gewellten Blechen gefertigt sein.The designated 2 wall of the duct housing 1 is removable and is attached to two by screws 6 Fixed opposite solid walls of the flow channel 1. The walls of the channel 1 can be made of corrugated sheet metal to increase their mechanical strength.

Die geraden, mit Zirkularrippen 7 versehenen, parallelen Stücke der Rohre 3, deren Achsen senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers verlaufen, sind durch rippenlose Umkehrbogen 8 miteinander zu ebenen, parallel nebeneinander angeordneten Rohrtafeln zusammengefaßt und werden von dem zu erwärmenden Medium parallel von unten nach oben durchströmt, wie dies durch die kleinen Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist.The straight, parallel pieces of the tubes 3 provided with circular ribs 7, the axes of which are perpendicular run to the direction of flow of the heat transfer medium, are connected to one another by means of reverse bends 8 without ribs to flat, parallel side by side arranged pipe panels and are summarized by the The medium to be heated flows through parallel from bottom to top, as indicated by the small arrows in Fig. 1 is indicated.

Die Rohrtafeln, deren Ebenen parallel zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers verlaufen, sind mittels Briden 5 an jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrbogen 8 liegenden Tragborden 4 befestigt. Diese sind ihrerseits an die beiden, an die Wand 2 anstoßenden Wände des Kanals 1 parallel zueinander im Abstand angeschweißt und an den beiden Wänden versetzt zueinander angeordnet. Die Ebene der Tragborde 4 steht senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers; ihre Länge erstreckt sich an den die Umkehrbogen 8 aufweisenden Rohrbündelseiten durchgehend entlang des ganzen Bündels, während sie in ihrer Breite bis nahe an die Rippen 7 der geraden Rohrstücke 3 heranreichen.The pipe panels, the planes of which run parallel to the direction of flow of the heat transfer medium, are by means of Clamps 5 on carrying flanges 4 lying between two consecutive reverse bends 8 attached. These are in turn parallel to the two walls of the channel 1 that abut against the wall 2 welded to each other at a distance and arranged offset to each other on the two walls. the The plane of the support rims 4 is perpendicular to the direction of flow of the heat transfer medium; extends their length to the tube bundle sides having the reverse bend 8 continuously along the whole Bundle, while they come close to the ribs 7 of the straight pipe sections 3 in their width.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die einzelnen Rohrtafeln in Strömungsrichtung des Wärmeträgers versetzt zueinander angeordnet und durch die Briden 5 abwechselnd von oben und von unten an den Tragborden 4 gehalten (Fig. 3).As FIG. 1 shows, the individual tube sheets are offset from one another in the direction of flow of the heat carrier arranged and by the clamps 5 alternately from above and from below on the carrying rims 4 held (Fig. 3).

Durch die Aufteilung des Rohrbündels in ebene, parallele Rohrtafeln ergeben sich z. B. in Diagonalrichtung durch das Rohrbündel einzelne Gassen, durch welche Schwingungsdämpferstäbe 10 zwischen die Rohre 3 geschoben sind.By dividing the tube bundle into flat, parallel tube sheets, z. B. in the diagonal direction through the tube bundle individual lanes through which vibration damper rods 10 between the tubes 3 are pushed.

Diese Schwingungsdämpferstäbe 10 dienen zur Dämpfung von Rohrschwingungen, die durch die die Rohre quer anströmenden Gase entstehen können.This vibration damper rods 10 are used to dampen pipe vibrations caused by the Gases flowing across pipes can arise.

Die Anordnung der Tragborde 4 quer zur Strömungsrichtung des Gases ergibt eine wirksame Drosselung der Gasströmung in den Bereichen der Umkehrbogen, so daß die Gasströmung im wesentlichen im Bereich der mit Rippen 7 versehenen, geraden Rohrstücke 3 verläuft. Somit wird auf einfache Weise am Ende des Wärmeübertragers eine über den Querschnitt gleichmäßige Temperaturverteilung der Gase erreicht.The arrangement of the support rims 4 transversely to the direction of flow of the gas results in an effective throttling the gas flow in the areas of the return bend, so that the gas flow is substantially runs in the region of the straight pipe sections 3 provided with ribs 7. Thus, in a simple way at the end of the heat exchanger a uniform temperature distribution of the gases over the cross-section achieved.

Die Montage der Rohrbündels erfolgt bei abgenommener Seitenwand 2 des Kanals 1, indem eine nach der anderen der vorher gefertigten Rohrtafeln in Richtung parallel zu den Tragborden 4 in den Strömungskanal 1 eingeschoben und dort mittels der Briden 5 an den Tragborden 4 befestigt wird.The assembly of the tube bundle takes place with the side wall 2 of the channel 1 removed, by a after the other of the previously manufactured pipe panels in the direction parallel to the support shelves 4 in the The flow channel 1 is pushed in and fastened there to the supporting shelves 4 by means of the clamps 5.

Schließlich wird die Seitenwand 2 befestigt, die in dem gezeigten Beispiel mit Schrauben 6 an die mit den Tragborden 4 versehenen Wände angeschraubt wird. Nach der Montage der Rohrtafeln kann die Wand 2 jedoch auch mit den anstoßenden Wänden des Kanalgehäuses 1 verschweißt werden.Finally, the side wall 2 is attached, which in the example shown with screws 6 to the with the supporting shelves 4 provided walls is screwed. After the pipe panels have been assembled, the However, wall 2 can also be welded to the abutting walls of the duct housing 1.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmeübertrager mit einem aus einzelnen, ebenen, parallel nebeneinander angeordneten Rohrtafeln aufgebauten Rohrbündel, wobei jede Rohrtafel aus geraden, parallel zueinander in einer Ebene liegenden, mit quer angeordneten Rippen versehenen Rohrstücken besteht, die an ihren beiden Enden durch rippenlose Umkehrbogen zu einer ebenen Rohrschlange verbunden sind, wobei ferner die Rohrtafeln an zwei gegenüberliegenden Wänden eines einen Wärmeträger führenden Strömungskanals derart angebracht sind, daß die Rohrtafelebenen parallel und die Rohrachsen der geraden Rohrstücke senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Rohrtafeln an den gegenüberliegenden Wänden des Strömungskanals jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrbogen (8) der Rohrtafeln Tragborde (4) angebracht sind, deren Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers steht und deren Länge sich an den die Umkehrbogen aufweisenden Rohrbündelseiten durchgehend entlang des ganzen Bündels erstreckt, während sie in der Breite bis nahe an die mit Rippen (7) versehenen geraden Rohrstücke (3) der Rohrtafeln heranreichen, wobei die Montage jeder Rohrtafel durch Einschieben von einer Wandseite (Wand 2) her vorgesehen ist, an welche die mit den Tragborden versehenen Wände anschließen.1. Heat exchanger with a single, flat, parallel side by side Tube sheets constructed tube bundles, with each tube sheet made of straight, parallel to each other in lying on a plane, provided with transversely arranged ribs pipe pieces, which at at both ends connected by a rib-less return bend to form a flat pipe coil are, furthermore, the pipe panels on two opposite walls of a heat carrier leading flow channel are attached so that the pipe panel planes parallel and the The pipe axes of the straight pipe sections run perpendicular to the direction of flow of the heat transfer medium, characterized in that for fastening the pipe panels to the opposite walls of the flow channel, respectively between two successive return bends (8) of the tubular panels supporting rims (4) are attached, the plane of which is perpendicular to the direction of flow of the heat carrier and the length of which extends continuously along the tube bundle sides having the return bends of the whole bundle, while in width it extends close to the ribbed (7) straight pipe sections (3) of the pipe panels, with the assembly of each pipe panel by pushing in from one wall side (wall 2) is provided, to which the with the supporting shelves connected walls. 2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrtafeln in der Strömungsrichtung des Wärmeträgers versetzt zueinander angeordnet und abwechselnd entweder von oben oder von unten an den Tragborden (4) befestigt sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the individual tube sheets in the direction of flow of the heat transfer medium offset from one another and alternately either are fastened from above or below to the carrying rims (4). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings