DE7409047U - HEAT EXCHANGER WITH DOUBLE PIPE ELEMENTS - Google Patents

Description

Fall 2610 νΧΚ/P/Gi/MaCase 2610 νΧΚ / P / Gi / Ma

Schmidt¹sehe Heissdampf-Ges.m.b.H. 35 Kassel-Bettenhausen, Ellenbacher Str. 10Schmidt ¹ see Heissdampf-Ges.mbH 35 Kassel-Bettenhausen, Ellenbacher Str. 10

Wärmeaustauscher mit Doppelrohrelementen.Heat exchanger with double tube elements.

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.The invention relates to a heat exchanger with im • essential straight double pipe elements, each consisting of an outer pipe and an inner pipe, the ends of which are each connected to a collector, the outer tubes opening 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 Heizflächenbelastungen betrieben und aus verfahrenstechnischen Gründen mit geraden Rohren gebaut werden. This double tube arrangement has proven itself particularly in heat exchangers with high heating surface loads operated and built with straight pipes for procedural reasons.

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 erhöhtenA special application of such heat exchangers is in the case of fission gas coolers, which are used for cooling and Stabilization of the fission gases in pyrolytic cracking processes can be used. With these coolers, the fission gases to be cooled are passed through the inner tubes, which are surrounded by water flowing through the outer pipes. When the fission gases to be cooled give off heat to the Water, high-tension water vapor is generated. The thermal stresses occurring on the inner tube are - for example «- wise due to a disturbed water flow · not sure to be determined beforehand, so that there is a risk of exceeding certain limit voltages. But this leads to reason The instability of the iron / water system leads to the destruction of the protective layer on the water side and thus to an increased level

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.Corrosion of the inner tube · Han therefore strives for * the double « pipe collector system to give elasticity to which is to prevent »the mentioned limit stresses being reached · On the other hand, however, the outer pipes must be strong enough to that they divide the to the VfrrblrirhjyMj!? 3? si? * lsn Sasuslsm occurring can absorb maximum stresses.

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.With a double pipe known from DT-AS 1 170 434 arrangement of the type mentioned, the inner tube is given an effective bias in the cold state, which during the heat exchange process is broken down again «. However, this solution assumes that the outer pipe collector system is largely is rigid. As a result, the elasticity of the entire double pipe collector system is very high in this known arrangement limited.

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.Another heat exchanger known from DT-OS 2 103) 794 of the genus are constinxively complex expansion compensations at the honors? provided ;: which also has a Yer = - result in an increase in the volume of the cooler.

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» The invention is based on the object of creating a heat exchanger of the type mentioned at the outset, the double tube of which elements are structurally and technically simple and guarantee a high elasticity of the double tube Santnler system »

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.This object is achieved in that the Outer pipes have a greater wall thickness at their ends in the area of the connection points with the collectors than on the rest of them Eear length.

Diese Ausbildung der Außenrohre ermöglicht es, außerhalb der j Verbindungsstellen rait den Sammlern deren Wandst'ärKe nur aufThis design of the outer pipes makes it possible for the collectors to only increase the wall thickness outside the junction points

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.To dimension the internal pressure and thus to build the outer pipes much thinner than before due to the at the circular ends occurring in the junction with the collector maximum tension was the case .. The thereby made possible thin-walled design of the outer tubes has the essential! lent advantage * that they "have a higher elasticity of the double tube" - * Collector system entails · The proposed construction is therefore suitable, during the heat exchange process occurring tensions in the double-pipe-collector-system · add and thus improve the operational safety and service life of the heat exchanger · In addition, there is a lower material costs and thus also a lower meal.

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·A heat exchanger has become known from DT-OS T 601 I83, the tubes of which have a reinforced wall at their ends. However, this well-known heat exchanger is not built according to the double pipe collector system and is therefore against * Unrelated to the genre above the proposed heat exchanger

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 desThis known heat exchanger, which was developed in particular for motor vehicles and plug-in tools, namely consists of one Number of individual pipes with an extremely small wall thickness and a very small diameter · The pipes are at their ends Soldered into a perforated plate each · In the event of rapid temperature changes, considerable thermal stresses occur at the connection points because the relatively thick perforated plate changes temperature much more slowly than the very thin-walled tubes may follow * In addition, the high-temperature solders to be used contain additives »those in the event of slight overheating attack the base material during soldering to prevent XTm, that the stresses that occur can lead to cushions and breaks in the drilling or that the pipe ends during the

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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-Erode soldering, these are »known heat exchangers the thin-walled tubes reinforced at their ends. The A·* gangs «» clarified problems with a double-pipe Sarnmler system which causes instability of the iron / water system and with insufficient elasticity of the double tube

bekannten gattungsfremden Wärmeaustauscher keine Rolle-known non-generic heat exchanger does not matter

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.Appropriately, the outer tubes according to the invention are so formed that they are at their ends in the area of the junction with the collectors have a larger outer diameter than on the rest of the pipe length, while their inner diameter is constant over the entire length.

In einer weiteren zweckgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen* daß die Außenrohre in an sich bekannter Weise an ihren Enden aufgestaucht sind.In a further expedient embodiment of the invention it is provided that the outer tubes are known per se Way are upset at their ends.

Ia Folgenden ist ein Ausführungsbeispiei der Erfindung unter Bezugnahme auf die z^j ahmmtt nMhei* beschriebest The following is an exemplary embodiment of the invention with reference to the z ^ j ahmmtt nMhei * described

Es zeigt:It shows:

Fig. t einen Doppelrohr-Wärmeaustauscher in vereinfachter Darstellung»Fig. T shows a double-tube heat exchanger in simplified form Depiction"

Pig. 2 ein Doppelrohrelement des Wärmeaustauschers nach Pig- 1, vergrößert dargestellt*Pig. 2 a double tube element of the heat exchanger according to Pig- 1, shown enlarged *

Pig· 3 «ine Einzelheit des Doppelrohrelementes nach Fig. 2 im Bereich der Verbindungsstelle mit dem Sammler ebenfalls vergrößert dargestellt.Pig 3 ”a detail of the double pipe element according to FIG. 2 also shown enlarged in the area of the junction with the collector.

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* The heat exchanger shown in Fig. 1 consists of a number of substantially straight and parallel mutually arranged pipe elements 1, which are between a gas inlet head 2 and a gas outlet head 3 extend *

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·The pipe elements themselves consist of an outer pipe 4 and an inner pipe 5 arranged coaxially to it, the ends of which are each connected to a collector 6 or 6 ^f .

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.The outer pipes 4 open into the inner space 7 or 7 ^{f of} the collectors 6 or 6 ¹ - the inner tubes 5 pass through the collectors 6 or 6 'and in turn open into the interior 8 of the gas inlet head 2 or the interior 11 of the gas outlet head 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.As can be seen from FIGS. 2 and 3, the outer tubes are at their ends 9 and 9 'upset, ^ so that they are in the area the connection point with the collectors 5 or 5 'a larger one Have wall thickness than on the rest of the pipe length. It is from a manufacturing point of view, it is expedient for the outer tubes 4 to have an inner diameter that is constant over the entire length of the pipe have, while their outer diameter at the pipe ends 9 or 9 * is greater than on the rest of the pipe length.

Die Außenrohre 4 und die Innenrohre 5 sind in die Sammler 6 bzv. 6^f mittels V-Schweißnähte eingeschweißt*The outer tubes 4 and the inner tubes 5 are in the collector 6 or. 6 ^f welded in with V-welds *

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.The collectors 6 or "6 ¹ are arranged straight and parallel to one another". A ring-shaped arrangement is possible. The collectors are designed with an oval cross-section, but can also have a round or square cross-section, for example.

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

Die parallel angeordneten Sammler 6 bzw· 6^f sind bekanntlich miteinander verschweißt und bilden somit gasdichte Rohrboden»The collectors 6 or 6 ^f arranged in parallel are known to be welded to one another and thus form a gas-tight tube sheet »

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·The hot fission gases to be cooled enter the heat exchanger through the gas inlet head 2 and flow then through the inner tubes 5 · There they are through the water serving as a coolant is cooled down by the Space between the outer tubes 4 and the inner tubes 5 flows through. The cooling water or the resulting water vapor are in hzw- from the collector 6 or · 6 · by not shown in FIG. Derivatives 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 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·The load on the outer pipes is highest at the welded points in the header. The design described the outer pipe 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 better suited to compensate for tensions occurring during operation that are caused by The causes of expansion of the heat-affected inner pipes. The construction described also requires a lower cost of materials than in the previously known heat exchangers with a uniform outer tube cross-section and is therefore cheaper

Claims (1)

■ Ansprüche ■ Claims 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.1 Heat exchanger consists of essentially straight double pipe elements each consisting of an outer pipe and an inner pipe, the ends of which are each connected to a header, the outer pipes opening into the interior of the header, while the inner pipes are led through the header, characterized in this that the outer pipes (4) have ^{a greater wall thickness at their ends (9 and 9 f} ) in the area of the connection point with the collectors (6 or 6 ^f ) than on the rest of the pipe length. 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.2 »Heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the outer tubes (4) at their ends (9 and 9 ') in the area of the junction with the collectors (6 or 6 *) have a larger outer diameter than on the rest of the pipe length, while its inside diameter is constant over the entire length of the pipe. 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.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized * that the outer tubes (4) are upset at their ends (9 and 9 ¹ ) in a manner known per se.