DE7409047U - Waermeaustauscher mit doppelrohrelementen - Google Patents

Description

Fall 2610 νΧΚ/P/Gi/Ma

Schmidt¹sehe Heissdampf-Ges.m.b.H. 35 Kassel-Bettenhausen, Ellenbacher Str. 10

Wärmeaustauscher mit Doppelrohrelementen.

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit im •wesentlichen geraden Doppelrohrelementen bestehend aus je einem Außenrohr und je einem Innenrohr, deren £nden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei die Außen— rohre in den Innenraum der Sammler münden, während die Innenrohre durch die Sammler geführt sind.

Diese Doppelrohranordnung hat sich besonders bei Wärmeaustauschern bewährt, die mit hohen Heizflächenbelastungen betrieben und aus verfahrenstechnischen Gründen mit geraden Rohren gebaut werden.

Ein besonderer Anwendungsfall derartiger Wärmeaustauscher liegt bei Spaltgaskühlern vor, die zur Kühlung und Stabilisierung der Spaltgase in pyrolytiochen 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 Wasserdampf erzeugt. Die dabei am Innenrohr auftretenden Wärmespannungen sind - beispiels«- weise infolge einer gestörten Wasserströmung · nicht sicher vorher zu bestimmen, so daß die Gefahr besteht, gewisse Grenzspannungen zu überschreiten. Dies führt aber auf Grund der Instabilität des Systems Eisen/Wasser zu einer Zerstörung der wasserseitigen Schutzschicht und damit zu einer erhöhten

Korrosion des Innenrohres· Han strebt daher an* dem Doppel« rohr-Sammler-System eine Elastizität zu verleihen, welche verhindern soll» daß die genannten Grenzspannungen erreicht verden· Andererseits müssen aber die Außenrohre so stark sein, daß sie die an den VfrrblrirhjyMj!?3teilen ?si? *lsn Sasuslsm auftretenden maximalen Spannungen aufnehmen können.

Bei einer aus der DT-AS 1 170 434 bekannten Doppelrohr— anordnung der eingangs genannten Art wird dem Innenrohr eine im kalten Zustand wirksame Vorspannung gegeben, welche während des Wärmeaustauschprozesses wieder abgebaut wird«. Diese Lösung setzt aber voraus, daß das System Außenrohr-Sammler weitgehend starr ist. Infolgedessen ist die Elastizität des gesamten Doppelrohr-Sammler-Systems bei dieser bekannten Anordnung sehr begrenzt.

Eei einem weiteren aus der DT-OS 2 103)794 bekannten Wärmeaustauscher der Gattung sind an den Eöhrenden konstinxktiv aufwendige Dehnungsausglei ehe? vorgesehen;: die außerdem eine Yer=- größerung des Bauvolumens des Kühlers zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Doppelrohr— elemente konstruktiv und fertigungstechnisch einfach sind und eine hohe Elastizität des Doppelrohr-Santnler-Systems gewährleisten»

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenrohre an ihren Enden im Bereich der Verbindungsstellen mit den Sammlern eine größere Wandstärke als auf deren übrigen Eohrlänge aufweisen.

Diese Ausbildung der Außenrohre ermöglicht es, außerhalb der j Verbindungsstellen rait den Sammlern deren Wandst'ärKe nur auf

Innendruck zu dimensionieren und somit die AuOenrohre wesentlich dünner zu bauen als es bisher auf Grund der an den Ronrenden in der Verbindungsstelle mit dem Sammler auftretenden maximalen Spannungen der Fall war.. Die dadurch ermöglichte dünnwandige Auslegung der Außenrohre hat ihrerseits den wesent- ! liehen Vorteil* da3 sie «ine höhere Elastizität des Doppelroh«-* Sammler-Systems mit sich bringt· Die vorgeschlagene Konstruktion ist somit geeignet,, die während des Wärmeaustauschprozesses auftretenden Spannungen im Doppelrohr—Sammler—System herab· zusetzen und somit die Betriebssicherheit und Lebensdauer des Wärmetauschers zu verbessern· Darüber hinaus ergibt sich ein geringerer Materialaufwand und somit auch ein geringeres Get/icht.

Aus der DT-OS T 601 I83 ist ein Wärmeaustauscher bekannt geworden,, dessen Rohre an ihren Enden eine verstärkte Wand aufweisen. Dieser bekannte Wärmetauscher ist jedoch nicht nach dem Doppelrohr-Sammler-System aufgebaut und ist somit gegen* über dem vorgeschlagenen Wärmetauscher gattungsfremd·

Dieser bekannte Wärmeaustauscher, der insbesondere für Kraftwagen und Plugzeuge entwickelt wurde,, besteht nämlich aus einer Anzahl Einzelrohre mit einer äußerst geringen Wandstärke 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 WMrmespannungen auf, da die verhältnismäßig dicke Lochplatte viel langsamer als die sehr dünnwandigen Rohre den Temperatüränderungen folgen kann* Außerdem sind in den zu verwendenden Hochtemperaturloten Zusatzstoffe enthalten» die bei einer geringen überhitzung während des Lötens den GrxindwerZcstoff angreifen, XTm zu verhindern, daß die auftretenden Spannungen zu Kissen und Brüchen in den Bohren führen können bzw» daß die Rohrenden während des

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Lötens erodieren, sind bei dieser» bekannten Wärmeaustauscher die dünnwandigen Rohre an ihren Enden verstärkt. Die ein·* gangs «»läuterten Probleme bei einem Doppelrohr-Sarnmler-Systemdie d^reh die Instabilität des Systems Eisen/Wasser verursacht sind und mit einer ungenügenden Elastizität des Doppelrohr-

bekannten gattungsfremden Wärmeaustauscher keine Rolle-

Zweckmäßigerweise sind die Außenrohre gemMÖ 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.

In einer weiteren zweckgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen* daß die Außenrohre in an sich bekannter Weise an ihren Enden aufgestaucht sind.

Ia Folgenden ist ein Ausführungsbeispiei der Erfindung unter Bezugnahme auf die z^j ahmmtt nMhei* beschriebest

Es zeigt:

Fig. t einen Doppelrohr-Wärmeaustauscher in vereinfachter Darstellung»

Pig. 2 ein Doppelrohrelement des Wärmeaustauschers nach Pig- 1, vergrößert dargestellt*

Pig· 3 «ine Einzelheit des Doppelrohrelementes nach Fig. 2 im Bereich der Verbindungsstelle mit dem Sammler ebenfalls vergrößert dargestellt.

Der in Fig. 1 dargestellte Wärmeaustauscher besteht aus einer Anzahl von im wesentlichen geraden und parallel zueinander angeordneten Rohrelementen 1, die sich zwischen einem Gaseintrittskopf 2 und einem Gasaustrittskopf 3 erstrecken*

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^f verbunden sind·

Die Außenrohre 4 münden in den Tnnenraum 7 bzw. 7^f der Sammler 6 bzw, 6¹- Die Innenrohre 5 sind durch die Sammler 6 bzw· 6' hindurchgeführt und münden ihrerseits in den Innenraum 8 des Gaseintrittskopfes 2 bzw. in den Innenraum11 des Gasaustrittskopfes 3.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die Außenrohre an ihren Enden 9 bzw. 9' aufgestaucht,^so daß sie im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern 5 bzw, 5' eine größere Wandstärke als auf der übrigen Rohrlänge aufweisen. Es ist dabei fertigungstechnisch zweckmäßig, daß die Außenrohre 4 einen auf der gesamten ßohrlänge konstanten Innendurchmesser aufweisen, während ihr Außendurchmesser an den Rohrenden 9 bzw· 9* größer als auf der übrigen Rohrlänge ist.

Die Außenrohre 4 und die Innenrohre 5 sind in die Sammler 6 bzv. 6^f mittels V-Schweißnähte eingeschweißt*

Die Sammler 6 bzw» 6¹ sind gerade und parallel zu einarider angeordnet« Eine ringförmige Anordnung ist möglich. Die Sammler sind mit ovalem Querschnitt ausgebildet, können aber auch einen beispielsweise runden oder viereckigen Querschnitt aufweisen.

Wesentlich ist dabei nur, daß sie eine ausreichende Elastizität - entsprechend der Eigenelastizität der beheizten Innenrohre 5 — besitzen.

Die parallel angeordneten Sammler 6 bzw· 6^f sind bekanntlich miteinander verschweißt und bilden somit gasdichte Rohrboden»

Die heißen, zu kühlenden Spaltgase treten in den Wärme— austauscher durch den Gaseintrittskopf 2 und strömen dann durch öie Innenrohre 5· Dort werden sie durch das als Kühlmittel dienende Wasser abgekühlt» das durch den Zwischenraum zwischen den Außenrohren 4 und den Innen— rohren 5 hindurchfließt. Das Kühlwasser bzw» der dabei entstehende Wasserdampf werden in hzw- aus dem Sammlern 6 bzw· 6· durch in der Fig, 1 nicht dargestellten Zu— bzw. Ableitungen geführt·

Bei der Wärmeabgabe der heißen Spaltgase an das als Kühlmittel dienende Wasser wird hochgespannter Wasserdampf erzeugt· Darüber hinaus entstehen thermisch bedingte Spannungen im Rohr.

Die Belastung der Außenrohre ist an den Einschweißstellen 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 besser geeignet sind, während des Betriebes auftretende Spannungen auszugleichen, die durch Dehnungen der wärmebeaufschlagten Innenrohre verursachherden. Die beschriebene Konstruktion erfordert darüber hinaus einen geringeren Materialaufwand als bei den bisher bekannten wärmeaustauscher mit gleichmäßigem Außenrohrquerschnitt und ist daher kostengünstiger·

Claims (1)

1. ■ Ansprüche

   1· Wärmeaustauscher rait im wesentlichen geraden Doppelrohrelementen bestehend aus je einem Außenrohr und je einem Innei^rohr, deren Enden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei die Außenrohre in den Innenraum der Sammler münden, waarend die Innenrohre durch die Sammler geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen» rohre (4) an ihren Enden (9 und 9^f) im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern (6 bzw. 6^f) eine größere Wandstarke als auf der übrigen Rohrlänge aufweisen.

   2» Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohre (4) an ihren Enden (9 und 9') im Bereich der Verbindungsstelle mit den Sammlern (6 bzw, 6*) einen größeren Außendurchmesser als auf der übrigen Rohrlange aufweisen, während ihr Innendurchmesser auf der gesamten Rohrlange konstant ist.

   3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet* daß die Außenrohre (4) an ihren Enden (9 und 9¹) in an sich bekannter Weise aufgestaucht sind.