DD258651A1 - Elektrisch beheizter rohrbuendelwaermeuebertrager fuer den waermeaustausch zweier medien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Rohrbuendelwaermeuebertrager, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Elektroheizkoerper 1 in die Waermetauscherrohre hineinragen und so an einer Trennwand 3 befestigt werden, dass sie sich in den Mittelachsen der Waermetauscherrohre befinden und diese nicht beruehren, dabei die Elektroheizkoerper zusaetzlich durch Stuetzringe 2 gehaltert werden und die Ausdehnung der Elektroheizkoerper in die an den Rohrboden angeflanschte Ausdehnungskammer 4 gewaehrleistet wird, an welche sich die Kammer zur Abscheidung von Verunreinigung und Ausdehnung 5 anschliesst, in bekannter Weise ein Stutzen fuer den Schwimmerschalter, Entleerungs- und Entlueftungsstutzen, ein Messstutzen fuer den Temperaturfuehler in einer Kammer zur Abfuehrung des Mediums 6, eine Kammer fuer Elektroanschluesse 7 erforderlich sind. Es ist auch moeglich, zwei Rohrbuendelwaermeuebertrager zu koppeln. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen als Durchlauferhitzer betriebenen elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertrager, für den Wärmeaustausch zweier Medien, der in einem Apparat Heizer, Kühler und Absetzkammer vereinigt.

Er kann in Hochtemperaturanlagen, die z. B. in der pharmazeutischen oder chemischen Industrie zur Verfahrensführung benötigt werden, oder als Durchlauferhitzer in Heizungsanlagen sowie auch als Sterilisator für kontinuierlichen Betrieb Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß in der Technik viel häufiger die indirekte Wärmeübertragung, bei-der Erzeuger und Verbraucher räumlich voneinander getrennt liegen, angewendet wird als die direkte.

In bekannten Anlagen werden Wärmeträgerin Bädern mit Hilfe von Heizstäben (Rundrohrheizkörpern, Heizpatronen u.a.) erhitzt, wobei aber nicht so gute Wärmeübertragungsverhältnisse wie in solchen Wärmeübertragern erreicht werden, die als Durchlauferhitzer ausgelegt sind. Für eine effektive Kühlung ist eine verhältnismäßig große Kühlfläche erforderlich, die bei Bädern nicht realisiert werden kann, so daß dann nur eine Außenkühlung (im seperaten Kühler) in Frage kommt. In der Technik werden als Durchlauferhitzer konstruierte Wärmeübertrager, insbesondere Rohrbündelwärmeübertrager, in denen der Wärmeaustausch zweier meist flüssiger Medien erfolgt, bevorzugt angewendet. Neben den bekannten Rohrbündelwärmeübertragern wurde ein Wärmeübertrager nach DD-WP 21259 beschrieben, der durch abnehmbare Umlenkkappen eine leichtere Zugänglichkeit zwecks Teilreinigungen der Rohrbündel ermöglichen soll. Unklar ist, wie nach Einbringung der Rohrbogen und ihrer Verbindung mit dem Rohrboden dann noch die beschriebene Rohrverbindung, die wie die Rohrbogen ebenfalls je zwei Elemente verbinden soll, zu erfolgen hat, da eine Zugänglichkeit für den Einbau der Rohrverbindung nicht erkennbar ist.

Im DD-WP 94643 ist die Konstruktion des Schwimmkopfes beschrieben.

Der in der DE-OS 2 325324 gezeigte Röhrenwärmeaustauscher soll Bewegungen des Heizkopfes eines Heißgasmotors erlauben, ohne daß wesentliche Spannungen hervorgerufen werden. In dieser OS wird derteilweise Abbau derthermischen Spannungen durch elastische Verformung der Röhren, die bei niedrigerTemperatur ihre ursprüngliche Form zurückgewinnen, beschrieben.

In der DE-OS 2 617 400 wird ein Wärmetauscher für die Tieftemperaturtechnik oder für Urananreicherungsanlagen gezeigt. Nicht erkennbar ist bei diesem Wärmetauscher, wie der Dichtring zur Aufnahme der „Thermischen Bewegungen" eingebracht und wie verhindert werden soll, daß er aus dem Tunnel gedrückt wird, wodurch dann die Abdichtung zum Rohrboden nicht gewährleistet

Die DE-OS 2611397 zeigt eine Möglichkeit der Aufnahme von thermischen Bewegungen der Wärmetauscherrohre, die an ihren Enden zu Rechtecken verformt sind, durch an den Enden der Wärmetauscherrohre beigelegte Manschetten.

Die DE-OS 2517693 zeigt einen als Längsgegenstromapparat ausgebildeten Wärmetauscher.

Die DE-AS 1105894 zeigt einen Wärmetauscher mit im Block vergossenen Wärmetauscherrohren, wodurch nur die beidseitig aus dem Block ragenden Enden der Wärmetauscherrohre für den Wärmeaustausch genutzt werden und die sonst bei bekannten Wärmeaustauschern angestrebte große Wärmeübertragungsfläche auf kleinem Raum keinesfalls realisiert werden kann. Der gezeigte Wärmetauscher hat sehr unzureichende konstruktionsbedingte Wärmeübertragungsverhältnisse.

Die DE-OS 1230447 zeigt die Kompensation der durch thermische Belastung entstandenen Längenänderung der Wärmetauscherrohre mittels elastisch verformbarem Dehnungskörper. Der dargestellte Wärmeübertrager ist für die Anwendung in der Praxis nicht gut geeignet, da das Rohrbündel weder demontierbar ist noch die äußeren Mantelflächen der Wärmetauscherrohre zwecks Reinigung zugänglich sind

Alle hier genannten Wärmeübertrager weisen keine direkte Beziehung zu der vorgeschlagenen Konstruktion eines elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertrages auf. Sie sind nicht elektrisch beheizbar, zeigen in den Bauformen als Rohrbündelwärmeübertrager z.T. keinen perfekten Abbau von Wärmespannungen und sind zudem nicht so vielseitig in ihrer Anwendbarkeit wie der erfindungsgemäße, elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es einen elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertrager für den Wärmeaustausch zweier Medien, der als Durchlauferhitzer arbeitet, wie bekannte Rohrbündelwärmeübertrager gekühlt wird, die Abscheidung von Verunreinigungen aus dem Wärmetrager gestattet und außerdem bei Bedarf auch die Funktion des Ausdehnungsgefäßes in einer Apparatur gewährleistet, zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bekannte Wärmeübertrager sind in ihrer Anwendung meist nur für ganz spezielle Einsatzgebiete vorgesehen. Sie weisen damit eine geringe Anwendungsbreite auf, so daß der Einsatz auf anderen Gebieten oft zusätzliche Entwicklungsarbeiten notwendig macht. Der in der DE-AS 1230447 beschriebene Rohrbündelwärmeübertrager mit Dehnungskörper ist nur im Detail des Dehnungskörpers funktionstüchtig, da das Rohrbündel nicht ordnungsgemäß demontiert werden kann.

DE-AS 1105894 zeigt, daß die Wärmeübertragungsfläche wesentlich zu Ungunsten einer effektiven Wärmeübertragung reduziert ist. Die in DD-WP 21259 und in DE-OS 2617400 beschriebenen Wärmeübertrager weisen erhebliche konstruktive Mängel auf, so daß deren Aufbau und Instandhaltung nur schwierig bewerkstelligt werden kann.

Die im Stand der Technik beschriebenen Wärmeübertrager können nicht elektrisch betrieben werden. Es wurde gefunden, daß ein elektrisch beheizter Rohrbündelwärmeübertrager für den Wärmetausch zweier Medien dadurch charakterisiert ist, daß Elektroheizkörper 1 in die Wärmetauscherrohre hineintragen und so an einer Trennwand 3 befestigt werden, daß sie sich in den Mittelachsen der Wärmetauscherrohre befinden und diese nicht berühren, dabei die Elektroheizkörper 1 zusätzlich durch Stützringe 2 gehaltert werden, wodurch die Ausdehnung in die an den Rohrboden angeflanschte Ausdehnungskammer 4 gewährleistet wird. Der Rohrboden wird in bekannter Weise mit Hilfe einer Dichtung und einer Brille gegen den Apparateflansch abgedichtet. Dies ist in Figur 1 nicht erkennbar. An Ausdehnungskammer 4 schließt sich die Kammer zur Abscheidung von Verunreinigungen und Ausdehnung 5 an, die mit einem Stutzen für den Schwimmerschalter, einem Entleerungs- und Entlüftüngsstutzen sowie Meßstutzen für den Temperaturfühler versehen ist. An Kammer zur Abführung des Mediums 6 schließt sich Kammer für Elektroanschlüsse 7 an.

Die gefundene konstruktive Lösung für den elektrisch beheizten Rohrbündelübertrager gestattet außerdem die Kopplung mit einem zweiten Rohrbündelwärmeübertrager nach Figur 2 gleicher Bauart bei durch beide Rohrbündelwärmeübertrager gemeinsam genutzter Kammer für die Abscheidung von Verunreinigungen und Ausdehnung 5 sowie gemeinsamer Nutzung der Sicherheitstechnik, bestehend aus Schwimmerschalter und zusätzlichem Temperaturfühler. Eine Vergrößerung oder Verringerung der Leistung des in Figur 1 gezeigten Rohrbündelwärmeübertragers ist durch Variation der Baugröße, des Einbaues' von Heizkörpern unterschiedlicher Heizleistung, der stufenweisen Zu- oder Abschaltung der Elektroheizkörper und durch Veränderung des Durchsatzes des Wärmeträgers gegeben.

In Funktion wird das zu erhitzende oder abzukühlende Medium durch Kammer 5 zur Abscheidung von Verunreinigungen und Ausdehnung und durch die Ausdehnungskammer 4 sowie das sich anschließende Rohrbündel geleitet. Im Rohrbündel wird das Medium durch Elektroheizkörper 1, die an der Trennwand 3 befestigt und durch Stützringe 2 zusätzlich gehaltert sind, erhitzt.

Danach verläßt das Medium über die Kammer zur Abführung des Mediums 6 den Wärmeübertrager. Durch die Kammer für Elektroanschlüsse 7 erfolgt die Energieversorgung der Elektroheizkörper 1.

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen sind wie folgt gekennzeichnet:

Der elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager entspricht den Regeln der Technik, speziell des Apparatebaues, der Schweiß-und der Elektrotechnik.

Gefunden durch Variantenvergleiche konnte ein sehr variabel anwendbarer Rohrbündelwärmeübertrager entwickelt werden, der neben der elektrischen Beheizung die Kühlung, Abscheidung von Verunreinigungen aus den Wärmeträgermedium und bei Bedarf auch die Ausdehnung eines flüssigen Wärmeträgermediums in einem Apparat realisiert. Damit wird z. B. für Hochtemperatur- oder Sterilisieranlagen im kontinuierlichen Betrieb, für die der elektrische Rohrbündelwärmeübertrager entwickelt wurde ein vielseitig anwendbarer und den Sicherheitsbestimmungen entsprechender Apparat eingesetzt, der nicht nur vorwiegend aus genormten Bauteilen kostengünstig hergestellt werden kann, sondern gleichzeitig die vorgenannten Nachteile bekannter Anlagen und Wärmeübertrager beseitigt.

Der erfindungsgemäße elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager kann kostengünstig in Serie und den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Baugröße produziert werden.

Die verhältnismäßig geringen Abmessungen des Wärmeübertragers sind ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber anderen Wärmeübertragern.

Durch die mehrfache Funktion des elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertragers als Heizer, Kühler, Abscheider und Ausdehnungsgefäß wird der sonst für andere in Hochtemperatur- oder Heizungsanlagen eingesetzte notwendige Aufwand für die zur Verbindung der seperaten Kühler, Ausdehnungsgefäße notwendigen Rohrleitungen wesentlich.reduziert. Dadurch können wesentlich billigere und weniger störanfällige Hochtemperatur- und Heizungsanlagen aufgebaut werden.

Örtliche Überhitzungen der Elektroheizkörper werden durch die Sicherheitstechnik und dadurch vermieden, daß ihr Einbau die uneingeschränkte lineare Ausdehnung gewährleistet und alle wärmeabgebenden Flächen der Elektroheizkörper ständig vom Medium umströmt werden.

Die Elektroanschlüsse sind gut zugänglich, gegen Berührung durch einen Berührungsschutz abgeschirmt und dennoch ausreichend belüftet, wodurch eine unerwünschte Temperaturbelastung der Kabel vermieden wird.

Ein leichter Ein- und Ausbau aller auswechselbaren Bauteile ist gewährleistet.

Bei Realisierung der Sicherheitstechnik und vorschriftsgemäßem Betrieb des elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertragers ist ein geringer Reperatur- und Wartungsaufwand und damit die Erreichung niedriger laufender Betriebskosten gegeben.

Je nach Aufbau der Hochtemperaturanlage kann der elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager unter Druck oder drucklos (mit seperatem Ausdehnungsgefäß) gefahren werden.

Durch die hohe spezifische Heizflächenbelastung der verwendeten Elektroheizkörper ist auf kleinem Raum ein großer Energieeintrag gewährleistet.

Die Zwangsumwälzung des Wärmeträgermediums mittels Pumpe ermöglicht eine wirtschaftliche Wärmeübertragung.

Eine eindeutige Trennung des Wärmeträgermediums vom Kühlmedium gestattet dem Nutzer eine freie Wahl des Wärmeträgers oder Kühlmediums, wodurch er auch die Wärmeübertragungsverhältnisse variieren kann.

Der Energieeintrag kann durch Zu- und Abschaltung der Elektroheizkörper einzeln und in Gruppen in gewünschter Abstufung verändert werden.

Ein elektrisch beheizter Rohrbündelwärmeübertrager läßt sich als Sterilisierapparat für kontinuierlichen Betrieb vorteilhaft einsetzen.

Der Nutzer des elektrisch beheizten Rohrbündelübertragers kann die Vorteile eines so variabel einsetzbaren Apparats vielseitig nutzen ohne aufwendige Sonderkonstruktionen zu verwenden, die spezielle Einsatzgebiete oft erfordern.

Die Erfindung soll an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert werden:

Beispiel 1

In Figur 1 ist der Aufbau des elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertragers dargestellt.

Elektroheizkörper 1 werden durch die Wärmetauscherrohre geführt, durch Stützringe 2 gehalten und an einer Trennwand 3 befestigt, wobei die Ausdehnung der Elektroheizkörper 1 in die Ausdehnungskammer 4 erfolgt, an welche sich die Kammer zur Abscheidung von Verunreinigungen und Ausdehnung 5 anschließt.

Nach Figur 1 ermöglicht die festgelegte Anzahl der Stutzen und die Anordnung der Ausdehnungskammer 4, Kammer zur Abscheidung und Ausdehnung 5 und Kammer für Elektroanschlüsse 6 die vielseitige Anwendung des elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertragers als Heizer, Kühler, Abscheider und Ausdehnungsgefäß.

Die Stutzen sind für den Ein- bzw. Austritt des Wärmeträgermediums, sowie für den Ein- und Austritt des Kühlmediums vorgesehen. In der Kammerzur Abscheidung und Ausdehnung 5 ist der Stutzen für den Schwimmerschalter, in derKammerzur Abführung des Mediums 6 der Meßstutzen für den Temperaturfühler vorgesehen. Alle anderen Stutzen sind für die Entlüftung oder Entleerung der Kammern nötig. Die sich an die Kammerzur Abführung des Mediums 6 anschließende Kammer für Elektroanschlüsse 7 wird nur mit einem abnehmbaren Lochblech oder Maschensiebgewebe verschlossen, wodurch die Belüftung der Kabelanschlüsse und der Berührungsschutz gewährleistet sind. Bei Entfernung des Maschensiebgewebes ist eine gute Zugänglichkeit zu den Anschlüssen gegeben.

Beispiel 2

In Figur 2 ist der elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager mit einem weiteren gleicher Bauart gekoppelt, wobei die Kammerzur Abscheidung und Ausdehnung 5 von beiden elektrisch beheizten Rohrbündelübertragern benutzt wird. Dabei ist zu beachten, daß die Kammer zur Abscheidung und Ausdehnung 5 zusätzlich einen Meßstutzen für den Temperaturfühler erhalten muß.

Beispiel 3

Unter Beibehaltung des Aufbaues eines elektrisch beheizten Rohrbündelwärmeübertragers nach Figur 1 kann dieser als Durchlauferhitzer in Pumpenheizungs-, Sterilisations- oder Hochtemperaturanlagen eingesetzt werden.

Claims (2)

1. Elektrisch beheizter Rohrbündelwärmeübertrager für den Wärmeaustausch zweier Medien, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroheizkörper (1) in die Wärmetauscherrohre hineinragen und so an einerTrennwand (3) befestigtwerden, daß sie sich in den Mittelachsen der Wärmetauscherrohre befinden und diese nicht berühren, dabei die Elektroheizkörper (1) zusätzlich durch Stützringe (2) gehaltert werden, und die Ausdehnung der Elektroheizkörper (1) in die an den Rohrboden angeflanschte Ausdehnungskammer (4) gewährleistet wird, an welche sich die Kammer zur Abscheidung von Verunreinigung und Ausdehnung (5) anschließt, in bekannter Weise ein Stutzen für den Schwimmerschalter, Entleerungs- und Entlüftungsstutzen, ein Meßstutzen für den Temperaturfühler in einer Kammer zur Abführung des Mediums (6) eine Kammer für Elektroanschlüsse (7) erforderlich sind und auch zwei Rohrbündelwärmeübertrager gekoppelt werden können.

2. Elektrisch beheizter Rohrbündelwärmeübertrager nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gemeinsamer Nutzung der Kammer zur Abscheidung von Verunreinigungen und Ausdehnung (5), zwei elektrisch beheizte Rohrbündelwärmeübertrager gekoppelt sind.