DD291828A5 - Rohrbuendelwaermeuebertrager mit quer- bzw. spiralberippten austauschrohren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrbuendelwaermeuebertrager mit quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren fuer Waermeaustauschprozesse Gas-Fluessigkeit, bei dem der Mantelraum mittels Quer- bzw. Spiralstromgassen unterteilt und dabei radiale Gasein- und/oder Gasaustrittsstutzen im Gehaeusemantel fuer die Ein- bzw. Austrittskammer vorgesehen sind. Erfindungsgemaesz ist vorgesehen, dasz im Bereich des Gasein- und/oder Gasaustrittsstutzens, annaehernd der Breite der Ein- bzw. Austrittskammer entsprechend, eines oder mehrere der berippten Austauschrohre nur als Kernrohr ohne Berippung dieses bzw. dieser Austauschrohre vorzugsweise noch den Durchtritt durch die angrenzende Quer- oder Spiralwand der Ein- bzw. Austrittskammer erfaszt. Fig. 1{Rohrbuendelwaermeuebertrager; Ringstromwaermeuebertrager; Stroemungsgaenge; Waermeaustauschprozesse; Austauschrohre; Eintrittskammer; Austrittskammer; Berippung; Kernrohr; Ringstromgassen; Spiralstromgassen}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrbündelwärmeübertrager mit quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren für Wärmeaustauschprozesse Gas-Flüssigkeit, bei dem der Mantelraum mittels Quer- bzw. Spiraiwänden in berohrte Strömungsgänge, wie Ringsirom- bzw. Spiralstromgassen unterteilt ist und dabei radiale Gasein- und/oder Gasaustrittsstutzen im Gehäusemantel für die Eintritts- bzw. Austrittskammer vorgesehen sind.

Diese RohrbünrJelwärmeübertrager finden für vielfältige Abwärmeprozesse des chemischen Anlagenbaues sowie der Energietechnil· Anwendung, im besonderen jedoch für Gasverdichteranlagen zur Rückgewinnung der Kompressionswärme oder bei großtechnischen Absorptionskälteanlagen zur Kälterückgewinnung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach der DD-PS 239853 ist ein Wärmeübertrager mit Zentralrohr bekannt, der berohrte Ringbahnstufen aufweist die durch ringscheibenförmige Trennwände im Ringraum gebildet sind, wobei die mantelseitige Mediumein- bzw. -ableitung über im Gehäusemantel angeordnete radiale Ein- bzw. Austrittsstutzen erfolgt. Die Überleitung des Mantelraummediums von Ringscheibe zu Ringscheibe erfolgt dabei durch Schrägströmkammern, die durch im Zentralrohr angeordnete parallele Schrägbleche begrenzt sind.

Diese Wärmeübertrager weisen den Nachteil auf, daß in der Eintritts- und Austrittskammer keine optimale gleichmäßige Strömungsbeaufschlagung über die Kammerbreite für die nuer- bzw. spiralberippten Austauschrohre gegeben ist, da die Querberippung die axiale Ausbreitung des Gasstromes auf die gesamte Kammerbreite verhindert und selbst bei schmalen Kammern infolge des kreisförmigen Querschnittes zwangsläufig in der Mitte der größte Strömungsfluß vorliegt, wobei die Randbereiche strömungsmäßig vernachlässigt sind. Dadurch sinkt der Wärmeaustauscheffekt infoi.ie Bildung von nicht effektiv beströmten Bereichen, der in Größenordnungen bis zu 10% betragen kann. Darüber hinaus kommt es sowohl beim Eintritt als auch beim Austritt durch die Verstellung infolge Querberippung zu ungewollten Rückstaueffekten, die den Druckverlust des Apparates erhöhen und damit die Energiebilanz des Apparates ungünstig beeinflussen.

Weiterhin ist nach der DD-PS 207757 eine Vorrichtung zur Erzeugung einer schraubenförmig verlaufenden Strömung bei Wärmetauschern bekannt, bei der eine durch spezielle Leiteinrichtungen geschaffene spiralförmige Gasse mittels radialer Stutzen im Gehäusemantel beströmt wird.

Bei dieser Ausführung werden die o.g. Nachteile in vollem Umfang ebenfalls wirksa'm.

Darüber hinaus ist es bekannt, speziell bei Rippenrohrbündeln mit alternierender Querleitblechanordnung, z. B. nach DD-PS 248418, die Rohrbündel streifenförmig mittig im Gehäusemantel mit oberen und unteren unberührten Bereichen auszuführen.

Diese Lösung vermeidet zwar in den Ein- und Austrittsbereichen Rückstaueffekte und gewährleistet hier auch eine volle Medienbeaufschlagung der Austauschrohre in der axialen Kammerweite, jedoch ist in diesen Apparaten zwangsläufig nur eine geringe Austauschfläche anzuordnen, was den Ko^- .!,iheitsgrad erheblich reduziert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Rohrbündelwärmeübertrager mit quer- bzw. spiralberippten Austruschrohren für Wärmeaustauschprozesse Gas-Flüssigkeit mti Ringstrom- bzw. Spiralstromgassen und radialen Zu- bzw. Abführungsstutzen an Gehäusemantel zu schaffen, der hohe Wärmeaustauscheffekte, niedrigen Eigenenergieverbrauch des Apparates und einen großen Kompaktheitsgrad und damit geringen Platzbedarf in der Anlage gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, einen Rohrbündelwärmeübertrager mit quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren für Wärmeaustauschprozesse Gas-Flüssigkeit, bei dem der Mantelraum mittels Quor- bzw. Spiralwänden in berohrte Strömungsgänge wie Ringstrom- bzw. Spiralstromgassen unterteilt ist und radiale Gasein- und/oder Gasaustrittsstutzen im Gehäusemantel für die Eintritts- bzw. Austrittskammern vorgesehen sind, zu schaffen und dabei eine optimale Beströmung der Austauschrohre in der Eintritts- bzw. Austrittskammer gewährleisten, sowie geringe Druckverluste durch Vermeidung von Rückstaueffekten in der Eintritts- bzw. Austrittskammer erreicht und dabei eine große Austauschfläche d. h. viele Austauschrohre im Apparategehäuse unterbringt, so daß die Apparate kompakt ausgebildet sind. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich des Gasein- und/oder des Gasaustrittsstutzens, annähernd der Breite der Ein- bzw. Austrittskammer entsprechend, eines oder mehrere der berippten Austauschrohre nur als Kernrohr ohne Berippung ausgeführt ist bzw. sind, wobei die verblf ibende Berippung dieses bzw. dieser Austauschrohre vorzugsweise noch den Durchtritt durch die angrenzende Quer- oder Spiralwand der Ein- bzw. Austrittskammer erfaßt. Die Vorteile der Erfindung sind in folgenden Haupteffekten begründet:

- höhere Wärmeaustauscheffekte durch optimale Beströmung der Eintritts- bzw. Austrittskammer in Größenordnungen bis zu 10% Steigerung.

- Senkung des Druckverlustes durch Vermeidung der Rückstaueffekte in der Eintritts- bzw. Austrittskammer.

- Erzielung hoher Wärmeaustauschleistung durch Gewährleistung großer Wärrrieaustauschflächen bei kompakten Apparaten mit geringem Platzbedarf in der Anlage.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeübertrager im Querschnitt

Fig.2: Schnitt A-A nach Fig. 1

Fig.3: Schnitt B-B nach Fig. 1

Fig.4: Schnitt C-C nach Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Rohrbündelwärmeübertrager nach Fig. 1 ist mit Schwimmkopf 1, fluidseitiger Vorkammer 2, einem Rohrbündel 3, bestückt mit axial quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren 4 in einem vollberohrten Ringraum 5 um ein beiderseitig geschlossenes Zentralrohr 6 ausgeführt. Im Ringraum 5 sind ringscheibenförmige Querwände 7 zur Unterteilung in vier Ringbahnkammern 8 angeordnet.

Im Gehäusemantel 9 ist einerseits der radiale Gaszuleitungsstutzen 10 an der Eintrittskammer 11 und andererseits der radiale Gasableitungsstutzen 12 an der Austrittskammer 13 angeordnet. Im Bereich des Gaszu- bzw. Gasableitungsstutzen 10,12 sind annäherend der Breite der Eintritts- und Austrittskammer 11,13 entsprechend mehrere axial quer- bzw. spiralberippte Austauschrohre 4 ohne Berippung 14 als Kernrohr 15 ausgebildet. In der Eintrittskammer 11 nach Fig. 2 betrifft das sechs Austauschrohre 4, in der Austrittskammer 13 nach Fig.4 sind zwei Austauschrohre 4 ohne Berippung 14 ausgeführt. Die verbleibende Berippung 14 dieser Austauschrohre 4 durchragt dabei den Durchtritt 16 in der Querwand 7 zur Eintritts- bzw. Austrittskammer 11,13.

Die Fig.3 zeigt eine mittlere Ringbahnkammer 8 im Überstrombereich Im Betrieb wird über dor. Gaszuleitungsstutzen 10 der Gasstrom in die Eintrittskammer 11 geleitet, wo er sich voll über die Kammerbreite von Rohrboden 1 / zur Querwand 7 axial ausbreitet und die quer- bzw. spiralberippten Austauschrohre 4 bei der parallelen Ringbahnpassierung in vollem Umfang beströmt.

Der Gasstrom tritt dann in das Zentralrohr 6 radial ein, strömt axial zur nächsten Ringbahnkammer 8, verläßt das Zentralrohr 6 und beströmt in vollem Umfang die Austauschrohre 4 in dieser Ringbahnkammer 8. Nach Passierung der weiteren

Ringbahnkammern 8 und Übertritt in die Gasaustrittskammer 13 passiert der Gasstrom diese Austrittskammer 13 bis zum Ende der berippten Austauschrohre 4 und strömt dann vom Rohrboden 17 und der Querwand 7 in der freien Gasse der Kernrohre 15 axial aufeinander zu und verläßt den Apparat über den radialen Gasableitungsstutzen 12.

Bei pulsierender Gaszuführung z. B. im Rahmen von Gaskühlern bei Verdichteranlagen, sollten, wie es im Ausführungsbeispiel gezeigt wird, in der Eintrittskammer 11 zur Glättung des Gasstromes mehr Austauschrohre 4 ohne Berippung 14 ausgeführt werden als in der Austrittskammer 13.

Zur Gewährleistung des Auswechselns von Austauschrohren 4, unabhängig nach welcher Seite des Rohrbündels 3 - zum Schwimmkopf 1 bzw. zur Vorkammer 2 hin-erfaßt die verbleibende Berippung 14 noch den Durchtritt 16 durch die Querwand 7 der Eintritts- bzw. Austrittskammer 11,13. Bei Absicherung der Austauschbarkeit von Austauschrohren 4 in die der fehlenden Berippung 14 entgegengesetzte Richtung ist es auch möglich, den Durchtritt 16 in der Querwand 7 der Eintritts- bzw. Austrittskammer 11,13 auf den Durchmesser des Kernrohres 15 zu beschränken.

Claims (2)

1. Rohrbündelwärmeübertrager mit quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren für Wärmeaustauschprozesse Gas-Flüssigkeit, bei dem der Mantelraum mittels Quer- oder Spiralwänden in berohrte Strömungsgänge unterteilt ist und radiale Gasein- und/oder Gasaustrittsstutzen im Gehäusemantel vorgesehen sind, wobei gegebenenfalls ein mindestens einseitig verschlossenes Zentralrohr mit darin angeoroneten Gasübertritten zwischen den Strömungsgängen oder ein zentraler Kernkörper vorgesehen ist und die Strömunysgassen als Ringstrom- oder Spiralstromgassen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Gasein- und/oder des Gasaustrittsstutzens (10,12), annähernd der Breite der Ein- bzw. Austrittskammer (11,13) entsprechend, eines oder mehrere der berippten Austauschrohre (4) nur als Kernrohr (15) ohne Berippung (14) ausgeführt ist bzw. sind, wobei die verbleibende Berippung (14) dieses bzw. dieser Austauschrohre (4) vorzugsweise noch den Durchtritt (16) durch die angrenzende Quer- oder Spiralwand (7) der Ein- bzw. Austrittskammer (11,13) erfaßt.

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