DE2412421A1 - HEAT EXCHANGER WITH DOUBLE PIPE ELEMENTS - Google Patents

HEAT EXCHANGER WITH DOUBLE PIPE ELEMENTS

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DE2412421A1 DE19742412421 DE2412421A DE2412421A1 DE 2412421 A1 DE2412421 A1 DE 2412421A1 DE 19742412421 DE19742412421 DE 19742412421 DE 2412421 A DE2412421 A DE 2412421A DE 2412421 A1 DE2412421 A1 DE 2412421A1
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Description

Fall 2610 VXR/P/Gi/MaCase 2610 VXR / P / Gi / Ma

Schmidt1sehe Heissdampf-Ges►m.b.H. 35 Kassel-*Bettenhausen» Blienbacher Str· 10Schmidt 1 see Heissdampf-Ges►mbH 35 Kassel- * Bettenhausen »Blienbacher Str · 10

Wärmeaustauscher mit Doppelrohrelementen,Heat exchanger with double tube elements,

Die Erfindung betrifft einen WMrm.eatistauscher' mit im wesentlichen geraden Doppelrohrelenienten bestehend aus je einem Außenrohr und je einem Iimenrohr, deren Enden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei die Außen« rohre in den Innenrauut der Sammler münden, während die Innenrohre durch die Sammler geführt sind.The invention relates to a WMrm.eatistauscher 'with im essential straight double tubular elements consisting of one outer tube and one inner tube each, their ends are each connected to a collector, whereby the outside « pipes open into the interior of the collector, while the Inner pipes are passed through the collector.

Diese Doppelrohranordnung hat sich besonders bei Wärmeaustauschern bewährt, die mit hohen Hei'zflächenbelsstungen betrieben und aus verfahrenstechnischen Gründen mit geraden Rohren gebaut t/erden.This double tube arrangement has proven particularly useful in heat exchangers proven, those with high heating surface loads operated and for procedural reasons with straight Pipes built t / earth.

Ein besonderer Am?endungsfall derartiger Wärmeaustauscher liegt bei Spaltgaskühlern vor, die zur Kühlung und Stabilisierung der Spaltgase in pyrolytisehen Crackprozessen eingesetzt werden. Bei diesen. Kühlern werden die abzukühlenden Spaltgase durch die Innenrohre geführt, welche von durch die Außenrohre fließendem Wasser umströmt sind. Bei der Wärmeabgabe der abzukühlenden Spaltgase an das Wasser wird hochgespannter ¥asseräoxipf erzeugt« Die dabei am Innenrohr auftretenden Uärmespannimgen sind -- bei spiels·» weise infolge eine?· gestörten Wasserströmung «·>■ nicht sicher vorher zu bestimmen, so daß die Gefahr besteht,, gewisse Grenzspannungen su überscLrsiten» Dies führt aber auf Gnmd der Instabilität 'des Systems Eis on/J aus er zu einer Zerstörung der wasserseitigen Schutzschicht und damit zu einer erhöhtenA particular case of heat exchangers of this type is in the case of fission gas coolers which are used for cooling and stabilizing the fission gases in pyrolytic cracking processes. With these. In coolers, the fission gases to be cooled are passed through the inner tubes, around which water flowing through the outer tubes flows. When the fission gases to be cooled give off heat to the water, high-tension water pressure is generated. "The heat tension that occurs on the inner pipe - for example, as a result of a? "Certain limit voltages are overruled" However, due to the instability of the system Eison / J he leads to a destruction of the water-side protective layer and thus to an increased

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Korrosion des Innenrohres. Man strebt daher· an> dem Doppelrohr-S amniler-System eine Elastizität sr-u verleihen» welche verhindern soll,, daß die genannten Grenzspannungen erreicht werden« Andererseits müssen aber die Außenrohre so stark sein, daß sie die an den Verbindungsstellen mit den Sammlern auf** tretenden maximalen Spannungen aufnehmen können«Corrosion of the inner pipe. One therefore strives for> the double tube S amniler system give an elasticity sr-u »which is intended to prevent, that the limit stresses mentioned are reached "On the other hand, the outer pipes have to be strong enough to that they can absorb the maximum stresses occurring at the connection points with the collectors "

Bei einer aus der DT*AS 1 170 434 bekannten Doppelrohranordnung der eingangs genannten Art wird des Innenrohr eine im kalten Zustand wirksame Vorspannung gegebenr welche während des Wärmeaustauschprozesses wieder abgebaut wird» Diese Lösung setzt aber voraus* daß das System Außenrohr-Sarmnler weitgehend starr ist» Infolgedessen ist die Elastizität des gesamten DoppGlrohr-Söinmler-Svstems bei dieser bekannten Anordnung sehr begrenzt»In one of the DT * AS 1,170,434 known double-tube arrangement of the type mentioned is the inner tube r given an effective when cold bias which is reduced again during the heat exchange process "However, this solution presupposes * that the system outer tube-Sarmnler is substantially rigid »As a result, the elasticity of the entire DoppGlrohr-Söinmler system is very limited with this known arrangement»

Bei einem τ/eiteren aus der DT-OS 2 103?794 bekannten Wärmeaustauscher der Gattung sind an den Rohrenden konstruktiv aufwendige Pshnungsausgleicher vorgesehen* die außerdem eine Vergrößerung des Bauvolumens des Kühlers zur Folge haben*In a τ / other heat exchanger of the type known from DT-OS 2 103-794, structurally complex pressure compensators are provided at the pipe ends * which also provide an enlargement the overall volume of the cooler *

Der Erfindung liegt die Aufgabe su Grunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Doppelrohr*· elemente konstruktiv und fertigungstechnisch einfach sind und eine hoha Elastizität des Doppelrohr-3animier—Systems gewähr·*- leisten*The invention is based on the object, a heat exchanger of the type mentioned at the beginning, whose double tube * elements are structurally and technically simple and guarantee a high elasticity of the double-tube animation system · * - Afford*

Diese Aufgabe wird erfinöungsgenröß dadurch gelöst, daß die Außenrohre an ihren Enden int Bereich der Verbindungsstellen mit den Sammlern eine größere Wandstärke als auf deren übrigen Eohrlänge aufweisen..This object is achieved according to the invention in that the Outer pipes at their ends int the area of the connection points with the collectors have a greater wall thickness than on the rest of them Eear length ..

Diese Ausbildung der Außenrohre ermöglicht es» außerhalb der Verbindungsstellen mit den Sammlern deren Wandstärke nur aufThis design of the outer pipes makes it possible »outside of the connection points with the collectors their wall thickness only

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Innendruck zu dimensionieren und somit die Außenrohre lieh dünner zu bauen als es bisher auf Grund der an den Ronr«· enden in der Verbindungsstelle mit dem Sammler auftretenden maximalen Spannungen der Fall war* Die dadurch ermöglichte dünnwandige Auslegung der Außenrohre hat ihrerseits den wesentlichen Vorteil* daß sie eine höhere Elastizität des Doppelrohr«· Sammler*Systems mit sich bringt* Die vorgeschlagene Konstruktion ist somit geeignet», die während des Wärmeaustauschprosesses auftretenden Spannungen im Doppelrohr-Sammler-Systera herab*» zusetzen und somit die Betriebssicherheit und Lebensdauer des Wärmetauschers zu verbessern» Darüber hinaus ergibt sich ein geringerer Materialaufwand und somit auch ein geringeres Gewicht*To dimension the internal pressure and thus to build the outer tubes thinner than was previously the case due to the maximum stresses occurring at the ends of the tubes in the connection point with the collector it brings with it a higher elasticity of the double pipe system «· collector * system * The proposed construction is therefore suitable» to reduce the stresses occurring during the heat exchange process in the double pipe collector system * »and thus to improve the operational safety and service life of the heat exchanger» In addition, there is a lower cost of materials and thus also a lower weight *

Aus der DlVOS 1 6Q1 183 ist «dn Wärmeaustauscher bekannt worden», dessen Rohre an ihren Enden eine verstärkte Hand aufweisen* Dieser bekannte Wärmetauscher ist jedoch nicht nach, dem Doppelrolir-'Sammler-System aufgebaut und ist somit gegen-* Über dem vorgeschlagenen Wärmetauscher gattungsfremd«A heat exchanger is known from DIVOS 16Q1 183 been », the tubes of which have a reinforced hand at their ends * However, this known heat exchanger is not the double roll-up collector system and is therefore contrary to * Unrelated to the generic type above the proposed heat exchanger "

Dieses* bekannte Wärmeaustauscher, der insbesondere für Kraftwagen und Flugzeuge entwickelt wrde* besteht nämlich aus einer Anzahl Einzelrohre mit einer äußerst geringen Wandstarke und einem sehr·' kleinen Durchmesser« Die Rohre sind an ihren Enden in je eine -gelochte Platte eingelötet* Bei raschen Temperatur·* wechseln treten an den Verbindungsstellen erhebliche Wärmespannungen auf T da die verhältnismäßig dicke Lochplatte viel längs aster als dies sehr dünnwandigen Rohre den Temperaturänderungen folgen kann«. Außerdem sind in den zu verwendenden Hochtemperaturloten Zusatzstoffs enthalten» die bei einer geringen Überhitzung vährend des Lötens den Grundwerkstoff angreifen» TFm zu ver~ hindern, daß die &l\£tretenden Spannungen zu Rissen und Brüchen In den Rohren führen können bzw, daß die Bohrenden vährenä desThis * well-known heat exchanger, which was developed especially for cars and airplanes * consists of a number of individual tubes with an extremely small wall thickness and a very small diameter. The tubes are soldered into a perforated plate at their ends · * change occur at the junctions significant thermal stress on T because the relatively thick perforated plate along much aster than very thin-walled pipes can follow the temperature changes. " In addition, the vährend at a low superheat of soldering are incorporated in the to be used in high-temperature solders additive "attack the base material" TFm prevent to ver ~ that & l \ £ can lead passing voltages to cracks and ruptures in the tubes or that the nagging vährenä of

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Lötens erodieren, sind bei diesem bekannten ¥ärmeaustauscher die dünnwandigen Rohre an ihren Enden verstärkt« Die eingangs erläuterten Probleme bei einem Doppelrohr«»Sammler—System— die durch die Instabilität des Systems Eisen/frasser verursacht sind und mit einer ungenügenden Elastizität des Doppelrolir-Sammler-Systems zusammenhängen - spielen jedoch bei diesem bekannten gattungsfremden Wärmeaustauscher keine Solle*Erode soldering, are known in this ¥ ¥ the thin-walled pipes reinforced at their ends. caused by the instability of the iron / frasser system and with insufficient elasticity of the double roll collector system are related - but are not intended to play a role in this well-known, non-generic heat exchanger *

fcveckmäßigerveise sind die Außenrohre gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß sie an ihren Enden im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern einen größeren Außendurchmesser als auf der übrigen- Rohrlänge aufweisen,: während ihr- Innendurchmesser auf der gesamten Länge konstant ist«By default, the outer tubes according to the invention are like this formed that they have a larger outer diameter than at their ends in the area of the junction with the collector have on the remaining pipe length: while their inner diameter is constant over the entire length "

In einer weiteren ztreckgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen» daß die Außenrohre in an sich bekannter Weise an ihren Enden aufgestaucht sind·In a further embodiment according to the invention it is provided »that the outer tubes are upset at their ends in a manner known per se ·

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben·Below is an embodiment of the invention Described in more detail with reference to the drawing

Es zeigt:It shows:

Fig* 1 einen Doppelrohr-Wärmeaustauscher in vereinfachter Darstellung*Fig * 1 shows a double tube heat exchanger in simplified form Depiction*

Fig. 2 «in Doppelrohrelement des Wärmeaustauschers nach Fig· \Ψ vergrößert dargestellt*Shown Fig. 2 "in double-pipe element of the heat exchanger of Figure · \ Ψ increases *

Fig«. 3 eine Einzelheit des Doppelrohrelementes nach Fig* 2 im Bereich der Verbindungsstelle mit dem Sammler ebenfalls vergrößert dargestellt·Fig «. 3 shows a detail of the double tube element according to FIG also in the area of the connection point with the collector shown enlarged

m g , m g,

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Der in Fig. 1 dargestellte Wärmeaustauscher bestellt aus einer Anzahl von im wesentlichen geraden und parallel zueinander angeordneten Rohrelementen 1 t die sich zwischen einem Gaseintrittskopf 2 und einem Gasaustrittskopf 3 erstrecken. The heat exchanger shown in FIG. 1 is made up of a number of essentially straight tubular elements 1 t which are arranged parallel to one another and extend between a gas inlet head 2 and a gas outlet head 3.

Die Rohrelemente selbst bestehen aus je einem Außenrohr 4 und je einem koaxial zu ihm angeordneten Innenrohr 5, deren Enden mit je einem Sammler 6 bzw· 6* verbunden sind*The pipe elements themselves each consist of an outer pipe 4 and one inner tube 5, which is arranged coaxially to it and whose ends are each connected to a collector 6 or 6 * *

Die Außenrohre 4 münden in den Innenraum 7 bzw. 7f der Sammler β bsw. β1* Die Innenrohre 5 sind durch die Sammler 6 bzw* 6f hilldurchgeführt und münden ihrerseits in den Innen« raum 8 des Gaseintrittskopfes 2 bzw* in den Innenraum10 des Gasaustrittskopfes 3.The outer tubes 4 open into the interior 7 or 7 f of the collector β bsw. β 1 * The inner tubes 5 are hill performed by the collector or 6 * 6 f and open themselves in the internal "space 8 of the gas inlet head 2 or * in the Innenraum10 the gas ejection head. 3

Wie aus den Fig· 2 und 3 ersichtlich, sind die Außenrohre 4 an ihren Enden 9 bzw, 9* aufgestaucht,;so daß sis im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern 5 bzw« 5* eine größere Wandstärke als auf der übrigen Rohrlänge aufweisen·. Es ist dabei fertigungstechnisch zweckmHßig, daß die Außenrohre 4 einen auf der gesamten Rohrlänge konstanten Innendurchmesser aufweisen, während ihr Außendurchmesser an den Rohrenden 9 bzw·. 9* größer als auf der übrigen Rohrlänge ist·As can be seen from FIGS. 2 and 3, the outer tubes 4 are at their ends 9 and 9 * upset, so that sis in the area the connection point with the collectors 5 or «5 * a larger one Have wall thickness than the rest of the pipe length. It is it is expedient in terms of production technology that the outer tubes 4 an inside diameter that is constant over the entire length of the pipe have, while their outer diameter at the pipe ends 9 or ·. 9 * is larger than on the remaining pipe length

Die Außenrohre 4 und die Innenrohre 5 sind in die Sammler 6 bzw.. 61 mittels V-SchweißnMhte eingeschweißt.The outer tubes 4 and the inner tubes 5 are welded into the collectors 6 or 6 1 by means of V-welded seams.

Die Sammler 6 bzw* 61 sind gerade und parallel zueinander angeordnet, Eine ringförmige Anordnung ist möglich. Die Sammler sind mit ovalem Querschnitt ausgebildet, können aber auch einen beispielsweise runden oder viereckigen Querschnitt aufweisen.The collectors 6 or 6 1 are arranged straight and parallel to one another. An annular arrangement is possible. The collectors are designed with an oval cross-section, but can also have a round or square cross-section, for example.

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Wesentlich ist dabei nur, daß sie eine ausreichende Elastizität - entsprechend der Eigenelastizität der beheizten Innenrohre 5 — besitzen·It is only essential that it is sufficient Elasticity - corresponding to the inherent elasticity of the heated inner tubes 5 - have

Die parallel angeordneten Sammler 6 bzv* 6* sind bekanntlich miteinander verschweißt und bilden somit gas* dichte Rohrboden·The collectors 6 or * 6 * arranged in parallel are known to be welded together and thus form gas * tight tube sheet

Die heißen, zu kühlenden Spaltgase treten in den Wärmeaustauscher durch den Gaseintrittskopf 2 und strömen dann durch die Innenrohre 5* Dort v/erden sie durch das als Kühlmittel dienende Wasser abgekühlt» das durch den Zwischenraum zidschen den Außenrohren 4 und den Innen« rohren 5 hindurchfließt. Das Kühlwasser bzw. der dabei ent·* stehende Wasserdampf werden in bzw· aus dem Sammlern 6 bzw, 6* durch in der Fig.. 1 nicht dargestellten Zu* bzw* Ableitungen geführt*The hot fission gases to be cooled enter the heat exchanger through the gas inlet head 2 and flow then through the inner pipes 5 * There they are grounded through the water serving as coolant is cooled down »the through the space between the outer pipes 4 and the inside« tubes 5 flows through. The cooling water or the resulting * Standing water vapor is in or out of the collector 6 or, 6 * by in Fig. 1 not shown to * or * Leads led *

Bei der Wärmeabgabe der heißen Spaltgase an das als Kühlmittel dienende Wasser- wird hochgespannter Wasserdampf erzeugt» Darüber hinaus entstehen thermisch bedingte Spannungen im Rohr*When the hot fission gases give off heat to the water used as a coolant, high-pressure water vapor is generated »In addition, thermally induced stresses arise in the pipe *

Die Belastung der Außenrohre ist an den Einschveißsteilen in die Sammler am höchsten. Die beschriebene Ausgestaltung der Außenrohre 4 bietet einen ausreichenden Rohrquerschnitt an diesen Stellen und gleichzeitig eine höhere Elastizität der Außenrohre, so daß diese besiser geeignet sind* während des Betriebes auftretende Spannungen auszugleichen,, die durch Dehnungen der wärmebeaufschlagten Innenrohre verursache/erden. Die beschriebene Konstruktion erfordert darüber hinaus einen geringeren Materialaufwand als bei den bisher bekannten austauscher mit gleichmäßigem Außenrohrquerschnitt und ist daher kostengünstiger·The load of the outer tubes at the Einschveißsteilen in the collector at its highest. The described configuration of the outer pipes 4 offers a sufficient pipe cross-section at these points and at the same time a higher elasticity of the outer pipes, so that they are also suitable to compensate for stresses occurring during operation, which are caused / earthed by expansion of the heat-loaded inner pipes. The construction described also requires less material expenditure than the previously known exchangers with a uniform outer pipe cross-section and is therefore more cost-effective.

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Claims (1)

Patentansprüche :Patent claims: Γ%) Wärmeaus tauscher mit im wesentlichen geraden Doppelrohrelementen bestehend aus je einem Außenrohr und je einem Innenrohr, deren Enden mit je einem Sammler verbunden sind» wobei die Außenrohre in den Innenraum der Sammler münden» während die Innenrohre durch die Sammler geführt sind» dadurch gekennzeichnet* daß die rohre (4) an ihren Enden (9 und 9*) im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern (6 bzw» 6*) eine größere Wandstärke als auf der übrigen Rohrlänge aufweisen· Γ%) Heat exchangers with essentially straight double tube elements each consisting of an outer tube and an inner tube, the ends of which are each connected to a collector »whereby the outer tubes open into the interior of the collector» while the inner tubes are led through the collector » * that the pipes (4) have a greater wall thickness at their ends (9 and 9 *) in the area of the connection point with the collectors (6 or »6 *) than on the rest of the pipe length. 2« Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn·* zeichnet, daß die Außenrohre (4) an ihren Enden (9 und 91) ira Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern (6 bzw· 6*) einen größeren Außendurch« messer als auf der übrigen Rohrlänge aufweisen, während ihr Innendurchmesser auf der gesamten Hohrlänge konstant ist»2 «Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the outer tubes (4) at their ends (9 and 9 1 ) in the area of the connection point with the collectors (6 or 6 *) have a larger outer diameter than on the have the remaining pipe length, while their inner diameter is constant over the entire length of the pipe » 3» Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2# dadurch3 »heat exchanger according to claim 1 or 2 # thereby gekennzeichnet, daß die Außenrohre (4) an ihren Enden . - {9 und 9») iß an sich bekannter Weise aufgestaucht sind·characterized in that the outer tubes (4) at their ends. - {9 and 9 ») which have appeared in a manner known per se · 509839/0481509839/0481 L e e r s e i t eL e r s e i t e
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