[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizten Zwischenüberhitzer,
mit einem senkrecht zwischen einer oberen Verteil- und einer unteren Sammelkammer
angeordneten, gleichsinnig durchströmten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgas
enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von
aussen beaufschlagende Medium erwärmt.
[0002] Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der FR-A 2 274 121 bekannt. Da das aufzuwärmende
Medium, insbesondere überhitzter Dampf, die aussenliegenden Rohre des senkrecht stehenden
Rohrbündels zuerst erreicht und damit stärker beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels
liegenden Rohre, ist die Kondensationswirkung des Dampfes im Rohrbündelkern geringer
als in den Randgebieten. Dies führt dazu, dass am Ende der Kernrohre unter bestimmten
Arbeitsbedingungen noch Restdampf austritt. Dieser Restdampf hat die Tendenz, in die
Rohre des Randbereiches zurückzuströmen, da diese Rohre einer grösseren Temperaturdifferenz
ausgesetzt sind und damit eine Saugwirkung auf den aus den Kernrohren austretenden
Restdampf ausüben.
[0003] Eine derartige Rückströmung von Restdampf, der aus dem unteren Ende der Kernrohre
des Rohrbündels austritt, ist unerwünscht, weil die Rückströmung nicht nur der Strömungsrichtung
des Kondensats in den Aussenrohren des Rohrbündels entgegenwirkt und Kondensatpfropfen
bilden kann, sondern auch im Dampf enthaltenes Inertgas zurückhält, das nicht kondensierbar
ist und in den Rohren des Randbereiches auf diese Weise Inertgaspfropfen bildet, die
im Extremfall eine grosse Kondensationsfläche blockieren und zu einem mit der Zeit
zunehmenden Leistungsabfall des Wärmetauschers führen.
[0004] Um diese bekannten Nachteile zu verhindern, wurden bereits Einbauten in die Rohre
des Wärmetauschers vorgeschlagen, die durch eine unterschiedliche Drosselwirkung eine
Vergleichmässigung bei der Verteilung des zu kondensierenden Dampfes bewirken sollen.
Neben einem grossen technischen Aufwand haben diese Massnahmen den Nachteil, dass
sie störanfällig sind, nur für einen bestimmten Lastfall optimal ausgelegt werden
können und durch den unvermeidbaren Druckverlust einen generellen Leistungsabfall
des Wärmetauschers zur Folge haben.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der beschriebenen
Art eine Rückströmung des Restdampfes mit einfachen technischen Mitteln und ohne eine
Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades zu verhindern.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich liegenden Rohre des Rohrbündels
durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in
eine Kondensat-Sammelwanne hineinragen, die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden
Kondensatüberlauf versehen ist.
[0007] Durch das Hineinragen jedes einzelnen rückströmungsgefährdeten Rohres in die Kondensat-Sammelwanne,
die wegen des oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensat-Überlaufs im Betrieb des
Wärmetauschers mit Kondensat gefüllt ist, wird ein Abschluss jedes rückströmungsgefährdeten
Rohres erreicht, so dass austretender Restdampf nicht in andere Rohre des gleichen
Rohrbündels zurückströmen und dort zu den beschriebenen Funktionsstörungen führen
kann. Insbesondere bei dem aus der FR-A 2 274 121 bekannten Wärmetauscher, bei dem
alle Rohre von dem wärmeabgebenden Medium in gleicher Richtung durchströmt werden,
sind die zur Verhinderung der Rückströmung einzusetzenden Mittel einfach, da es lediglich
erforderlich ist, bei neuen Wärmetauschern die Rohre des Rohrbündels länger auszubilden
und durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchzuführen bzw. bei nachträglichen
Umbauten an die vorhandenen Rohre Rohrstücke anzusetzen, die bis in die Kondensat-Sammelwanne
hinabreichen. Bei der Kondensat-Sammelwanne handet es sich um ein einfaches Bauteil,
das ohne Schwierigkeiten in der Sammelkammer des Rohrbündels untergebracht werden
kann, so dass sich auch insoweit der technische Aufwand für den erfindungsgemässen
Vorschlag in Grenzen hält.
[0008] Zwar ist aus der US-A 4 166 497 ein Wärmetauscher bekannt, dessen U-förmige, liegend
angeordnete Rohrbündel gemeinsam in einen Sammeltopf ragen, der über einen Stutzen
in eine Kondensatwanne hinabreicht, jedoch wird auf diese Weise nur ein Dampfaustausch
zwischen den beiden, den jeweiligen Rohrenden zugeordneten Sammelkammern verhindert.
Diese Dampfsperre ist notwendig, da das aus den Rohrenden in den Sammeltopf austretende
Gemisch von Dampf und Kondensat aufgetrennt werden muss, wobei das Kondensat den Wärmetauscher
über einen Abflussstutzen verlassen soll, der sich jedoch in der anderen Kammer befindet.
Die aus dem Stutzen und der Kondensatwanne gebildete Dampfsperre verhindert daher
einen Dampfaustausch zwischen den Kammern, in die die Rohrbündel münden. Hinweise
auf den mit der Erfindung beschrittenen Lösungsweg lassen sich der US-A 4 166 497
nicht entnehmen, da bei den gemeinsam in den Sammeltopf einmündenden Rohren ein Zurückströmen
von Restdampf in solche Rohre, die einer grösseren Temperaturdifferenz ausgesetzt
sind und damit eine Saugwirkung auf den Restdampf ausüben, nicht verhindert wird.
Deshalb ist auch bei diesem bekannten Wärmetauscher die Bildung von Inertgaspfropfen,
die im Extremfall eine grosse Kondensationsfläche blockieren können, nicht auszuschliessen.
[0009] Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Kondensat-Sammelwanne ringförmig
ausgebildet und ihr Kondensatüberlauf im Bereich der Kernrohre des Rohrbündels angeordnet.
Die erfindungsgemässen Massnahmen werden somit auf einfache Weise auf die rückströmungsgefährdeten
Rohre des Rohrbündels beschränkt.
[0010] Um die Bildung eines Wasserschleiers beim Verlassen des Kondensats über den Kondensatüberlauf
der Sammelwanne zu vermeiden, der das Abziehen der Inertgase erschweren würde, wird
mit der Erfindung schliesslich vorgeschlagen, den Rand des Kondensatüberlaufs gezackt
auszubilden. Hierdurch entstehen Kondensatsträhnen, die eine zuverlässige Absaugung
der Inertgase nicht behindern.
[0011] Mit der Erfindung wird insgesamt die Weiterbildung eines bekannten Wärmetauschers
geschaffen, welche die Möglichkeit einer Rückströmung von aus den Kernrohren des Rohrbündels
austretendem Restdampf in die Rohre des Randbereiches zuverlässig verhindert, so dass
sich in diesen Randbereichsrohren keine Inertgase ansammeln können, wodurch zugleich
eine Blockierung von Kondensationsflächen verhindert und ein mit der Zeit zunehmender
Leistungsabfall des Wärmetauschers vermieden wird.
[0012] Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmetauschers
in einem Längsschnitt dargestellt.
[0013] Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen stehenden dampfbeheizten Zwischenüberhitzer,
der ein Bündel aus senkrecht verlaufenden Rohren 1 für das wärmeabgebende Medium,
nämlich den Dampf umfasst. Am oberen Ende sind diese Rohre 1 an eine Verteilkammer
2 angeschlossen, am unteren Ende an eine Sammelkammer 3. Der Inertgas enthaltende
Dampf wird der Verteilkammer 2 durch einen Stutzen 4 zugeführt. Das durch Wärmeabgabe
in den Rohren 1 entstehende Kondensat gelangt in die Sammelkammer 3, aus der es durch
einen Abfluss 5 abgezogen wird.
[0014] Das aus den Rohren 1 gebildete Rohrbündel ist von einem Gehäusemantel 6 umgeben,
dem beim Ausführungsbeispiel von unten her aufzuwärmender Dampf zugeführt wird, wie
dies die beiden Pfeile in der Zeichnung erkennen lassen. Dieser Dampf beaufschlagt
die Rohre 1 von aussen; der aufgewärmte Dampf verlässt den Gehäusemantel 6 durch einen
Dampfstutzen 7.
[0015] Da der zu überhitzende Dampf die aussenliegenden Rohre 1 a des Rohrbündels stärker
beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre 1 b, ist die Kondensationswirkung
des wärmeabgebenden, durch den Stutzen 4 zugeführten Dampfes in den innenliegenden
Rohren 1 des Rohrbündelkernes geringer als in den aussenliegenden Rohren 1 a. Unter
bestimmten Arbeitsbedingungen kann deshalb aus dem unteren Ende der innenliegenden
Rohre 1 b neben Kondensat Restdampf austreten.
[0016] Um zu verhindern, dass dieser aus den Rohren 1 b austretende Restdampf in die aussenliegenden
Rohre 1 a zurückströmt, sind beim Ausführungsbeispiel diese rückströmungsgefährdeten,
im Randbereich des Rohrbündels liegenden Rohre 1 a durch die Rohrscheibe 3a der Sammelkammer
3 hindurchgeführt. Sie ragen mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne 8 hinein,
die beim Ausführungsbeispiel somit ringförmig ausgeführt ist. In dieser Kondensat-Sammelwanne
8 wird ständig ein solcher Flüssigkeitsstand gehalten, dass durch das vorhandene Kondensat
die einzelnen Enden der Rohre 1 a abgeschlossen sind. Aus den Enden der innenliegenden
Rohre 1 b austretender Restdampf kann somit nicht in die untenliegenden Enden der
aussenliegenden Rohre 1 a eintreten. Der Flüssigkeitsstand wird dadurch gehalten,
dass ein Kondensatüberlauf 9 oberhalb der Enden der Rohre 1 a angeordnet ist. Beim
Ausführungsbeispiel ist der Rand des Kondensatsüberlaufs 9 gezackt ausgebildet. Mit
Hilfe dieses Kondensatüberlaufs 9 gelangt somit das aus den aussenliegenden Rohren
1 a austretende, die Kondensat-Sammelwanne 8 über den Kondensatüberlauf 9 verlassende
Kondensat gemeinsam mit den aus den innenliegenden Rohren 1 b austretenden Kondensat
in die Sammelkammer 3 des Wärmetauschers, aus der es mittels des Abflusses 5 abgezogen
wird.
[0017] Bezugsziffernliste:
1 Rohr
1 a aussenliegendes Rohr
1 b innenliegendes Rohr
2 Verteilkammer
3 Sammelkammer
3a Rohrscheibe
4 Stutzen
5 Abfluss
6 Gehäusemantel
7 Dampfstutzen
8 Kondensat-Sammelwanne
9 Kondensatüberlauf
1. Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizter Zwischenüberhitzer, mit einem senkrecht
zwischen einer oberen Verteil- und einer unteren Sammelkammer angeordneten, gleichsinnig
durchströmten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgas enthaltende Medium, das
in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von aussen beaufschlagende Medium
erwärmt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich
liegenden Rohre (1a) des Rohrbündels (1) durch die Rohrscheibe (3a) der Sammelkammer
(3) hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne (8) hineinragen,
die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlauf (9) versehen ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensat-Sammelwanne
(8) ringförmig ausgebildet ist und ihr Kondensatüberlauf (9) im Bereich der Kernrohre
(1b) des Rohrbündels (1) angeordnet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des
Kondensatüberlaufs (9) gezackt ausgebildet ist.
1. A heat exchanger, more particularly a stream- heated reheater, having a tube bunch
for the heat- yielding medium which contains inert gases, the tube bunch extending
vertically between a top distributing chamber and a bottom collecting chamber, the
tube bunch being flowed through in the same direction, the medium condensing in the
tubes and thus heating the medium operative on the outside of the tubes, characterised
in that at least those tubes (1 a) of the tube bunch (1) which are disposed in the
edge zone and which are at risk from backflow pass through the tube plate (3a) of
the collecting chamber (3) and extend at their end into a condensate collecting sump
(8) which has a condensate overflow (9) disposed above the tube ends.
2. A heat exchanger according to claim 1, characterised in that the condensate sump
(8) is annular and its condensate overflow (9) is disposed near the core tubes (1
b) of the tube bunch (1).
3. A heat exchanger according to claim 1 or 2, characterised in that the edge of the
condensate overflow (9) is jagged.
1. Echangeur de chaleur, en particulier resurchauffeur chauffé par la vapeur, muni
d'un faisceau de tubes disposés verticalement entre une chambre de distribution supérieure
et une chambre de collecte inférieure, ce faisceau de tubes traversant dans le même
sens recevant le milieu contenant un gaz inerte exothermique, qui se condense dans
les tubes et de ce fait réchauffe le milieu venant au contact des tubes par l'extérieur,
caractérisé en ce qu'au moins les tubes ( 1 a) du faisceau de tubes ( 1 ) qui sont
exposés au courant en retour et qui se trouvent dans la zone périphérique, passent
à travers la rondelle tubulaire (3a) de la chambre de collecte (3) et font saillie
par leur extrémité dans une vanne de collecte du condensat (8) qui est munie d'un
trop-plein d'écoulement du condensat (9) disposé au-dessus des extrémités des tubes.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne de
collecte du condensat (8) est en forme d'anneau, et en ce que son trop-plein d'écoulement
du condensat (9) est disposé dans la zone de tubes centraux (1 b) du faisceau de tubes
(1).
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord
de trop-plein d'écoulement du condensat (9) est dentelé.