DE2524080B2

DE2524080B2 - Waermeuebertrager, in dem ein dampffoermiges medium unter waermeabgabe an ein anderes medium kondensiert

Info

Publication number: DE2524080B2
Application number: DE19752524080
Authority: DE
Inventors: Max Wiesendangen Weber (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1978-01-12
Also published as: DE2524080A1; US4047562A; CH591668A5; DE2524080C3; FR2311265A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, in dem ein dampfförmiges Medium unter Wärmeabgabe an ein anderes Medium kondensiert, mit an einer Rohrplatte angeschlossenen, mehreren in mindestens einer Ebene angeordneten U-Rohren swie mit einer die den U-Rohren abgewendete Seite der Rohrplatte überspannenden Haube, die zusammen mit einer rechtwinklig zur Ebene der U-Rohre sich erstreckenden Trennwand einen Zufuhrraum und einen Abfuhrraum für das wärmeabgebende Medium begrenzt und innerhalb der mindestens eine weitere, rechtwinklig zur Ebene der U-Rohre sich erstreckende Trennwand vorgesehen ist, durch die ein weiterer, als Umlenkkammer für das wärmeabgebende Medium dienender und im Strom des wärmeabgebenden Mediums zwischen den Zufuhrraum und den Abfuhrraum geschalteter Raum gebildet wird, wobei die Zahl der an die Räume angeschlossenen U-Rohre in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums abnimmt.

Ein Wärmeübertrager dieser Bauart, bei dem jedoch ein Flüssiges, unter Wärmeaufnahme verdampfendes Medium in den U-Rohren strömt, ist aus Fig. 4 — 6 der IR-PS 14 16 897 bekannt. Hei diesem Wärmeübertrager erstrecken sich die U-Rohre in vertikalen Ebenen, und es sind nicht alle an eine Umlenkkammer angeschlossenen U-Rohre ineinander verschachtelt. Außerdem grenzt der Zufuhrraum an einen äußeren Bereich der ^r> Rohrplatte. Der bekannte Wärmeübertrager hat wesentliche Nachteile. Wegen des Fehlens einer lneinande-rschachtelung müssen viele U-Rohre mit minimalem Krümmungsradius verwendet werden, was fertigungstechnisch ungünstig ist Wegen der vertikalen Ebenen, in

ίο denen sich die U-Rohre erstrecken, strömt das die Rohre durchströmende Medium in den Krümmern vertikal Bei Verwendung des bekannten Wärmeübertragers als Kondensator würde deshalb das in den Rohren kondensierende Medium die Strömung des

r> noch dampfförmigen Mediums behindern. Durch das Anbringen des Zufuhrraumes am äußeren Bereich der Rohrplatte und durch das Nichtverschachteln aller U-Rohre strömt das verdampfende Medium vom Zufuhrraum über einige U-Rohre und die Umlenkkam-

2(i mer sowie weitere U-Rohre zum Abfuhrraum, wobei das Medium also von dem äußeren Zufuhrbereich der Rohrplatte über deren mittleren Bereich zu einem anderen äußeren Bereich der Rohrplatte »wandert«. Diese Bauart des bekannten Wärmeübertragers führt zu

2°\ einem großen Bauvolumen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Wärmeübertrager so zu verbessern, daß er konstruktiv und fertigungstechnisch einfacher ist und ein kleineres Bauvolumen sowie ein günstigeres Strömungsvsrhalten für das in den Rohren kondensierende Medium aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle jeweils in einer Ebene angeordneten U-Rohre ineinandergeschachtelt sind, daß die Ebene, in der sich

Γ) die U-Rohre erstrecken, horizontal verläuft, daß eine der den Zufuhrraum begrenzenden Trennwände im mittleren Bereich der Rohrplatte mit dieser verbunden ist und daß außer dem Abfuhrraum auch die Umlenkkammer an ihrer tiefsten Stelle mit einem Kondensatablaß versehen ist.

Die horizontale Anordnung der Ebene, in der sich die U-Rohre erstrecken, ermöglicht das Ineinanderschachteln aller in derselben Ebene angeordneten U-Rohre, denn das in den Rohren strömende kondensierende

Vt Medium strömt nunmehr waagrecht, ohne die Strömung des noch dampfförmigen Mediums nennenswert zu behindern. Durch die Verschachtelung sind weniger U-Rohre mit minimalem Krümmungsradius notwendig, und es lassen sich, auf das gleiche Volumen bezogen,

to mehr U-Rohre im Mantel des Wärmeübertragers unterbringen, so daß das Bauvolumen kleiner ist als heim bekannten Wärmeübertrager. Durch die Anordnung der einen den Zufuhrraum begrenzenden Trennwand im mittleren Bereich der Rohrplatte kommt der Zufuhrraum zwischen Umlenkkammer und Abfuhrraum zu liegen. Dies hat zur Folge, daß das wärmeabgebende Medium während des Durchströmens der U-Rohre — bezogen auf den mittleren Bereich der Rohrplatte — von innen nach außen »wandert«. Hierdurch ergibt sich

bo der weitere konstruktive Vorteil, daß der zwickelförmige Abfuhrraum größer wird, als wenn bei äußerer Anordnung des Zufuhrraumes der Abfuhrraum nahe dem mittleren Bereich der Rohrplatte zu liegen käme. Der Abfuhrraum könnte in diesem Falle sehr schmal

b^ri werden, was auch den Nachteil hätte, daß eine etwaige Wartung des Wärmeübertragers sehr schwierig würde, da die in den Abfuhrraum mündenden Rohre schlecht zugänglich wären.

Aus Fig. 1 der FR-PS 14 16 897 ist ferner bei einem Wärmeübertrager, der keine Umlenkkammer aufweist, bekannt, die Trennwand zwischen der Zufuhrkammer und der Abfuhrkammer im mittleren Bereich der Rohrplatte mit dieser zu verbinden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch einen Teil eines Wärmeübertragers nach der Erfindung und

Fig.2 einen Schnitt entsprechend der Linie Il-Ii in Fig.1.

Der Wärmeübertrager weist eine Rohrplatte 1 auf, in der die Enden von 1556 U- Rohren 2 dicht befestigt sind. Die U-Rohre 2 sind derart angeordnet, daß sich jeweils mehrere in einer Ebene befinden und daß sie einen mittleren Bereich 3 der Rohrplatte 1 überspannen. Die den U-Rohren abgewendete Seite der Rohrplatte 1 wird von einer halbkugelförmigen Haube 5 überspannt, die ein Mannloch 7 aufweist. Das Mannloch 7 ist in bekannter Weise mit einem Deckel 8 verschlossen. Innerhalb des von der Haube 5 und der Rohrplatte 1 begrenzten Raumes sind drei Trennwände 15, 20 und 30 vorgesehen, durch die der Raum in vier Räume 41,42,43 und 44 unterteilt wird. Der Raum 41 bildet einen Zufuhrraum für ein wärmeabgebendes Medium, das die U-Rohre 2 durchströmt und dabei unter Wärmeabgabe kondensiert. Das wärmeabgebende Medium tritt über einen Zufuhrstutzen 6 in den Raum 41 ein. Die Räume 42 und 43 bildenden Umlenkkammern für das wärmeabgebende Medium, die von diesem Medium nacheinander durchströmt werden. Der Raum 44 bildet einen Abfuhrraum für das wärmeabgebende Medium, das über einen an der tiefsten Stelle des Raumes 44 angeschlossenen Kondensatablaufstutzen die Haube 5 verläßt. Auch die Räume 41, 42 und 43 sind an ihrer tiefsten Stelle mit je einem Kondensatablaufstutzen 72, 73 bzw. 74 versehen.

Die Trennwände 15, 20 und 30 sind je mit einem Deckel 16, 21 bzw. 31 versehen. Nach Entfernen dieser Deckel sind die Räume 42,43 und 44 vom Raum 41 her zugänglich. Die Trennwand 15 ist im mittleren Bereich 3 der Rohrplatte 1 und die Trennwände 20 und 30 sind in einem nach einer Kreissehne verlaufenden Bereich 25 bzw. 35 mit der Rohrplatte 1 verschweißt. Auch der Übergang der Trennwände 15,20 und 30 zur Haube 5 ist als Schweißverbindung ausgebildet. Die Umlenkkammern 42 und 43 sind relativ groß, was die günstige Eigenschaft ergibt, daß sich dampfförmiges Medium und

ίο Kondensat leicht voneinander trennen.

Auf der mit den U-Rohren 2 versehenen Seite der Rohrplatte 1 ist an diese ein zylindrischer Mantel 60 angeschlossen, der an seiner Unterseite (F i g. 2) einen Eintrittsstutzen 61 und an seiner Oberseite einen nicht

ι ■; dargestellten Austrittsstutzen für ein wärmeaufnehmendes Medium aufweist. In der durch den mittleren Bereich 3 der Rohrplatte 1 bedingten Rohrgasse ist ein Verdrängungskörper67 angebracht(F ig. 1). Außerdem sind durch den Anschluß der Trennwände 20 und 30 an der Rohrplatte 1 in den Bereichen 25 und 35 Rohrgassen entstanden, in denen ebenfalls Verdrängungskörper 68 bzw. 69 angeordnet sind. Schließlich weisen auch die Endbereiche 65 und 66 je einen Verdrängungskörper 70 bzw. 71 auf.

Durch die Bereiche 3,25 und 35 wird die Rohrplatte 1 in vier Felder 51, 52, 53 und 54 unterteilt, in denen verschieden viele U-Rohre 2 angeschlossen sind, und zwar:

Somit werden drei Rohrgruppen unterschiedlicher Größe gebildet, wobei

Feld Nr.	Anzahl
	Rohrenden
51	1459
52	1551
53	97
54	5

Rohrgruppe A 1459 Rohre umfaßt, die aus dem Feld 51 in das Feld 52, Rohrgruppe B 92 Rohre umfaßt, die aus dem Feld 52 in das Feld 53 und Rohrgruppe C 5 Rohre umfaßt, die aus dem Feld 53 in das Feld 54

führen.

Unter der vereinfachenden Annahme, in allen Rohren werde bei gleicher Durchtrittsmenge die gleiche Dampfmenge kondensiert, lassen sich mit den genannten Rohrzahlen bei entsprechender Auslegung von Temperaturdifferenz, Rohrdurchmesser und Rohrlänge in den Rohrgruppen beispielsweise die folgenden Verhältnisse erzielen.

	Rohrgruppe	B	C
	A	92	5
Anzahl Rohre	1459	0,063 D	0,0093 D
Eintretende Dampfmenge	D	0,0591 D	0,0032 D
Kondensierte Dampfmenge	0,937 D	0,0093 D	0,0007 D
Austretende Dampfmenge	0,063 D	V	2,7 ν
Eintrittsgeschwindigkeit	V	0,147 ν	0,204 ν
Austrittsgeschwindigkeit	0,063 ν

Wie die Tabelle zeigt, beträgt die aus der Rohrgruppe Caustretende Dampfmenge, d'e einen Verlust darstellt, in diesem Beispiel nur OJ¹Mw. wobei die Ausirittsgeschwindigkoit aus der Rohrgruppe A mit nur 6,3% der Eintrittsgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist.

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Es ist auch folgende Aufteilung der 1556 Rohre auf drei Rohrgruppen möglich:

	Rohrgruppe	B	C
	A	266	57
Anzahl Rohre	1233	0,2155 D	0,0464 D
Eintretende Dampfmenge	1 D	0,1691 D	0,0364 D
Kondensierte Dampfmenge	0,7845 D	0,0464 D	0,0100 D
Austretende Dampfmenge	0,2155 D	V	V
Eintrittsgeschwindigkeit	V	0,215 ν	0,216 ν
Austrittsgeschwindigkeit	0,215 ν

Wie die Tabelle zeigt, ist die Austrittsgeschwindigkeit aus der Rohrgruppe A auf beispielsweise 20% der Eintrittsgeschwindigkeit erhöht, wobei allerdings die Verlustdampf menge auf 10%o gestiegen ist.

Bei einer Aufteilung der 1556 Rohre derart, daß die Rohrgruppe A 1402, die Rohrgruppe B 140 und die Rohrgruppe C 14 Rohre umfaßt, ergibt sich eine Austrittsgeschwindigkeit aus der Rohrgruppe A von 10% der Eintrittsgeschwindigkeit und eine Verlustdampfmenge von l%o.

Weiter ist es möglich, durch Unterteilung der 1556 Rohre in vier Rohrgruppen trotz erhöhter Austrittsgeschwindigkeit aus der ersten Rohrgruppe die Verlustdampfmenge auf 2,2%o zu reduzieren. Statt 1556 kann auch eine andere Gesamtzahl von U-Rohren gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager, in dem ein dampfförmiges Medium unter Wärmeabgabe an ein anderes Medium kondensiert, mit an einer Rohrplatte angeschlossenen, mehreren in mindestens einer Ebene angeordneten U-Rohren sowie mit einer die den U-Rohren abgewendete Seite der Rohrplatte überspannende Haube, die zusammen mit einer rechtwinklig zur Ebene der U-Rohre sich erstrekkenden Trennwand einen Zufuhrraum und einen Abfuhrraum für das wärmeabgebende Medium begrenzt und innerhalb der mindestens eine weitere, rechtwinklig zur Ebene der U-Rohre sich erstrekkende Trennwand vorgesehen ist, durch die ein weiterer, als Umlenkkammer für das wärmeabgebende Medium dienender und im Strom des wärmeabgebenden Mediums zwischen den Zufuhrraum und den Abfuhrraum geschalteter Raum gebildet wird, wobei die Zahl der an die Räume angeschlossenen U-Rohre in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß alle jeweils in einer Ebene angeordneten U-Rohre (2) ineinandergeschachtelt sind, daß die Ebene, in der sich die U-Rohre (2) erstrecken, horizontal verläuft, daß eine (15) der den Zufuhrraum (41) begrenzenden Trennwände (15, 20) im mittleren Bereich (3) der Rohrplatte (1) mit dieser verbunden ist und daß außer dem Abfuhrraum (44) auch die Umlenkkammer (42, 43) an ihrer tiefsten Stelle mit einem Kondensatablaß (73,74) versehen ist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrraum (41) außer mit einem Eintrittsstutzen (6) für das wärmeabgebende Medium mit einem Mannloch (7) versehen ist und daß die Trennwände (15,20,30) mit Deckeln (16,21, 31) verschließbare Öffnungen aufweisen, wobei die Deckel vom Zufuhrraum (41) her entfernt werden können.