DE3438485A1 - Waermeaustauscher - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
- F28D7/1653—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape
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Description
DIPL. -INQ. DIETER JANDER DR. - INQ. MANFRED BONING o , ο Q / QT
ΡΛΓίΝΓΛΝννΛΙ Tt J4 JÜ4O J
-H- Beschreibung :
"Wärmeaustauscher"
Die Erindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Leitungsbündel in dem Gehäuse, das
von einem ersten Fluid umflossen und von einem zweiten Fluid durchflossen wird.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf große (insbesondere von einer Person begehbare) Wärmeaustauscher, die vorzugsweise
als Zwischenkühler oder Nachkühler zwischen bzw. hinter Kompressorstufen Verwendung finden.
Bei bekannten Wärmeaustauschern dieser Art ist ein einziges Leitungsbündel
vorgesehen, das von dem ersten Fluid in Form eines einzigen Stromes umflossen wird. Aus dem Fluid auskondensiertes
Wasser wird von dem Strom wieder mitgenommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeaustauscher derart auszubilden, daß das Mitnehmen von kondensiertem Wasser
verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindester zwei Leitungsbündel, die einen Abstand voneinander haben, und
Verteilerorgane vorgesehen sind, die das erste Fluid in zwei Parallelströme aufteilen, die die Leitungsbündel umfließen.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Geschwindigkeit des Stromes
reduziert ist, was zur Folge hat, daß auskondensiertes Wasser nicht mehr so stark wie im bekannten Fall mitgenommen wird.
Infolgedessen kann unter Umständen ein nachgeschalteter Wasserabscheider
(der im bekannten Fall erforderlich ist, einen störenden Druckabfall bewirkt und zusätzlichen Raum beansprucht)
entfallen.
DIPU-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ" ^ ^
PATPNTANWAITP O M" O D H" O O
PATfNTANWALTE
Der Raum zwischen den Leitungsbündeln reduziert die Reibung und insbesondere die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in der Nähe
der Gehäusewandung, was letztlich zu einer Reduzierung des
Druckabfalles (der unerwünscht ist) führt.
Hinzu kommt, daß bei Wärmeaustauschern, die begehbar sind, die
Rohrbündel für eine Person, die sich in dem Raum zwischen den Bündeln befindet, gut zugänglich sind. Sie können also gut
inspiziert, gewartet und gereinigt werden.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Leitungsbündel
einen Abstand vom Gehäuse haben. Insbesondere ist es infolgedessen bei begehbaren Wärmeaustauschern möglich, auch
eine Wartung und Inspektion des Wärmeaustauschers von den Räumen zwischen den Leitungsbündeln und der Gehäusewandung vorzunehmen
.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung.
Darin zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei gewisse
Teile weggebrochen sind,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, wobei gewisse Teile weggebrochen sind und
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1, wobei gewisse Teile weggebrochen sind.
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PAHNiANWAiiF J H J Ü 4 O J
In den Figuren ist mit 10 ein Wärmeaustauscher bezeichnet. Dieser ist besonders als Zwischenkühler zwischen Kompressionsstufen
eines großen Kompressors geeignet. Der Wärmeaustauscher besitzt ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Stutzen 14 als Eingang
für ein Prozess-Fluid und einen Stutzen 16 als Ausgang für das Prozess-Fluid. Das Gehäuse weist an seinen Enden Deckel 18 und
20 auf. Vorzugsweise ist der Stutzen 14 in der Mitte, oben, des Gehäuses angeordnet. Der Stutzen 16 kann im Gehäuse oder in den
Deckeln sitzen. Bei der Ausführungsform ist wenigstens einer der Deckel entfernbar. Der Deckel 18 besitzt einen Flansch 22, der
einem Flansch 24 des Gehäuses anliegt. Mehrere Bolzen 26 halten den Deckel an dem Gehäuse in dichtender Verbindung. Die Vorsehung
eines entfernbaren Deckels ermöglicht einen leichten Zugang zum Inneren des Wärmeaustauschers. Der Deckel 20 ist im Ausführungsbeispiel an dem Gehäuse festgeschweißt. Für einen schnellen Zugang
zu dem Inneren des Gehäuses für regelmäßige Inspektionen ist ein Mannloch 28 vorgesehen, das mit einem entfernbaren Deckel
30 verschlossen ist. Durch dieses Mannloch kann eine Person schneller in den Wärmeaustauscher gelangen als durch die Öffnung,
die durch den Deckel 18 verschlossen wird.
Innerhalb des Gehäuses sind zwei Leitungsbündel 40,42 vorgesehen, wobei jedes Bündel aus zwei Sätzen besteht. Das Bündel 40 weist
einen unteren Satz 44 und einen oberen Satz 46 auf. Das Bündel besteht aus einem unteren Satz 48 und einem oberen Satz 50. Natürlich
kann ein Bündel auch nur einen Satz oder drei oder mehr Sätze aufweisen.
Die Sätze 44, 46, 48 und 50 bestehen aus einer Mehrzahl von Röhren
52, durch die Wasser oder ein anderes konditionierendes Flui< fließt. Die Röhren sind mit Kühl-Rippen 54 od.dgl. versehen, um
den Wärmeaustausch zwischen dem Fluid in den Röhren und dem Prozess-Fluid, das um die Röhren herumfließt, zu vergrößern. Die
Röhren erstrecken sich über die Länge des Wärmeaustauschers. Ihr»
DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNING
AiTE O £j. \j O M- O
-A-
Länge hängt von der speziellen Anwendungsart ab, für die der
Wärmeaustauscher gedacht ist. Die Zahl der Röhren und die Zahl der Schritte, die das Fluid beim Durchströmen des Wärmeaustauschers
durchläuft, kann variieren. In der Zeichnung ist jeder Satz dreistufig. Die Röhren stehen in Verbindung mit Sammlern.
Zuflußleitungen 56 und 58 führen zu den Sammlern 60, 62, 64 und
66, die mit den Sätzen 44, 46, 48 und 50 in Verbindung stehen. Eine einzige Abflußleitung 68 steht in Verbindung mit den Abflußsammlern
70, 72, 74 und 76 der Sätze 44, 46, 48 und 50. Innerhalb der Sammler befinden sich Trennwände 78 und 80, um die
Röhren voneinander zu trennen und auf diese Weise den weiter oben erwähnten Fluß durch die Röhren zu erzielen. Die Bündel werden
von I-Trägern 82, 84, 86 und 88 getragen, die auf einer Plattform
90 ruhen, die ihrerseits durch U-Träger 91» 92 und 94 gehalten wird.
Die Sammler sind mit entfernbaren Deckeln ausgerüstet, die von Bolzen 96 gehalten werden. Entfernt man die Deckel, hat man Zugang
zu den Röhren, so daß diese gereinigt und inspiziert werden können. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen für die Sammler
münden in die Seitenwände der letzteren.
Die Bündel 40 und 42 haben einen Abstand voneinander und von dem
Gehäuse. Auf diese Weise werden ein Eingangsraum 100 zwischen den Bündeln und zwei Ausgangsräume 102 und 104 zwischen den Bündeln
und dem Gehäuse gebildet. Der Eingangsstutzen 14 befindet sich in der Mitte, oberhalb des Eingangsraumes 100. An den Enden
der Bündel befinden sich Begrenzungswände 106 und 108. Begrenzungswände 110 und 112 laufen längs der Bündel an deren Seiten.
Die Begrenzungswände befinden sich zwischen den Bündeln und dem Gehäuse und sorgen dafür, daß das einströmende Gas sich nur in
dem Raum oberhalb der Bündel ausbreiten kann und von dort nach unten zwischen die Bündel und dann um die Röhren 52 strömt, wo-
DIPL. -INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ . o o ,_
I1ATfNTANWAIrE O ^i J Ö 4 O O
bei.ein Wärmeaustausch erfolgt. Anschließend strömt das Gas zu
den Ausgangsräumen 102 und 104. Oberhalb der Bündel befindet sich eine Verteilerplatte 114, die mit Löchern versehen ist und
den Gasstrom daran hindert, aus dem Eingangsstutzen 14 direkt
nach unten zu fallen. Das Prozess-Gas wird daher gezwungen, den gesamten Raum bis hin zu den äußersten Enden der Bündel gleichmäßig
zu durchströmen. Anstelle der Verteilerplatte können auch andere Verteilervorrichtungen, wie Schirme, Jalousien, Grillwände,
Kegel, verwendet werden.
Von dem Eingangsraum 100 strömt das Gas durch die Bündel nach außen in die Ausgangsräume 102 und 104. Indem das Prozess-Gas
aufgeteilt wird und durch zwei Leitungsbündel strömt, kann die Länge jedes Bündels gekürzt werden, verglichen mit den Längen
bekannter Bündel. Wegen der daraus resultierenden reduzierten Länge des Gehäuses kann der Eingangsstutzen zentral über den
Bündeln angeordnet sein. Die Verwendung der Verteilerplatte 114, deren Länge normalerweise dem Anderthalbfachen des Durchmessers
des Eingangsstutzens entspricht, oder die Verwendung eines anderen
Verteilers führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Fluids über die gesamte Fläche der Bündel, so daß diese wirkungsvoll
ausgenutzt werden. Der Abstand der Bündel untereinander und von dem Gehäuse ist derart optimiert, daß eine Fehl-Verteilung
so klein wie möglich ist. Abstände, die die Geschwindigkeitsspitzen in den Eingangs- und Ausgangsräumen nivellieren,
sind bevorzugt.
Eine Aufteilung des Gasflusses reduziert ferner die Geschwindigkeit
des Gases, so daß Feuchtigkeit, die an den Rippenoberflächen kondensiert, abfließen kann und nicht von dem Gasstrom mitgenommen
wird. Ein Sumpf 120 befindet sich am Boden des Gehäuses, wo sich das kondensierte Fluid sammelt. Mit 122 ist ein
Abfluß bezeichnet, durch den das kondensierte Fluid aus dem Gehäuse abfließen kann. In der veranschaulichten Zwischenkühler-
DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BDNlNQ
PATfNTANWALTf
Lösung ist der Stutzen für den Ausgang des Prozess-Fluids oben
auf dem Gehäuse in der Nähe des Endes desselben angeordnet. Das Prozess-Gas, das durch die Bündel fließt, fließt horizontal innerhalb
des Gehäuses, um dann vertikal zum Ausgang zu strömen. Durch die Änderung der Richtung des sich relativ langsam bewegenden
Gases wird die meiste Flüssigkeit freigesetzt. Der erfindungsgemäße 'Wärmeaustauscher reduziert erheblich die Menge
an mitgeführter Flüssigkeit, so daß zusätzliche Entfeuchter entfallen können. Der Druckabfall in derartigen Entfeuchtern tritt
somit nicht auf.
Der Weg, den das Prozess-Fluid durch den Wärmeaustauscher durchläuft,
ist durch die Pfeile I30 angedeutet. Das Prozess-Fluid
tritt in den Wärmeaustauscher durch den Eingangsstutzen 14 ein
und fließt im wesentlichen nach unten in den Eingangsraum 100 zwischen den Bündeln 40 und 42. Die perforierte Verteilerplatte
114 verteilt das Fluid derart, daß es jedes Ende der Bündel erreicht und sich gleichmäßig über die gesamte Oberseite derselben
verteilt. Die Begrenzungswände 106, 108, 110 und 112 begrenzen
den Fluidfluß, so daß das gesamte Prozess-Fluid, das in das Gehäuse
einströmt, durch die Bündel hindurchströmt. Während das Prozess-Fluid durch die Bündel strömt und dabei im Wärmeaustausch
mit dem Kühlmittel steht, das durch die Röhren strömt, wird Feuchtigkeit kondensiert. Als Folge der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit
aufgrund der Aufteilung des Stromes kann das Kondensat auf den Rippenoberflächen zum Sumpf 120 abfließen.
Von dort fließt es aus dem Wärmeaustauscher durch die Abflußleitung 122 heraus. Nachdem das Prozess-Fluid gekühlt worden ist,
strömt es in die Räume zwischen den Bündeln und dem Gehäuse und dann in die Nähe des Ausgangs 16. Das gekühlte Gas verläßt den
Wärmeaustauscher durch den Ausgangsstutzen 16.
Eine regelmäßige Überwachung und Inspektion des Wärmeaustauschers kann dadurch erfolgen, daß eine Person durch das Mannloch 28 in
-7 -
DIPL.-INQ. DIETER JANPER DR.-INC/. MANFRED BDNINQ
PAII NTAMWAI. Il
40
- Jf -
3 1 on/ ei i~ 4 u O 4 O O
den Wärmeaustauscher hineinsteigt. Überdies können die Deckel des Sammlers entfernt werden, ohne daß die Zufluß- und Abflußleitungen
für das Kühlmittel gelöst werden müssen. Das Innere der Röhren kann somit gereinigt und inspiziert werden. Da die
Bündel einen Abstand voneinander und von der Gehäusewand haben, besteht ein Zugang zu allen Seiten der Bündel. Ein weiterer Zugang
zu den Bündeln besteht dadurch, daß der Deckel 18 entfernt werden kann. Falls erforderlich, können ein Bündel oder Satz
oder auch nur einzelne Röhren durch das geöffnete Ende des Gehäuses entfernt werden.
Der aufgeteilte Stromfluß führt zu einer wirksamen Ausnutzung der gesamten Wärmeübertragungs-Flächen, wobei eine ungünstige
Verteilung vermieden wird. Die Aufteilung des Stromflusses reduziert die Strömungsgeschwindigkeiten in Gehäusenähe und damit
die Mitnahme von Flüssigkeit. Zusätzliche Entfeuchter sind somit nicht erforderlich. Ferner wird durch die Aufteilung des
Flusses auf zwei oder mehr Leitungsbündel der Druckabfall reduziert. Dadurch kann das Gehäuse kürzer sein als dasjenige von
bekannten Vorrichtungen, in denen nur ein einziges Leitungsbünde] vorhanden ist.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist also außerordentlich wartungsfreundlich. Insbesondere können einzelne Teile zwecks
Reinigung und Reparatur leicht entfernt werden.
Claims (16)
1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Gehäuse und einem Leitungsbündel
in dem Gehäuse, das von einem ersten Fluid umflossen
und von einem zweiten Fluid durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Leitungsbündel (40,
42), die einen Abstand voneinander haben, und Verteilerorgane (114) vorgesehen sind, die das erste Fluid in zwei Parallelströme
aufteilen, die die Leitungsbündel (40,42) umfließen.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsbündel (40,42) einen Abstand
vom Gehäuse (12) haben.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η
zeichnet, daß die beiden Parallelströme zusammengeführt werden, bevor sie das Gehäuse (12) verlassen.
Postscheckkonto Berlin West Konto 1743 84-100
Berliner Bank AG., Konto 01 10921 900
PIPL. -INC/. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ . _ ^
PATFNTANWALTf O H O O 4 O O
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerorgane (114) solcher
Art sind, daß die Leitungsbündel (40,42) überall weitgehend gleich umströmt werden.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (14) für das erste
Fluid oberhalb des Raumes (100) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) vorgesehen ist.
6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5f dadurch
gekennzeichnet, daß ein Verteilerorgan (114) oberhalb des Raumes (100) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) vorgesehen
ist, so daß insbesondere das Fluid über den Raum (100) gleichmäßig verteilt wird.
7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit einem
entfernbaren Deckel (18,20) versehen ist, wobei insbesondere dieser Deckel derart angeordnet ist, daß die Leitungen (52) in
Längsrichtung aus dem Gehäuse (12) herausgezogen werden können.
8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitungsbündel (40,42)
aus zwei Leitungssätzen besteht, die untereinander angeordnet sind.
9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit einem
Mannloch (28) versehen ist.
10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gehäuses (12) ein
Abfluß (122) für Kondenswasser vorgesehen ist.
DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ O / Q O / -^ Γ
PATtNTANWALTF j H J Ö "t O O
11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan eine Lochplatte
(114) ist.
12. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden der Leitungsbündel (40,42) und dem Gehäuse (12) und/oder zwischen den oberen
seitlichen Enden der Leitungsbündel (40,42) und dem Gehäuse (12) Begrenzungswände (106,108;110,112) vorgesehen sind.
13· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (52) der Leitungsbündel (40,42) in Sammlern (60,62,64,66;70,72,74,76) münden, die
mit entfernbaren Deckeln ausgerüstet sind, und daß die Zu- und Abflußleitungen (56,58;68) seitlich in die Sammler einmünden.
14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Fluid von einem Raum oberhalb der Leitungsbündel (40,42) durch den Raum (100)
zwischen den Leitungsbündeln (40,42) nach unten, dann durch die Leitungsbündel (40,42) hindurch und schließlich durch die Räume
(102,104) zwischen den Leitungsbündeln (40,42) und dem Gehäuse (12) zu einem Ausgang (16) strömt, der vorzugsweise am Ende des
Gehäuses (12) oben angebracht ist.
15· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß am Boden des Gehäuses (12) eine Sammelstelle (120) für Kondenswasser vorgesehen ist.
16. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der einzelnen
Teile, insbesondere der Leitungsbündel (40,42) derart ist, daß die Strömungsgeschwindigkeiten im Eingangs- und Ausgangsbereich
in etwa die gleichen sind.
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