Rohrboden mit iner Einrichtung zu seiner Kühlung

Abstract

 Bei einer Einrichtung (1) zur Kühlung dickwandiger, im wesentlichen waagerecht angeordneter Bauteile (2), die an den unteren und oberen Flächen von unterschiedlichen Temperaturen und ggf. unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind, insbesondere zur Kühlung der Rohrböden von Wärmetauschern soll eine Lösung geschaffen werden, mit der dickwandige, im wesentlichen waagerecht angeordnete Bauteile (2) durch eine spezielle Gestaltung direkt gekühlt werden können, d. h. mit welcher die Temperatur der «kalten Seite» das Bauteil möglichst weit beaufschlagt. Dies wird dadurch erreicht, daß im Bauteil bzw. Rohrboden (2) von der oberen kälteren Seite (7) zur unteren wärmeren Seite (8) gerichtete, verschlossene Bohrungen (3) vorgesehen sind, und daß in jeder Bohrung (3) ein zur kälteren Seite (7) überstehendes in den Fußbereich der Bohrung hineinragendes Rohr (4) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als derjenige der Bohrung ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zur Kühlung dickwandiger, im wesentlichen waagerecht angeordneter Bauteile, die an den unteren und oberen Flächen von unterschiedlichen Temperaturen und ggf. unterschiedlichen DrÜkken beaufschlagt sind, insbesondere zur Kühlung der Rohrböden von Wärmetauschern.

[0002] Z.B. Rohrböden von Wärmetauschern zwischen EH₃-Konverter verlassendem Kreislaufgas und Wasser sind in der Regel sehr unterschiedlichen Beanspruchungen auf der Kaltseite einerseits und Warmseite andererseits ausgesetzt, so daß schon Vorschläge gemacht worden sind, diese Beanspruchungen dadurch zu reduzieren, daß entweder die beidseitigen Temperaturunterschiede geringer werden oder aber besondere Baumaßnahmen vorgenommen werden, um die Beanspruchungen durch die aggressiven Medien zu reduzieren. Zum Temperaturausgleich beschreibt z.B. die DE-OS 30 22 480 der Anmelderin eine spezielle Kreislaufgasführung. Bei dieser bekannten Lösung werden sehr gute Ergebnisse insbesondere auf dem speziellen Einsatzgebiet erreicht.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der dickwandige, im wesentlichen waagerecht angeordnete Bauteile durch eine spezielle Gestaltung direkt gekühlt werden können, d.h. mit welcher die Temperatur der "kalten Seite" das Bauteil möglichst weit beaufschlagt.

[0004] Mit einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Bauteil bzw. Rohrboden von der oberen kälteren Seite zur unteren wärmeren Seite gerichtete, verschlossene Bohrungen vorgesehen sind, und daß in jeder Bohrung ein zur kälteren Seite überstehendes, in den Fußbereich der Bohrung hineinragendes Rohr vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als derjenige der Bohrung ist.

[0005] Mit der Erfindung wird zum einen erreicht, daß durch die verschlossenen Bohrungen "die kalte" Oberfläche des Bauteiles vergrößert wird. Die in diese Bohrung hineinragenden Rohre kleineren Durchmessers ermöglichen es, wenn sich z.B. Kühlwasser auf der "kalten Seite" des Bauteiles befindet, daß dieses in die Bohrungen eingesogen und durch das nach oben zur kälteren Seite überstehende Rohr wieder ausgestoßen wird, so daß hier eine zusätzliche Kühlung erreicht wird.

[0006] Die verschlossene Bohrung kann nun in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. So sieht die Erfindung nach einer Gestaltung vor, daß die Länge der verschlossenen Bohrung kleiner ist als die Dicke des Bauteiles bzw. des Rohrbodens. D.h. bei der Bohrung kann es sich z.B. um eine sogenannte Sackbohrung handeln oder aber es war eine ursprünglich durchgehende Bohrung, die dann mit einem Stopfen o. dgl. wieder verschlossen wurde.

[0007] Eine andere Gestaltung nach der Frfindung besteht darin, daß die verschlossene Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit einer das Bauteil zur wärmeren Seite hin überragenden Kappe verschlossen ist. Diese letztere Gestaltung ermöglicht es, z.B. Bohrungen über die "heiße" Oberfläche des Bauteiles hinausragend zu gestalten. Befindet sich z.B. auf der heißen Seite Rauchgas, so ermöglicht die in dem Rauchgasstrom hineinragende Kappe, daß bei Wasserkühlung in der Kappe das Wasser verdampft und die Dampfblasen zur kalten Seite hin aufsteigen, so daß ein "Naturumlauf" des Kühlwassers in der verschlossenen Bohrung durch das zentrische Rohr hindurch erfolgt. Dieser Effekt wird allerdings auch bei den anderen Bohrungsgestaltungen erzielt, wenngleich er bei der letzteren Gestaltung besonders vorteilhaft auszunutzen ist.

[0008] Zur günstigeren Führung des Kühlmediums in den verschlossenen Bohrungen sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß die Bohrung im Rohrboden zur kälteren Seite hin mit einem Ring oder Steg verlängert ist und das in der Bohrung angeordnete Rohr diesen Ring überragt.

[0009] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Ein- bzw. Austrittsöffnung des kalten bzw. erhitzten Kühlmediums am eingesetzten Rohr mit Leitelementen versehen ist. Damit kann der Eintritt des Kühlwassers gegenüber dem Austritt des aus der verschlossenen Bohrung randseitig austretenden Dampfes so gelegt werden, daß es zu einem optimalen Durchlaufen von Kühlwasser kommt.

[0010] Wie bereits eingangs angegeben, eignet sich die Erfindung insbesondere zur Kühlung von Rohrböden von Wärmetauschern.

[0011] Die Erfindung richtet sich daher auch auf einen Rohrboden mit einer Vielzahl von Bohrungen zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren, der sich dadurch auszeichnet, daß ein Teil dieser Bohrungen mit einer Kühleinrichtung versehen ist, mit den oben angesprochenen Merkmalen, einzeln oder in Kombination. D.h. bei einem Rohrboden kann z.B. jede vierte Bohrung als Sackbohrung, als Bohrung mit einem Verschlußstopfen oder als Durchgangsbohrung mit einer nach außen überstehenden Kappe jeweils mit dem entsprechenden in die Bohrung hineinragenden Rohr ausgerüstet sein.

[0012] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung an Rohrböden sowie in

Fig. 3 bis 5 Verteilungsbeispiele von Einrichtungen an Rohrböden.

[0013] Bezugnehmend auf Fig. 1 besteht die allgemein mit 1 be-__ zeichnete Einrichtung z.B. an einem Rohrboden 2 eines Wärmetauschers aus einer verschlossenen Bohrung 3, z.B. einer Sackbohrung, und einem in diese verschlossene Bohrung 3 hineinragenden Rohr 4, welches einen kleineren Durchmesser aufweist als die Bohrung 3 selbst. Dadurch ergibt sich ein Ringraum 5.

[0014] Die Bohrung 3 ist mit einem Ring bzw. Steg 6 zu der mit 7 bezeichneten kälteren Seite verlängert. Die wärmere Seite des Bauteiles 2 ist mit 8 bezeichnet.

[0015] Bei der kälteren Seite 7 kann es sich z.B. um Kühlmedium handeln, während die wärmere Seite 8 von Heißgas o. dgl. beaufschlagt sein kann bzw. von durch den Wärmetauscher hindurchgegangenges gekühltes Heißgas, welches die mit 9 bezeichneten Wärmetauscherrohre durchströmt hat.

[0016] Das in die Bohrung 3 hineinragende Rohr 5 überragt selbst ebenfalls zusätzlich noch den Ring 6, wie sich dies aus Fig. 1 ergibt, und ist mit einem Leitelement 10 ausgerüstet, dessen Funktion weiter unten näher beschrieben ist.

[0017] Erkennt man aus Fig. 1, daß die Länge der Bohrung 3 kürzer als die Dicke des Bauteiles 2 ist, so zeichnet sich die Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch aus, daß die Bohrung 3' im Bauteil bzw. Rohrboden 2' als Durchgangsbohrung ausgeführt ist und mit einer Kappe 11 in die wärmere Seite 8' hineinragt.

[0018] Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Kappe 11 als Hülsenelement ausgebldet sein, welches eine solche Länge aufweist, daß es gleichzeitig auch den überragenden Ring 6' zur kälteren Seite 7' hin bildet. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Im übrigen sind die funktionsgleichen Elemente in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wie diejenigen Elemente der Fig. l, lediglich mit einem Strich.

[0019] Am Beispiel der Fig. 2 sei die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben:

Auf der kälteren Seite 7' soll sich Wasser befinden, auf der wärmeren Seite e' Ileißgas mit allerdings noch über der Verdampfungstemperatur von Wasser bei den entsprechenden Drücken liegender Gastemperatur. Das an der Kappe 11 vorbeistreichende Gas erwärmt das im Ringraum 5' befindliche Wasser derart, daß es verdampft und als Dampf den äußeren Pingraum emporsteigt. Dadurch wird in das Rohr 4' von oben, d.h. von der kalten Seite 7, das dort befindliche Wasser eingesogen, es verdampft in der Kappe 11 oder an den Wandbereichen des Rohrbodens 2^- und tritt wiederum als Dampf aus. Damit ergibt sich ein "Naturumlauf" von Kühlwasser in der Einrichtung 1'. Diese Wirkungsweise ist natürlich die gleiche beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Um die Phasen Dampf/Wasser besser zu trennen, sind die Leitelemente 6 bzw. 10 vorgesehen.

[0020] Schließlich zeigen die Fig. 3 bis 5 noch Verteilungsbeispiele der Kühleinrichtungen 1 bzw. 1-. Hier kann ein Teil der Bohrungen 12 für die Wärmetauscherrohre 9 mit einer Einrichtung ausgerüstet sein, wie sie erfindungsgemäß gestaltet ist, d.h. entweder sind derartige Bohrungen als Sackbohrungen oder nachträglich verschlossene Bohrungen ausgebildet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder aber entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gestaltet.

[0021] Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung, wie dies auch in Fig. 2 angedeutet ist, nicht auf eine besondere Gestaltung des zu kühlenden Bauteiles beschränkt. Hier können Beschichtungen gegen aggressive Medien ebenso vorgesehen sein, wie besondere Rohrgestaltungen der heißgasführenden Kühlrohre. Die in dem Raum 8 des in der Regel aggressiven zu kühlenden Gases hineinragenden Kappen 11 können besonders beschichtet sein. Sackbohrungen gemäß Fg. 1 können mit solchen Gestaltungen wechseln, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind u. dgl. mehr. Dies trifft auch für die besondere dargestellte Gestaltung der Dampf- bzw. Wasserleitelemente zu. Diese können auch andere Gestaltungen haben, wesentlich ist lediglich, daß gewährleistet ist, daß das eintretende Kühlwasser nicht vom austretenden Wasserdampf am Eintritt gehindert wird.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Kühlung dickwandiger, im wesentlichen waagerecht angeordneter Bauteile, die an den unteren und oberen Flächen von unterschiedlichen Temperaturen und ggf. unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind, insbesondere zur Kühlung der Rohrböden von Wärmetauschern,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Bauteil bzw. Rohrboden (2) von der oberen kälteren Seite (7) zur unteren wärmeren Seite (8) gerichtete, verschlossene Bohrungen (3) vorgesehen sind, und daß in jeder Bohrung (3) ein zur kälteren Seite (7) überstehendes in den Fußbereich der Bohrung hineinragendes Rohr (4) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als derjenige der Bohrung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge der verschlossenen Bohrung (3) kleiner ist als die Dicke des Bauteils (2) bzw. des Rohrbodens.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die verschlossene Bohrung (3') als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit einer das Bauteil (2') zur wärmeren Seite (8') hin überragenden Kappe (11) verschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bohrung (3 bzw. 3') im Rohrboden (2) zur kälteren Seite (7) hin mit einem Ring (6) oder Steg verlängert ist und das in der Bohrung angeordnete Rohr (4) diesen Ring (6) überragt.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ein- bzw. Austrittsöffnung des kalten bzw. erhitzten Kühlmediums mit Leitelementen (6 bzw. 10) versehen ist.

6. Rohrboden mit einer Vielzahl von Bohrungen zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teil dieser Bohrungen (12) mit einer Kühleinrichtung (1 bzw. 1') nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgerüstet ist.

Zeichnung