[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizten Zwischenüberhitzer,
mit einem zwischen einer Verteil- und einer Sammelkammer angeordneten Rohrbündel für
das wärmeabgebende, Inertgase enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und
hierdurch das die Rohre von außen beaufschlagende Medium erwärmt.
[0002] Derartige Wärmetauscher sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Da das aufzuwärmende
Medium, beispielsweise der zu überhitzende Dampf, die außenliegenden Rohre des Rohrbündels
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 hinteren 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 die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen
Art eine Rückströmung des Restdampfes aus den Kernrohren des Rohrbündels 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 die Verlängerung der Rohre des Rohrbündels, mindestens im rückströmungsgefährdeten
Randbereich, über die Rohrscheibe der Sammelkammer hinaus und die Einführung dieser
Rohrenden in eine Kondensat-Sammelwanne, die wegen des oberhalb der Rohrenden liegenden
Kondensatüberlaufs im Betrieb des Wärmetauschers mit Kondensat gefüllt ist, wird ein
Abschluß jedes rückströmungsgefährdeten Rohres erreicht, so daß aus den Kernrohren
austretender Restdampf nicht in die Rohre des Randbereiches zurückströmen und dort
zu den beschriebenen Funktionsstörungen führen kann. Die zur Verhinderung dieser Rückströmung
eingesetzten Mittel sind denkbar 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 herabreichen. Bei
der Kondensat-Sammelwanne handelt 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] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
in einem Längsschnitt dargestellt.
[0012] 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 Inertgase 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.
[0013] 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.
[0014] Da der zu überhitzende Dampf die außenliegenden Rohre la des Rohrbündels stärker
beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre 1b, ist die Kondensationswirkung
des wärmeabgebenden, durch den Stutzen 4 zugeführten Dampfes in den innenliegenden
Rohren 1b des Rohrbündelkernes geringer als in den außenliegenden Rohren la. Unter
bestimmten Arbeitsbedingungen kann deshalb aus dem unteren Ende der innenliegenden
Rohre 1b neben Kondensat Restdampf austreten.
[0015] Um zu verhindern, daß dieser aus den Rohren ib austretende Restdampf in die außenliegenden
Rohre la zurückströmt, sind beim Ausführungsbeispiel diese rückströmungsgefährdeten,
im Randbereich des Rohrbündels liegenden Rohre la 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 la abgeschlossen sind. Aus den Enden der innenliegenden
Rohre 1b austretender Restdampf kann somit nicht in die untenliegenden Enden der außenliegenden
Rohre la eintreten. Der Flüssigkeitsstand wird dadurch gehalten, daß ein Kondensatüberlauf
9 oberhalb der Enden der Rohre la angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der
Rand des Kondensatüberlaufs 9 gezackt ausgebildet. Mit Hilfe dieses Kondensatüberlaufes
9 gelangt somit das aus den außenliegenden Rohren la austretende, die Kondensat-Sammelwanne
8 über den Kondensatüberlauf 9 verlassende Kondensat gemeinsam mit den aus den innenliegenden
Rohren 1b austretenden Kondensat in die Sammelkammer 3 des Wärmetauschers, aus der
es mittels des Abflusses 5 abgezogen wird.
[0016] Bezugsziffernliste:
1 Rohr
la außenliegendes Rohr
lb 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 zwischen
einer Verteil- und einer Sammelkammer angeordneten Rohrbündel für das wärmeabgebende,
Inertgase 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 (la) 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
(lb) des Rohrbündels (1) angeordnet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des
Kondensatüberlaufs (9) gezackt ausgebildet ist.