DE2045370A1

DE2045370A1 - Radialstrom Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2045370A1
Application number: DE19702045370
Authority: DE
Inventors: Paul Viktor Dr Wien Fritz Kurt Dipl Ing Dr Klosterneu bürg Lippitsch Josef Dipl Ing Graz GiIh, (Osterreich), Lurf, Günther, Dipl Ing , 7000 Stuttgart P F28d 7 06
Original assignee: Waagner Biro^AG, Wien
Priority date: 1969-09-26
Filing date: 1970-09-14
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1300294A; CH522867A; FR2063033A1; ATA915969A; FR2063033B1; US3712370A; AT326706B

Description

t>r. W. Hasse ο η / κ ^ 7 η

Manchen 9 20453/Q

·JraUe 8

Waagner-Biro Aktiengesellschaft, A 1051 Wien, Margaretenstraße 70

Radialstrom-Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Radialstromwärmetauscher, bei welchem das Rohrbündel aus einer Vielzahl von gleichartigen oder gruppenweise gleichartigen, vorzugsweise nach konischen Spiralen gebogenen Rohren besteht.

Es sind bereits Radialstromwärmetauscher bekannt· Bei den bekannten Wärmetauschern tritt das Problem der gleichmäßigen Zu- und Abführung des um die Rohre strömenden Mediums auf, welches bis jetzt noch nicht zufriedenstellend gelöst wurde. Die vorliegende Erfindung löst das vorstehende Problem. Sie bewirkt eine Vergleichmäßigung der um die Rohre des Rohrbündels strömenden Mediumsmenge·

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der Durchströmmengen in allen axialen Abschnitten des Rohrbündels trotz unterschiedlicher Zu- und

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Abströmwege kegelmantelförmige oder annähernd kegelmantelförmige Führungsbleche und/oder perforierte.zylindrische Lochbleche am Ein- und/oder Austritt des Rohrbündels angeordnet sind·

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist das Rohrbündel in mehrere Rohrgruppen aufgeteilt und zwischen den Rohrgruppen sind Bleche angeordnet, so daß das um die Rohre strömende wärmetauschende Medium das Rohrbündel im wesentlichen in der durch die Bleche vorgegebenen Richtung umströmt. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal nimmt der Abstand zwischen dem Rohrbündel und den Führungsblechen in Richtung der Zu- bzw· Ableitung ab bzw. zu_t wobei sich die maximalen Querschnitte zwischen dem kegelmantelförmigen Führungsblech und dam Rohrbündel auf der Zu- und Abströmseite wie> die jeweilige Quadratwurzel der Temperatur des um die Rohre strömenden Mediums verhalten.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise und schematisch dargestellte Darin neigen Fig« I ©inen RadiaLstromwSrmetauscher im Aufriß^ Fig* 2 einen Aufriß @ines ähnlichen ^adlalstromsrärmetauschers, Fig· 3 eiraen derartigen Wärmetauscher im Grundriß und Fig. 4 ©inen ähnlichen Wärmetauscher im Grundriß.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher, bei dem das die Rohre umströmende Medium bei 12 eintritt und bei 13 austritt« Die Wärmetauscherrohre 3 sind nach konischen Spiralen geformt, die gleichartige Rohrgassen bilden, welche durch eingelegte Bleche oder Ringe oder andere Abstandhalter definiert sind. Die Wärmetauscherrohre 3 sind in ringförmigen Rohrpaketen 4 bis Ö angeordnet, zwischen welchen Leitbleche 9 vorgesehen sind. Der Mantel 14 des sich verengenden inneren Anströmkanals wird von einem Führungsblech 1 gebildet und umschließt den inneren Raum des Wärmetauschers, der beispielsweise durch einen Reaktor ausgefüllt ist. Am Ein- bzw. Austritt des um die Rohr® strömendes! Mediums in die Rohrpakete 4 bis 8 sind perforierte lylindrieeh® Loch-

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bleche 2 vorgesehen. Am Austritt des um die Rohre strömenden Mediums ist ebenfalls ein konischer oder annähernd konischer Austrittsstutzen 15 vorgesehen, der von einem Führungsblech 1 gebildet ist. ßie Einrichtungen 1 und 2 müssen nicht unbedingt sowohl am Eintritt als auch am Austritt in das Rohrbündel 3 angeordnet sein. Es genügt in manchen Fällen auch nur eine Anordnung von perforierten zylindrischen Lochblechen am Eintritt in das Rohrbündel«

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung des Radialstromwärmetauschers, bei der jedoch die Rohre nach ebenen Spiralen gebogen sind. Diese Spiralen können auch J durch Kreisbogenstücke ersetzt werden· Es gelten hier dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. Das in den Rohren des Rohrbündels 3 strömende Medium strömt über die Eintrittssammler 10 durch die Verbindungsrohre 11 in das Rohrbündel 3 undvon dort über die Verbindungsrohre 11 in die Austrittssammelkammer 17« Die Austrittssammelkammer 17 kann auch im äußeren Ringkanal angeordnet werden. In diesem Fall ist dann die Eintrittasammelkammer 10 im zentralen inneren Raum 16 vorgesehen. Die gezeichneten Sammelkammern 10 und 17 bedienen einzelne Rohrstränge in den Rohrgruppen 4, 7,S, Wichtig ist, daß jeweils alle Rohre, die von einem Sammler 10 ausgehen, in eine oder mehrere Sammelkammern 17 münden und so Gruppen bilden, die durch (| keinerlei Kürzschlußverbindungen miteinander verbunden sind. Im Schadensfall läßt sich dann jeweils eine Gruppe abschalten, indem die zusammengehörigen Sammelkammern 10 und 17 abgeschlossen werden. Um größere Unregelmäßigkeiten im Schadensfalle zu vermeiden, werden so, wie in der Figur dargestellt, jeweils nur einzelne Rohre der Rohrgruppen 4 bis Ö durch eine Sammlergruppe 10, 17 bedient.

In Fig. 3 ist ein Grundriß zu Fig. 2 oder auch zu Fig. 1 dargestellt· Im Zentrum des Wärmetauschers 16 kann hiebei die Spaüzone eines gasgekühlten Reaktors angeordnet sein. In diesem Fall stellt der Radi al stromwärme- ■ ■ -■.

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tauscher eine kompakte und v/irtschaftliche Bastpferzeuigereinheit dar. In dieser Figur sind zwei Rohrspiralen des RohrbUndels 3» ausgehend von den Eintrittssammelkafiasern 10 und mündend in die Austrittssarnmelkammer 17 dargestellt. Selbstverständlich sind im Wärmetauscher bedeutend mehr Rohrspiralen vorgesehen, die zueinander parallel in derselben Ebene und auch in dazu parallelen Ebenen verlaufen können. Es wird jeweils eine der Roiirgruppen 4 bis δ von einem Sammler 10, 17 bedient. Die anderen Samasler dienen für darunter- bzw. darüberliegende Rohrgruppen.

In Fig. 4 ist ein weiterer Grundriß eines Radial-Stromwärmetauschers dargestellt, bei dem die Wärmetauscherrohre 3 der einzelnen Rohrgruppen 4 bis Ö in"Sektoren angeordnet sind. In diesen Sektoren sind die Rohre 3 schlangenförmig verlegt. Bei dieser Konstruktion sind die Eintrittssammelkammern 10 und die Austrittesammelkammern 1? ebenfalls in diesen Sektoren angeordnet. Es entfallen somit etwaige Verbindungsrohre 11, die, wie in dem Fig» 2 und 3 angedeutet wurde, die kegelmanteiförmigen Führungsbleche durchdringen. Die Konstruktion des Wärmet tuaeh er s wird dadurch einfacher und auch betriebssicherer*

Die Zu- und Abströmkanäle für das um die Wärmetauscherrohre strömende Medium, die zwischen dem Ftlhrungsblech 1 und dem zylindriachen perforierten Lochblech. 2 angeordnet sind, werden so dimensioniert, daß die Ein- und Austrittsquerschnitte sich so verhalten wie die Quadratwurzeln der Temperatur des ein- bzw. austretenden Mediums im betreffenden Querschnitt· Durch diese Diroensionierung wird eine gleichmäßige Geschwindigkeit in den Zu- und Abströmkanälen bewirkt, so daß die Strömungsverluste ein Minimum bilden«

Die Perforierung der Lochbleche 2 wird so abgestimmt, daß durch jede Rohrgruppe 2 bis 8, die gleichen Mengen des wärmetauschenden Mediums hindurchgeführt werden.

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Weiters ist die Perforation der Lochbleche 2 veränderbar ausgebildet! so daß nach dem ersten Anfahren des Wärmetauschers Ungleichmäßigkeiten in der Durchströmung der einzelnen Rohrgruppen ausgeglichen werden können. Diese Ungleichmäßigkeiten bedingen ungleiche Erwärmung der einzelnen Rohrsträngef so daß unter Umständen überhitzungen einzelner Rohrschlangen auftreten können. So können auch Ungleichmäßigkeiten im Wärmeübergang, wenn beispielsweise nach einer Reparatur des Wärmetauschers einzelne Rohrstränge abgeschaltet werden, ausgeglichen werden.

Die Lochbleche sind so ausgebildet, daß durch

Aufschweißen von Deckplatten oder Aufziehen von ringförraigen Deckblechen die Perforation verändert werden kann. Die LoehbJleche werden aus Stabilitätsgründen möglichst an der Sintrittsseite des Rohrbündels angeordnet. Ihre Anordnung an der Austrittsseite ist im allgemeinen weniger wirksam, bringt aber meistens Vorteile, weil dadurch hochhitzebeständiges Material vermieden werden kann.

Um die Reparaturmöglichkeit des Wärmetauschers zu erhöhen, können die Sammelkammern 10 und 17 mit gerader Rohrachse ausgebildet werden, so daß Abstoppeleinrichtungen in diese eingeführt werden können. Sollte es aus konstruktiven Gründen nicht ohne weiteres möglich sein, die Sammelkammern 10 und 17 in gerader Rohrachse auszuführen, so ist die Einspeisung einzelner Rohrspiralen in verschiedenen Ebenen und auch Rohrgruppen, wie sie in Fig. 2 beschrieben wurde, anzuwenden»

Die Wärmetauscherkonstruktion nach Fig. 4 weist einen besonderen Vorteil bei der Reparatur auf, indem einzelne Sektionen stillgelegt und/oder auf einfache Weise ausgetauscht, werden können«

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Claims

Patentansprüche :

iJ Radialströmwännetauseher, bei welchem das Rohrbündel aus einer Vielzahl von gleichartigen oder gruppenweise gleichartigen, vorzugsweise nach konischen Spiralen gebogenen, Rohren besteht» dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichraäßigung der Durchgtrömmengen in allen asdalen Abschnitten des Rohrbündels trotz unterschiedlicher Zu- und Abströmweg® kegelmantelförmige oder annähernd kegelmantelförraige Führungsbleche (1) und/oder perforierte zylindrische Lochbleche (2) am Ein- und/oder Austritt des Rohrbündels {3) P angeordnet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (3) in mehrere Rohr gruppen (4- bis 8) aufgeteilt ist und daß zwischen den Rohrgruppen Bleche (.9) angeordnet sind, so daß das um die Rohre strömende wärm©tauschende Medium das Rohrbündel (3) ins wesentlichen in der durch die Bleche (9) vorgegebenen Richtung umströmt „
3 ο Wärmetauscher naah Anspruch. l_s dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Rohrbündel (3) und den Führungsblechen (1) in Richtung der Zu- bzw. Ab«

^ leitung ab- bsw. sunimmt·
4» Wärmetauscher nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Querschnitte zwischen dem kegelmanteiförmigen Führungsblech (1) und dem Rohrbündel (3) sich wie die jeweilige Quadratwurzel der Temperatur des um die Rohre strömenden Mediums verhalten«
5« Wärmetauscher nach Anspruch I₈ dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vom Xm©r©n und außerhalb des vom äußeren Führungsblech (1) begrenzten Raumes Verteil- bzw. Sammelrohre (1O₁ 17) für das in den Rohren des Rohrbündels (3) strömende Medium angeordnet sind, wobei die Verbindungsrohre (11) das Führungsblech (1) durchdringen (Fig. 2, 3).

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6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- und Verteilrohre (10, 17) mit gerader Rohrachse ausgeführt sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Durchlässigkeit der Lochbleche (2) in Strömungsrichtung der Zu- und/oder Ableitung des um die Rohre (11) strömenden Mediums zu- bzw. abnimmt.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Loohbleche (2) zum Ausgleichen von Auslegungs- und Herstellungsfehlern Einrichtungen zur Änderung der spezifischen Durchlässigkeit aufweisen.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verteil- bzw. Saramelrohr (10, 11) Rohre verschiedener Rohrgruppen (4 bis 8) bedient und daß jedem Samraelrohr (10) über die Rohre (3) ein oder mehrere Sammelrohre (17) eindeutig zugeordnet sind (Fig. 2), "
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