DE2554597A1

DE2554597A1 - Waermetauscher mit rohrfoermig angeordnetem rohrbuendel

Info

Publication number: DE2554597A1
Application number: DE19752554597
Authority: DE
Inventors: Georges Trepaud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1976-06-10
Also published as: JPS5854321B2; JPS5175802A; CA1028316A; FR2293684B2; US4058161A; DE2554597C3; DE2554597B2; IT1053114B; GB1484409A; FR2293684A2; ES443250A2; SE7513651L

Description

DlPLONKING6 Nl EU¹=}

HELMUT LAMPRECHT

PATENTANWALT

8 MLHMOHEN 5 · CO R N E LI U SSTR AS S E 42 · TELEFON 240775

2114-15

Georges Trepaud
Paris

Wärmetauscher mit rohrförmig angeordnetem Rohrbündel nach Patent ... (P 23 08 317.2-13).

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach Patent ... (P 23 08 317.2-13) mit einer äußeren, schweren Struktur, die durch einen äußeren, zylindrischen Mantel gebildet wird, dessen Enden an einem ringförmigen Einströmkopf und an einem ringförmigen Ausströmkopf für eines der Strömungsmittel befestigt sind, wobei die Böden dieser Köpfe perforiert sind, und mit einer nach innen an die schwere Struktur anschließenden leichten Struktur, die durch ein ringförmiges Bündel von Rohren gebildet wird, die mit ihren Enden in die Perforationen dieser Böden eingesetzt und mit diesen verschweißt und in konzentrischen Ringen angeordnet sind, die einen großen zentralen Kanal umschließen, der zur Montage der Rohre beginnend mit dem äußeren, dem äußeren Mantel benachbarten Ring zugänglich ist, wobei die konzentrischen Rohrringe in mehreren Querebenen durch Scheiben gehalten werden, die aus konzentrischen Gruppen von zwischen den Rohrringen angeord-

60 982 4/07 8 5 - 2 -

POSTSCHECKKONTO MÜNCHEN 9SO4S-806

DEUTSCHE BANK MÜNCHEN, PROMENADEPLATZ. KO NTO-N R. 19/20 594 CB LZ 700 700 1 O) TELESRAMME/CABLES LAWCLAIMS MUENCHEN

- Z - 2114-15

neten und untereinander durch Verbindungselemente verbundenen Stützringen gebildet sind, wobei anschließend zur inneren Begrenzung der ringförmigen Wärmetauscherkammer eine breite, zentrale, kaminartige Struktur befestigt ist.

Nach einer im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsform sind die Wärmetauscherrohre alle identisch und besitzen kreisbogenförmige Krümmungen abwechselnd auf der einen oder anderen Seite der Rohrlängsachse, so daß sie eine etwa sinusartige Wellenform aufweisen, wobei die Halteebenen, die durch konzentrische, untereinander durch den Durchtritt des die Rohre in Längs- und Umfangsrichtung umspülenden Strömungsmittels gestattende Verbindungselemente fest verbunden sind, in Höhe der Scheitel- oder der Wendepunkte der sinusartigen Wellen angeordnet und durch Schweißung mit dem äußeren, zylindrischen Mantel und mit der zentralen, kaminartigen Struktur verbunden sind.

Es ist verständlich, daß die Anwendung derart geformter Rohre durch elastische Ausbiegungen die Kompensation der differentiellen Wärmedehnungen gestattet, die zwischen den Rohren und dem äußeren Mantel aufgrund relativ großer Temperaturunterschiede, die 200 C erreichen können, entstehen können, was offensichtlich bei geradlinigen Rohren nicht der Fall ist. Es ergibt sich dadurch, wie schon im Hauptpatent erwähnt ist, eine starke Verringerung der in den Rohren auftretenden Spannungen. Indessen muß diese Befestigungsart zwei gegensätzlichen Bedingungen gerecht werden, um eine maximale Nachgiebigkeit der Rohre zu erreichen: tatsächlich soll die Befestigung den Rohren eine möglichst große Freiheit für Wärmedehnungen lassen, andererseits soll sie aber fest genug sein, um Vibrationen zu verhindern. Nach dem Hauptpatent

- 3 609824/078 5

- 3 - 2114-15

wird dieses Ergebnis dadurch erzielt, daß in dem Bereich zwischen jeweils zwei Halteebenen freie Beweglichkeit besteht, wobei die freie Wärmedehung der Rohre um so ungehinderter stattfinden kann, je länger die Krümmung ist, längs der eine freie Wärmedehung stattfindet, während andererseits mit dem Abstand der Befestigungspunkte die Gefahr zunimmt, daß die Rohre in gefährliche Schwingungen geraten. Ea ist äußerst schwierig, einen zufriedenstellenden Kompromiß zwischen diesen beiden ein ander widersprechenden Bedinüngen zu finden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu überwinden und eine Konstruktion zu schaffen, durch die einenseits die Rohre möglichst spannungsfrei gehalten werden können und andererseits Vibrationen unterdrückt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß von den durch die konzentrischen Stützringe gebildeten Haltescheiben für die Rohre die einen frei sind, um sich unter der Wirkung einer Biegeverformung der Rohre aufgrund ihrer Wärmedehnung um die Wärmetauscherachse zur drehen und die anderen fest mit dem äußeren Mantel und eventuell mit der zentralen, kaminartigen Struktur verbunden sind, die nach innen die vom Rohrbündel ausgefüllte Wärmetauscherkammer abschließt.

Die festen.Haltescheiben und die zur Drehung um die Wärmetauscherachse freien Haltescheiben sind vorzugsweise abwechselnd und in gleichen Abständen angeordnet, wobei dieser Abstand so gewählt ist, daß individuell jedes Rohr zuverlässig gehalten wird, wobei der Abstand im allgemeinen in der Größenordnung von 1 Meter liegt.

- 4 609824/0785

- 4 - . 2114-15

Damit die gewellten Rohre sich nicht verlagern oder aus der die Wellen enthaltenden Ebene hinausschwingen, sind die Rohre auf beiden Seiten ihrer allgemeinen Längsachse mit unsymmetrischen Wellen derart versehen, daß die sich auf der einen und der anderen Seite dieser Achse befindlichen Befestigungspunkte von ihr unterschiedliche Abstände aufweisen. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform befinden sich die in den festen Scheiben gehaltenen Punkte der Rohre auf dieser allgemeinen Achse, während sich die frei drehbaren Haltescheiben in Höhe der Scheitelpunkte der auf einer Seite dieser allgemeinen Achse angeordneten Wellen befinden.

Die Rohre können zwischen den vollständig auf einer Seite angeordneten Wellen geradlinige Abschnitte aufweisen, in welchem Fall die festen Haltescheiben deutlich in Höhe der Mitten dieser geradlinigen Abschnitte angeordnet sind.

Nach einer anderen Ausführungsform weisen die Rohre zwischen den beiden jeweils auf einer Seite aufeinanderfolgenden Krümmungen zwei sehr schwache Krümmungen in entgegengesetztem Sinn nach der anderen Seite auf und die festen Haltescheiben sind in Höhe der Verbindungspunkte der schwachen Krümmungen derart angeordnet, daß die Rohre fest in Punkten gehalten werden^ die sich auf ihren allgemeinen Längsachsen befinden.

Um den Wärmeaustausch am Einlauf des zu verdampfenden Wassers im unteren Bereich des Wärmetauschers und in seinem oberen Be- " reich, aus dem der erzeugte Dampf abströmt, zu verbessern, sind Mittel vorgesehen, um dem Wasser bzw. dem Dampf eine Querbewegung in Bezug auf die von der wärmeabgebenden Flüssigkeit durchströmten Rohre aufzuzwingen. Zu diesem Zweck besitzt der Wärmetauscher

609824/078

- 5* - 2114-15

im unteren und im oberen Abschnitt der ringförmigen Wärmetauscherkammer wenigstens eine Prallplatte, deren zur Mitte gelegener Abschnitt oder deren Randabschnitt jeweils entweder durch Stützringe gebildet werden, die durch radiale, rohrförmige Stege verbunden sind, die die Rohre voneinander trennen und Passagen für die Zirkulation des Strömungsmittels um die Rohre frei lassen, oder durch Stützringe, die an ihren einander gegenüberliegenden Seitenkanten mit halbkreisförmigen Ausnehmungen versehen sind, die Aufnahmen für die Rohre bilden und die axiale Zirkulation des Strömungsmittels derart unterbinden, daß dem Strömungsmittel eine in Bezug auf die Rohre quer verlaufende Strömung aufgezwungen wird, und umgekehrt.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher ,

Fig. 2 die schematische Seitenansicht eines Rohrs dieses Wärmetauschers ,

Fig. 2a eine Variante zu dem in Fig. 2 gezeigten Rohr, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Teilstück einer Haltescheibe, Fig. 3a eine Variante hierzu,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen zwischen zwei festen Haltescheiben befindlichen Rohrabschnitt und die Verformungen des Rohrs in Höhe der frei drehbaren Haltescheibe, je nachdem es sich am äußeren oder inneren Umfang oder in der Mitte des Rohrbündels befindet,

6U9824/0 7Ö5

- 6 - 2114-15

Fig. 5 einen Teilschnitt durch ein Rohrbündel, in dem die Verlagerung der Scheitelpunkte des Wellen der Rohre bei einer Drehung der freien Haltescheibe dargestellt sind und

Fig. 6 und 7 Draufsichten auf zwei Prallplattenabschnitte.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, umfaßt der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher eine äußere schwere Struktur, die durch einen zylindrischen Mantel 1 gebildet wird, der an seinen beiden Enden mit ringförmigen, perforierten Endplatten 2, 3 und zwei ringförmigen Köpfen 4, 5 verschweißt ist, die eine äußere domförmige Wand und eine innere zylindrische, einen breiten Durchgangskanal umschließende Wand aufweisen. Die Köpfe 4 und 5, die der Zufuhr bzw. der Abführung der durch die Rohre des Rohrbündels zirkulierenden Flüssigkeit dienen, die beispielsweise durch das heiße, unter Druck stehende Wasser gebildet wird, das sich im Kühlkreislauf eines Kernreaktors befindet, besitzen eine Zulauföffnung 6 und eine Entleerungsöffnung 7 für dieses Strömungsmittel, sowie Mannlöcher 8, 8', die durch dichte Deckel 9, 9* abgeschlossen s ind.

Der zentrale Kanal 10 des unteren Köpfer 5 dient dem Zulauf des zu verdampfenden Wassers, während der erzeugte überhitzte Dampf über den Kanal 10' des oberen Kopfes abströmt.

Flexible Rohre, die alle die in Fig. 2 gezeigte Form aufweisen, sind mit ihren geradlinigen Enden in die Perforation der perforierten Endplatten 2 bzw. 3 eingesteckt und verschweißt.

9824/0 7

- 7 - 2114-15

Um die Zeichnung nicht zu unübersichtlich zu machen, sind in Fig. 1 nur zwei Rohre 11 und 11 des an der Außenseite des Rohrbündels gelegenen Rohrkreises, zwei Rohre 12, 12' eines im Inneren des Rohrbündels gelegenen Rohrkreises und zwei Rohre 13, 13' des am inneren Umfang des Rohrbündels gelegenen Rohrkreises dargestellt.

Eine breite, kaminartige Struktur 20 aus dünnem Blech schließt im Inneren über den größten Teil der Höhe des Wärmetauschers die ringförmige Wärmetauscherkammer ab, die mit dem Rohrbündel angefüllt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt jedes Rohr Wellen, wie z.B. 14, 14^f und 14", die sich auf der gleichen Seite der allgemeinen Längsachse X¹X des Rohrs, in der sich die geradlinigen, in die perforierten Endplatten 2, 3 eingesteckten Enden 15, 15' befinden. Diese Wellen werden durch kreisbogenförmige Krümmungen gebildet, die sich über einen Bogen von 60 erstrecken und an ihren beiden Enden mit Wellen 16, 16', 17, 17' verbunden sind, deren Pfeilhöhe fünf- bis zehnmal kleiner ist als die der vorher genannten Wellen, wobei diese kleinen Wellen sich über einen Bogen von 35 erstrecken und paarweise derart angeordnet sind, daß ihre Verbindung sich in Punkten 18, 18' auf der Achse X¹X befindet.

Diese Rohre werden durch Gruppen konzentrischer Ringe 19, 19' und 19" festgehalten, die untereinander ,durch rohrförmige Stege 21, 21' und 21" fest verbunden sind, die verkehrt gegeneinander angeordnete konkave Seitenflächen aufweisen und die Rohre voneinander trennen und festhalten, wobei sie eine freie Passage für das längs der Rohre zirkulierende Strömungsmittel offen ■lassen.

609824/0 7 85

- 8 - - - 2114-15

Diese Stege sind mit ihren radialen, zylindrischen, konvexen Flächen mit der Innenfläche eines an der Außenseite eines Rohr·- kreises gelegenen Stützrings verschweißt und mit der Außenfläche eines innerhalb dieses Rohrkreises gelegenen Stützrings, derart, daß alle Stützringe untereinander fest verbunden sind und eine starre Platte oder Scheibe bilden.

Diese Halteplatten oder -scheiben sind mit untereinander gleichen Abständen angeordnet, wobei sich die einen in Höhe der Verbindungspunkte 18, 18' der kleinen Rohrwellen befinden, die dadurch in Punkten gehalten werden, die sich auf den Rohrlängsachsen befinden, während die anderen sich in Höhe der Scheitelpunkte 22, 22', 22" der großen Rohrwellen befinden, die in Bezug auf die Achse X¹X auf der gegenüberliegenden Seite der Rohre liegen.

Die in Höhe der Punkte 18, 18' befindlichen Haltescheiben sind fest angeordnet und ihre äußeren Stützringe sind zu diesem Zweck mit der Innenfläche des äußeren Mantels 1 verschweißt. Im Gegensatz dazu sind die in Höhe der Scheitelpunkte 22, 22' und 22" angeordneten Haltescheiben nicht fest mit dem äußeren Mantel 1 verbunden und können 'sich deshalb frei um die Längsachse des Wärmetauschers .drehen, wenn durch Wärmedehnung eine Veränderung ihrer Pfeilhöhe am Scheitelpunkt erfolgt. Theoretisch könnte man sich vorstellen, daß die die beweglichen Platten oder Scheiben bildenden Stützringe jeweils aneinander gleiten könnten, so daß alle Rohre unabhängig von ihrer Lage innerhalb des Rohrbündels ■ sich in gleicher Weise verformen könnten. Indessen würde eine solche Art die Rohre durch gegeneinander verschiebliche Stützringe zu halten, die Konstruktion in beträchtlichem Ausmaß komplizieren, die Widerstandsfähigkeit der Vorrichtung schwächen und Vibrationen begünstigen. Es wird deshalb vorgezogen, diese

6098 2 4/0 705 , -9-

2114-15

255459?

Scheiben starr zu machen und den Rohren in den unterschiedlichen Rohrringen unterschiedliche Verformungen zu gestatten und sie damit auch unterschiedlichen Spannungen auszusetzen. Wie weiter unten noch dargelegt wird, sind diese Spannungsunterschiede jedoch nicht bedeutend und sind jedenfalls weit geringer als jene, denen geradlinige Rohre unterworfen sind.

Diese Deformationen sind in Fig. 4 und 5 für drei Rohre dargestellt, die in der gleichen Radialebene angeordnet sind, nämlich ein Rohr 11 am äußeren Umfang des Rohrbündels, ein Rohr 12 im mittleren Rohrkreis des Bündels und das dritte Rohr 13 an dessen innerem Umfang. Unter dem Einfluß der Wärmedehnung nehmen die Pfeilhöhen der Wellen an den Scheiteln 22 zu und sind dadurch bestrebt, die Haltescheibe um einen Winkel Δθ (Fig. 5) zu drehen. Da die Scheibe starr ist, sind die Verlagerungen der Scheitel 22 der Rohrwellen für die verschiedenen konzentrischen Rohrringe stark unterschiedlich. Nimmt man an, daß sich die Rohre 12 des mittleren Rohrkreises vollkommen frei einstellen, werden die Rohre des äußeren Kreises über einen größeren Bogen und die Rohre des inneren Kreises über einen kleineren Bogen bewegt, d. h. in ihrer Bewegung beschränkt. Der Rotationswinkel Δ θ der Scheibe wird sich schließlich durch das Gleichgewicht der entgegengesetzt wirkenden Kräfte einstellen, die durch die außerhalb bzw. innerhalb des mittleren Kreises befindlichen Rohre auf die Scheibe übertragen werden.

In Fig. 4 ist mit 24 die anfängliche Form aller Rohre vor jeder Wärmedehnung gezeigt. Wenn sich bei einer gegebenen Temperatur die bewegliche Haltescheibe um den Winkel ΔΘ gedreht und sich das Gleichgewicht eingestellt Jhat, verformen sich die -Rohre wie die Rohre 11 des äußeren Kreises nach H₁, die Rohre wie die Rohre 12 des mittleren Kreises nach 12, und die Rohre wie die Rohre 12

- 10 609824/0 7 85

- 10 - 2114-15

255459?

des inneren Rohrkreises nach 13,. Man bemerkt, daß die kleinen Wellen, wie 16 und 16', dazu im Gegensatz während dieser Verformung zum Ausgleich der Zunahme der Rohrlänge durch Wärmedehnung ihre Pfeilhöhen verringern.

Die Berechnung der Spannungen für Rohre aus INCONEL 14/16, die ein ringförmiges Rohrbündel mit einem Außendurchmesser von 3,80 m und einem Innendurchmesser von 1,50 m bilden, hat folgende Ergebnisse für eine Temperatur von 280 C des äußeren Mantels, eine Temperatur von 326 C der Rohre und einen Druck von 172 Bar innerhalb der Rohre ergeben:

- Für die Rohre 12 des mittleren Rohrkreises beträgt

die Verlagerung der Scheitelpunkte 5,62 mm und die Gesamtspannung

2
15,76 kg/mm .

- Für die Rohre 11 des äußeren Rohrkreises beträgt

die Verlagerung der Scheitelpunkte 7,31 mm und die gesamte Span-

2
nung 15,9 kg/mm .

- Für die Rohre 13 des inneren Rohrkreises beträgt

die Verlagerung der Scheitelpunkte 2,81 mm und die gesamte Spanv

2
nung 15,53 kg/mm .

Man bemerkt, das die Gesamtspannungen sich relativ wenig von einem Kreis des rohrförmigen Rohrbündels zum anderen ändern, was vollkommen die Verwendung in sich starrer beweglicher Haltescheiben rechtfertigt, die sich.in einem Stück in Höhe der Wellenscheitelpunkte drehen.

Die oben genannten Spannungen liegen weit unter den für diese Konstruktion zulässigen, vorgeschriebenen Werten. Ein vergleichbares Ergebnis könnte gegebenenfalls auch für beträchtlichere Temperaturunterschiede zwischen den Rohren und dem äußeren Mantel erhalten werden.

609824/0785 - 11 -

- Λ.Ι - 2114-15

Es ist zu bemerken, daß in gewissen Fällen die Form der Rohre vereinfacht werden kann: an Stelle der schwachen Wellen in entgegengesetzter Richtung zu den Hauptwellen, können diese auch untereinander durch geradlinige Abschnitte verbunden werden, die längs der allgemeinen Längsachse X¹X der Rohre angeordnet sind, wobei die festen Haltescheiben deutlich in der Mitte dieser geradlinigen Abschnitte angeordnet sind. In diesem Fall erfolgt die Kompensation der differentiellen Deformationen an den Scheitelpunkten der Wellen durch eine mehr oder weniger starke Biegung der geradlinigen Abschnitte (es ist anzumerken, daß die schwachen Krümmungen 16 und 17 vorgesehen sind, um eine mögliche Verformung des geraden Teils zu vermeiden, der leicht in ungünstigem Sinn gekrümmt werden könnte).

In Fig. 2a ist eine Rohrvariante dargestellt, die wie oben erwähnt, geradlinige Abschnitte 116, 116', 116" zwischen den nach einer Seite verlaufenden Wellen 14, 14' aufweist. In diesem Fall ist es möglich, daß beispielsweise drei bewegliche Haltescheiben an den Scheitelpunkten 22 und 22* der Wellen 14 und 14', sowie in der Mitte des sie trennenden geradlinigen Abschnitts bei 118' vorgesehen werden, und zwar zwischen zwei festen Scheiben, die an den Mittelpunkten 118 und 118" der außerhalb der Wellen 14 und 14* befindlichen beiden geradlinigen Abschnitte angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt eine beachtliche Steigerung der Flexibilität der Rohre im Falle einer sehr starken Erhöhung der Temperaturdifferenzen.

Um auch die Wärmeübertragung zu verbessern, sieht die Erfindung Mittel vor, die in der Vorwärmzone und in der Überhitzerzone eine Strömung quer zu den Rohren sicherstellen, und soweit wie möglich rechtwinklig zu diesen Rohren. Diese Mittel werden durch

609824/0785

- AZ - 2114-15

Prallplatten gebildet, die ähnlich wie die oben beschriebenen Haltescheiben ausgebildet sind, jedoch über einen Teil ihrer Oberfläche geschlossen sind. Man kann auf diese Weise die Richtung des überhitzten Dampfs wie auch seine Geschwindigkeit beherrschen, die wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Dampes in überhitztem Zustand sehr hoch sein muß.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine solche Prallplatte 25 im unteren Bereich des Wärmetauschers über der zentralen Einströmöffnung 10 für das zu verdampfende Wasser angeordnet, wobei diese Platte über den größten Teil ihrer Oberfläche geschlossen ist und keine Strömung des Wassers in Längsrichtung der Rohre zuläßt, es sei denn im äußeren Randbereich, so daß unter der Prallplatte eine durch Pfeile angedeutete Strömung quer zu den Rohren stattfindet.

Die Platte 25 ist in Draufsicht teilweise in Fig. 6 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß im äußeren Umfangsbereich der Aufbau dem der in Fig. 3 gezeigten Haltescheibe entspricht, mit konzentrischen Stützringen 26, 26' und 26", die untereinander durch rohrförmige Stege 27, 27' und 27" verbunden sind, die mit den Stützringen verschweißt sind und die Rohre der konzentrischen Rohrringe 28 und 28' voneinander trennen. Im Gegensatz dazu wird der Rest der Prallplatte durch breitere Ringe 29, 29' und 29" gebildet, die direkt miteinander an ihren einander gegenüberliegenden Rändern verschweißt sind, in denen sie halbzylindrische · Ausnehmungen 30, 30' und 30" aufweisen, in die mit einem minimalen Spiel die Rohre der konzentrischen Rohrringe 28" und 28"' eingesetzt sind.

- 13 -

609824/0785

- 13 - 2114-15

255459?

Nach einer Variante können die die geschlossene Zone der Prallplatten 31 oder 32 bildenden Stützringe mit den Stützringen

der durchströmbaren Zone identisch sein, wobei die Durchlaßöffnungen in der geschlossenen Zone durch flache Stücke, beispielsweise in Form von flachen Ringsegmenten mit bogenförmigen Ausschnitten für den Durchtritt der Rohre, abgedeckt werden, die auf die Stützringe 26 aufgesetzt und eventuell mit ihnen verschweißt sind.

Im oberen Bereich des Wärmetauschers, d. h. in der Überhitzerzone, sind zwei Prallplatten 31 und 32 angeordnet, von denen die erstere in Fig. 7 gezeigt ist und eine gegenüber der in Fig. 6 gezeigten Prallplatte umgekehrte Anordnung aufweist, derart, daß ein Dampfdurchlaß in der der kaminartigen Struktur 20 benachbarten Zone möglich ist, während bei der zweiten Prallplatte 32 die Anordnung wie bei der in Fig. 6 gezeigten Prallplatte ist, d. h. daß der Dampf in der äußeren Randzone hindurchströmen kann: es ergibt sich somit zwischen beiden Platten 31 und 32 eine Dampfströmung quer zu den Rohren von innen nach außen und zwischen der Prallplatte 32 und dem Ausströmkanal 10' für den Dampf eine Querströmung von außen nach innen.

Diese Prallplatten, deren Zahl von der beispielsweise dargestellten abweichen kann, tragen zur Stützung der Rohre bei und können wie die Stützringe durch Befestigung an dem äußeren Mantel 1 des Wärmetauschers fest, oder zur Drehung um die Wärmetauscherachse frei sein, je nachdem sie sich in Höhe der Scheitelpunkte der Hauptwellen der Rohre oder in Höhe jener Punkte der Rohre befinden, die auf der Rohrlängsachse zwischen den Wellen liegen.

Die Montage der Prallplatten, die aus konzentrischen Ringen zweier verschiedener Bauarten gebildet werden, findet wie die der

- 14 609824/07 85

- 14 - 2114-15

Stützringe statt, indem die Elemente durch die zentralen Öffnungen der Köpfe der äußeren Struktur eingeführt und vom Umfang her nach innen entsprechend dem Einbau der Rohre des Rohrbündels montiert werden.

Damit der Durchtrittsquerschnitt für den Dampf im Bereich der Prallplatten 31 und 32 nicht stark beschränkt wird, ist der Durchmesser des entsprechenden Abschnitts 38 des kaminartigen Teils 20 verjüngt, so daß eine Querströmung des Dampfs ohne wesentliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und damit ohne Verringerung des Wärmetauschkoeffizienten möglich ist.

Die festen und beweglichen Haltescheiben, sowie die eine Strömung gestattenden Abschnitte der Prallplatten können nach einer Variante gemäß Fig. 3a ausgebildet sein. Bei dieser Variante haben alle rohrförmigen Stege, wie z.B. 33, 33', 33" ... die gleiche Form wie in den Fig. 3, 6 und 7, sie sind jedoch alle im gleichen Sinn ausgerichtet, statt abwechselnd gegeneinander gerichtet zu sein, und sie sind vorab mit ihren großen konvexen Flächen an den Punkten 34, 34', 34" ... nur an der Innenfläche des äußeren Rings 35 der Rohrgruppe 36, 36', 36" ... festgeschweißt worden. Diese Anordnung hat die folgenden Vorteile:

- die Abstände zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Stegen sind genau definiert, so daß man das Spiel zwischn sehen den Rohren und den Befestigungselementen bestimmen kann,

- bei der Montage hat jedes Rohr einen genau bestimmten Platz, so daß es leicht positioniert werden kann und

die Stege werden vorab auf die die Stützringe bildenden Elemente geschweißt.

Zur Verbesserung der Rohrhalterung können bei dieser Variante gegebenenfalls rohrförmige Unterlagen 37, 37',-37" zwischen

- 15 -

609824/0 7Ö5

- 2114-15

zwei benachbarte rohrförmige Stege, das zwischen diesen Stegen befindliche Rohr und den inneren- Stützring eingefügt werden, wie dies aus Fig. 3a ersichtlich ist.

609 82 4/0785

Claims

Georges Trepaud - 16 - 2114-15 Ansprüche :

1. Wärmetauscher nach Patent...(P 23 08 317.2-13) mit einer äußeren, schweren Struktur, die durch einen äußeren, zylindrischen Mantel gebildet wird, dessen Enden an einem ringförmigen Einströmkopf und an einem ringförmigen Ausströmkopf für eines der Strömungsmittel befestigt sind, wobei die Böden dieser Köpfe perforiert sind, und mit einer nach innen an die schwere Struktur anschließenden leichten Struktur, die durch ein ringförmiges Bündel von Rohren gebildet wird, die mit ihren Enden in die Perforationen dieser Böden eingesetzt und mit diesen verschweißt und in konzentrischen Ringen angeordnet sind, die einen großen zentralen Kanal umschließen, der zur Montage dieser Rohre beginnend mit dem äußeren,'dem äußeren Mantel benachbarten Ring zugänglich ist, wobei die konzentrischen Rohrringe in mehreren Querebenen durch Scheiben gehalten werden, die aus konzentrischen Gruppen von zwischen den Rghrringen angeordneten und untereinander durch Verbindungselemente verbundenen Stützringen gebildet sind, wobei anschließend zur inneren Begrenzung der ringförmigen Wärmetaus eherkammer eine breite, zentrale, kaminartige Struktur befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von den durch die konzentrischen Stützringe gebildeten Haltescheiben (19, 19', 19"; 35, 35') für .die Rohre (11, 12, 13) die einen frei sind, um sich unter der Wirkung einer Biegeverformung der Rohre aufgrund ihrer Wärmedehnung um die Wärmetauscherachse zu drehen und die anderen fest mit dem äußeren Mantel (1) und eventuell mit.der zentralen, kaminartigen Struktur verbunden sind, die nach innen die vom Rohrbündel ausgefüllte Wärmetauscherkammer abschließt.

- 17 609824/0705 . ·

-17- 2114-15

255459?

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltescheiben abwechselnd fest und beweglich sind.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (11, 12, 13) Wellen aufweisen, die alle in Bezug auf ihre Achsen (X¹X) auf der gleichen Seite liegen und voneinander durch geradlinige Abschnitte (18, 18', 18"; 118) getrennt sind, und daß die beweglichen Haltescheiben in Höhe der Scheitelpunkte (22, 22', 22") der Wellen und die festen Haltescheiben in Höhe der geradlinigen Abschnitte, im wesentlichen in deren Mitte, angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei auf einer Seite gelegenen, aufeinanderfolgenden Wellen (14, 14', 14") zwei sehr schwach gekrümmte Wellen (16, 18) angeordnet sind, die nach der entgegengesetzten Seite gelegen sind, und daß die festen Haltescheiben in Höhe der Verbindungspunkte (18, 18', 18") dieser schwach gekrümmten Wellen und die beweglichen Haltescheiben in Höhe der Scheitelpunkte (22, 22', 22") der anderen Wellen angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren und im oberen Abschnitt der ringförmigen Wärmetauscherkammer wenigstens eine Prallplatte (25, 31, 32) angeordnet ist, deren zur Mitte gelegener Abschnitt oder deren Randabschnitt jeweils entweder durch Stützringe (26, 26', 26") gebildet werden, die durch radiale, rohrförmige Stege (27, 27')-verbunden sind, die die Rohre voneinander trennen und Passagen für die Zirkulation des Strömungsmittels um die Rohre frei lassen, oder durch Stützringe (29, 29', 29"), die an ihren einander

- 18 609824/0 7 85

2114-15

gegenüberliegenden Seitenkcmten mit halbkreisförmigen Ausnehmungen (30 , 30', 30") versehen sind, die Aufnahmen für die Rohre bilden und die die axiale Zirkulation des StrömungsiniUteIs derart unterbinden, daß dem Strömungsmittel eine in Bezug auf die Rohre quer verlaufende Strömung aufgezwungen wird, und umgekehrt.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stui.zringe in der geschlossenen Zone der Prall platten in gleicher Weise wie in der durchlässigen Zone durch dünne Ringe gebildet sind, die untereinader durch Verbindun^.-e Lemente (27, 27') verbunden, sind, wobei die Durchströmöffnungen in der geschlossenen Zone durch flache Stücke abgedeckt sind, die mit Ausnehmungen für den Durchtritt der zwischen ihnen befestigten Rohre versehen sind.

·■>·■·<' JAiHQiHQ 6 0 9 8 2 4 / 0 7 8 5