DE1920039U - Waermetauscher. - Google Patents

Description

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SIEMENS-SCHUCKERTWERKE . Erlangen, den ·I JlIfII 1965

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemlns-Str.

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Wärme tauscher

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

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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.

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,

Da die Rohrplatten bei Hochdruckwärmetauschern eine beachtliche Dicke besitzen, entsteht entlang den durch die Bohrungen lose hindurchgeführten Rohren jeweils ein langer Rifigspalt, der gegen den

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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.

Zur weiteren Vervollkommnung einer derartigen Anordnung ist es selbstverständlich auch möglich, an sich bekannte zusätzliche Dichtungsmittel, wie Kolbenringe, Dichtungspackungen usw. anzuwenden.

Die Figuren 1 bis 8 dienen der besseren Veranschaulichung des ·-. ii'eäueEungsgemäßen Gedankens.

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.

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. Das

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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.

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.

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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.

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«

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.

Nach Figur 7 ist dieser federnde Ring durch Dichtungsringe 92 an sich bekannter Art, z.B. aus Asbestschnur oder auch aus Kunststoff, ersetzt.

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.

Nachfolgende kurze Berechnung der zu erwartenden Leckmenge für einen Regenerativwärmetauscher, bei dem auf beiden Seiten Kohlendioxyd-

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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.

Medium COg

Systemdruck 60 ata

Temperatur 582° C

Druckdifferenz an der Stelle:

schiebbares Heizrohr - Rohrplatte 5 ata

Zahl der Heizrohre 91

Rohrplattenstärke 140 mm

Rohraußen 0 14 mm

Bohrungs 0 14,2 mm

somit Radialspiel 0,1 ram CO -Durchsatzmenge durch den

Wärmetauscher - 7200 kg/h

Leckmenge 50 kg/h

= 0,7 % der COp Durchsatzmenge

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.

6 Ansprüche, 8 Figuren - 6 - Mü/Fra

Claims (1)

1. P.A. 2J0 236*-4.6.65

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   Schutzansprüche

   1. Wärmetauscher für erhöhte Drücke und Temperaturen mit Durchflußmedien vorzugsweise gleicher Art und wenigstens je einer Rohrplatte an beiden Enden zur Aufnahme der Wärmetauscherrohre, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre nur mit der einen Rohrplatte dicht verbunden, z.B. verschweißt sind und zur Vermeidung von Wärmespannungen in der anderen Rohrplatte unter Zulassung von geringen Leckverlusten verschiebbar gelagert sind.

   2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in der einen Rohrplatte in einem Schiebesitz mit möglichst engem Ringspalt gelagert sind.

   5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatten zur Verlängerung des Ringspaltes mit über die Rohre greifenden Hülsen, die etwa den gleichen Innendurchmesser wie die Bohrungen haben, versehen sind,

   4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Abdichtung die Bohrungen in der Rohrplatte mit ringnutartigen Ausdrehungen, die kolbenringartige, federnde Dichtungskörper enthalten, versehen sind.

   5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die ringnutartigen Ausdrehungen der Bohrungen in der Rohrplatte an sich bekannte temperatur- und druckbeständige Dichtungskörper z.B. aus Asbest oder Kunststoff eingesetzt sind.

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   6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Rohrplatte mit Ausdrehungen nach Art an sich bekannter Labyrinthdichtungen versehen sind.

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