DE1300136B - Block-Waermeaustauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, Gehäusewandüng des Wärmeaustauschers abgelenkt bestehend aus einem oder mehreren einstückigen und die Strömung in mehrere Abschnitte unterteilt.

Blöcken, von denen jeder von einem zylindrischen Das sich im jeweiligen Abschnitt an der zugehörigen

Mantel umgeben ist und je eine erste Gruppe von Schwelle sammelnde Kondensat tropft von dort aus rohrförmigen Kanälen für ein erstes Medium und eine 5 frei ab oder wird von dort aus gegen die Gehäuse-

zweite Gruppe von schlitzförmigen Kanälen für ein wandung geschleudert und fließt an deren Innen-

zweites mit dem ersten in Wärmeaustausch stehendes fläche zum Ausgang. Es gelangt nicht mehr in den

Medium aufweist, wobei die schlitzförmigen Kanäle folgenden Abschnitt der Schlitzkanäle. Das konden-

vom Umfang jedes Blockes ausgehen und in gleicher sierende Medium (z. B. Heizdampf) wird auf diese

Richtung wie die Kanäle der ersten Gruppe verlaufen. io Weise wiederholt jeweils an den Schwellen von dem

Ein derartiger Wärmeaustauscher ist aus S. 137 der angefallenen Kondensat befreit und der Wärmeüber-

Zeitschrift »Chemical Engineering«, 9. Juli 1962, be- gang zwischen dem strömenden Medium und der

kannt. Schlitzkanalwandung verbessert. Andernfalls benetzt

Daneben sind Wärmeaustauscher bekannt aus einer nämlich das Kondensat in Form eines Films die Anzahl von mit Rillen und Ausnehmungen versehe- 15 Schlitzkanalwandung, wobei der Film in der Dicke nen Graphitplatten, die zu einem Block zusammen- und demgemäß auch im Wärmeübergangswiderstand gefügt sind (deutsches Gebrauchsmuster 1867 931). nach unten zunimmt. Kann man diese Erscheinung Als Bindemittel wird ein säurebeständiger Kitt ver- beseitigen oder doch einschränken, so läßt sich dawendet. Hierbei ist eine in Achsrichtung verlaufende, durch der Wärmeübergangswert zwischen den beiden sich von Platte zu Platte abwechselnd erweiternde ao Kanalgruppen wesentlich steigern. Nimmt man für und verjüngende zentrale Ausnehmung für das gas- den einstückigen Block eine Höhe von etwa 3 m an förmige Medium vorgesehen, an die sich schlitz- und unterteilt man durch die erwähnten Schwellen förmige Aussparungen anschließen, während für das die Gesamthöhe des einstückigen Blockes in Abflüssige Medium Kanäle kreisförmigen Querschnitts schnitte von 0,4 m, so erhält man im Betrieb einen vorgesehen sind, die parallel zu den schlitzförmigen as Wärmeübergangswert zwischen den beiden Kanal-Aussparungen verlaufen. Diese Aussparungen weisen gruppen, der um das 3fache höher ist, als es ohne die über den Gesamtblock eine geknickte Form auf; an Unterteilung der Fall wäre. Tritt eine Tropfen- oder einzelnen Knickstellen besteht die Möglichkeit, daß Mischkondensation statt einer Filmkondensation ein, etwa vorhandenes Kondensat abtropft. Da diese so ergibt sich eine weitere Erhöhung des Wärmeüber-Knickstellen jedoch im Inneren des Kanalblocks lie- 30 gangswertes bis z. B. auf den lOfachen Betrag des gen, verbleiben die abtropfenden Kondensatteile in Wertes, der sich bei einer durchgehenden FiImden Schlitzkanälen und werden aus diesen nicht zu- kondensation einstellt,
verlässig entfernt. Wenn oben von einem einstückigen Block für die

Ferner ist auch ein Wellplatten-Wärmeaustauscher beiden Kanalgruppen gesprochen ist, so soll das nicht

bekannt, bei dem durch ein Bündel gewellter Platten 35 ausschließen, den Gesamtblock in der Längsrichtung

parallele Kanäle in Längsrichtung des Austauschers zu unterteilen in mehrere Einzelblöcke oder, mit

gebildet werden, wobei an den Enden des Austau- anderen Worten, in mehrere Schüsse. Das empfiehlt

schers wellplattenförmige Füllstücke mit zur Um- sich oft aus Herstellungsgründen, insbesondere wenn

lenkung des Mediums aus der Querstromrichtung in der Gesamtblock eine verhältnismäßig große Länge

die Längsstromrichtung im Eintrittsbereich bzw. im 40 hat (z. B. von mehreren Metern). Dies kann auch aus

Austrittsbereich gekrümmten Innenkanten vorgesehen Gründen der leichteren Überholung und Ausbesse-

sind. Die Umlenkelemente dienen dabei ausschließ- rung angebracht sein. Hierbei brauchen dann nur ein-

lich zur Umlenkung der Medien. Sie sind nicht ge- zelne Schüsse ausgetauscht zu werden,

eignet, Dampf von mitgerissenem Kondensat zu be- Die Unterteilung in einzelne Schüsse hat auch den

freien. 45 Vorteil, daß man so die obenerwähnten Schwellen in

Bei stehenden Röhrenwärmeaustauschern, die von den Schlitzkanälen leichter bilden kann,
einem kondensierenden Medium beaufschlagt sind, Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung ist es bekannt, durch an den Rohren angebrachte Leit- Bezug genommen, in der einige Ausführungsbeispiele flächen, z. B. Ringe, in gewissen Abständen das sich des neuen Wärmeaustauschers dargestellt sind; es zeigt bildende Kondensat von den Rohren abzuführen und 50 F i g. 1 einen Querschnitt nach der Linie S-S der so durch Verdünnen des Kondensatfilms den Wärme- F i g. 2 durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübergang erheblich zu erhöhen. austauscher,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus- Fig. 2 den zugehörigen Längsschnitt nach der

gehend von der eingangs genannten bekannten Art Linie A-B der Fig. 1,

von Wärmeaustauschern, bei Benutzung dieser 55 Fig. 3 und 4 je eine Abwandlung in der Anord-

Wärmeaustauscher für ein in den Schlitzkanälen kon- nung der Kanäle,

densierendes Medium, den Wärmeübergang in den F i g. 5 in einem Längsschnitt den Übergang zwi-

Schlitzkanälen zu verbessern. sehen zwei Blöcken mit zwischengelegter Dichtungs-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- platte,

löst, daß er zum Betrieb für ein in den Schlitzkanälen 60 F i g. 6 eine Draufsicht auf die Dichtungsplatte

kondensierendes Medium vorgesehen ist und daß nach F i g. 5.

jeder Schlitzkanal des Wärmeaustauschers in seiner Gemäß den Fig. 1 und 2 enthält der Wärme-Länge durch eine oder mehrere vom Boden des austauscher den zylindrischen Block 2 mit kreisförmi-Schlitzkanals bis an den Umfang des Blocks sich er- gem Querschnitt; er ist von einem Mantel 1, der aus hebende Schwellen zur Bildung einer Abtropf- oder 65 einem Stahlblech gebildet sein kann, umgeben. Der Abstoßkante für das Kondensat unterteilt ist. Block 2 hat für die zum gegenseitigen Wärmeaus-

Hierdurch wird das strömende Medium jeweils tausch hindurchzuleitenden Medien eine Gruppe von

durch die Schwelle nach außen in Richtung gegen die rohrförmigen Kanälen 3 runden Querschnitts und eine

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Gruppe von Schlitzkanälen 4. Die Kanäle 3 der ersten Dadurch gelangt das in die Einlaßöffnung 16 einGruppe verlaufen, wie aus den F i g. 1 und 2 ersieht- tretende Medium in die einzelnen rohrförmigen lieh ist, in der gleichen Richtung wie die Kanäle 4 der Kanäle. Am anderen Ende des Wärmeaustauschers zweiten Gruppe. Zwischen dem zylindrischen Man- verläßt das aus den rohrförmigen Kanälen des Bloktel 1 und dem konzentrisch dazu angeordneten Block 2 5 kes7 austretende Medium über das glockenförmige verbleibt ein zylindrischer Spalt 5, der die Gesamtheit Endteil den Wärmeaustauscher,
der schlitzförmigen Kanäle 4 räumlich miteinander Die Einheit, bestehend aus den einzelnen Blöcken verbindet und einen gemeinsamen Zugang zu samt- 2,6 und 7 und den beiden glockenförmigen Endteilen liehen Schlitzkanälen bildet. Die Schlitzkanäle 4 sind 16 α und 17 α wird durch mehrere über den Umfang im Querschnitt betrachtet bei diesem Ausführungs- io gleichmäßig verteilte Spannstangen 1 c bis 1 i zusambeispiel radial auf die Mittelachse des Blockes 2 hin mengehalten über die beiden Stirnplatten la, Ib.
ausgerichtet. Die rohrförmigen Kanäle 3 runden Der Wärmeaustauscher nach F i g. 1 und 2 kann Querschnitts sind dazwischen angeordnet, wie das im z. B. als Verdampfer benutzt werden, was im folgeneinzelnen die F i g. 1 und 2 zeigen. Der Block kann den beschrieben sei. Die zu verdampfende Flüssigkeit auch über seine ganze Länge hin aus einem Stück be- 15 wird durch die Einlaßöffnung 16 eingeleitet und steigt stehen. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 ist in den rohrförmigen Kanälen 3 hoch, in denen sie so jedoch der Block über seine Länge in drei Einzel- erhitzt wird, daß sie verdampft. Der Dampf tritt blöcke 2, 6 und 7 unterteilt, die je für sich einstückig durch die Auslaßöffnung 17 aus in ein hier ansind. Die Blöcke 2,6 und 7 haben jeweils Kanäle 3 geschlossenes, nicht dargestelltes Rohr od. dgl. Zur runden Querschnitts in gleicher Zahl und Verteilung ao Erhitzung der Flüssigkeit wird über den Zuleitungsund sind so aneinandergefügt, daß sich die Kanal- stutzen 14 in den Spalt 5 und damit in die Schlitzöffnungen aneinanderstoßender Schüsse decken. Zwi- kanäle 4 Dampf, insbesondere Wasserdampf, geleitet, sehen die aneinanderstoßenden Stirnflächen 8 und 9 der sich auf seinem Weg durch die Schlitzkanäle abder Blöcke 6 und 7 ist eine Randdichtung 10 geeig- kühlt und dort teilweise kondensiert. Der Dampf und neter Dicke eingelegt in eine in jeder der beiden Stirn- 25 das angefallene Kondensat werden durch den Ableiflächen angebrachte in sich zurücklaufende Rille. tungsstutzen 15 abgeführt.

Hierbei ergibt sich notwendigerweise an der Stoßstelle Infolge der dargestellten Ausbildung der Schlitzein Zwischenraum 11, über den die rohrförmigen kanäle 4 erhält der Dampffluß größtenteils den einKanäle 3 miteinander in Verbindung stehen. Dieser gezeichneten mehrmals abgelenkten Verlauf. Der Zwischenraum wäre bei diesem Ausführungsbeispiel 30 Dampf dringt beim Eintritt in den obersten Block 7 nicht notwendig, es genügte, wenn der einzelne rohr- in die Schlitzkanäle 4 ein und wird nahe ihren Enden förmige Kanal des einen Blocks mit dem des anderen durch die dort gebildeten Schwellen gegen den zylin-Blocks unmittelbar verbunden wäre. Der Zwischen- drischen Mantel 1 abgelenkt. Bei den folgenden Blökraum ist aber auch nicht schädlich, er führt sogar ken ergibt sich der gleiche Strömungsverlauf,
eine erwünschte Durchmischung der aus den rohr- 35 Bildet sich im ersten Block aus dem Dampf bereits förmigen Kanälen des einen Blocks heraustretenden Kondensat, das sich als Flüssigkeitsfilm an den Wan-Mengen des einen Mediums herbei. Andererseits er- düngen der Schlitzkanäle ergibt, so wird dieses Kongibt sich mit der Verwendung der Ringdichtung und densat nicht in den nächsten Block weitergeleitet, dem von ihr eingeschlossenen Zwischenraum eine sondern es wird mit dem Dampfstrom zu der Innensehr einfache und den Ansprüchen im allgemeinen 40 fläche des Mantels 1 abgelenkt. An der durch die genügende Verbindung zwischen den aufeinander- Form der Schlitzkanäle 4 gebildeten Schwelle und/ folgenden Einzelblöcken. oder an der Innenfläche des Mantels 1 tropft bzw.

Die Schlitzkanäle 4 sind längs der Achse der Ein- rinnt das Kondensat nach unten, ohne in den nächsten

zelblöcke 2,6 und 7 jeweils nicht ganz durchgezogen, Block zu gelangen. In diesen dringt also nur Dampf

sondern beginnen im einzelnen Block jeweils in der 45 ein, abgetrennt von dem im ersten Block angefallenen

Nähe der einen Stirnfläche (beispielsweise der Stirn- Kondensat. Das gleiche gilt für die folgenden Blöcke,

fläche 9 des Blocks 6) und erstrecken sich nur nahe Hierdurch ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den

bis zur anderen Stirnfläche (beispielsweise der Stirn- bisherigen Blockwärmeaustauschern erreicht. Wenn

fläche 12 des gleichen Blocks), wobei sich die Tiefe das sich bildende Kondensat über die ganze restliche

der Schlitzkanäle 4 in Längsrichtung stetig ändert, 50 Länge des Blocks läuft, und zwar, wie es regelmäßig

und zwar so, daß sie etwa bis zur Querschnittsmittel- der Fall ist, als Flüssigkeitsfilm an den Wandungen

ebene zu und dann wieder abnimmt. Auf diese Weise der betreffenden Kanäle, muß die Wärme aus dem

ist im Bereich der Stoßstelle im einzelnen Schlitzkanal Heizdampf ihren Weg durch diesen Flüssigkeitsfilm

jeweils eine Schwelle gebildet. nehmen, der nach unten zum Ende der Kanäle hin

An dem Mantel 1 ist in der Nähe seiner oberen 55 immer dicker wird. Eine solche Erscheinung hat not-Stirnseite ein Zuleitungsstutzen 14 und in der Nähe wendigerweise zur Folge, daß die Wärmeübergangsseiner unteren Stirnseite ein Ableitungsstutzen 15 für zahl ständig abnimmt. Wird hingegen gemäß der Erdas in den schlitzförmigen Kanälen 4 fließende Me- findung der einzelne Schlitzkanal durch eine oder dium angebracht. Eine Einlaßöffnung 16 und eine mehrere Schwellen in mehrere Abschnitte der be-Auslaßöffnung 17 für das durch die Kanäle 3 runden 60 schriebenen Art unterteilt, so wird in jedem Abschnitt Querschnitts fließende Medium befinden sich an der das dort gebildete Kondensat aus dem weiteren oberen bzw. unteren Stirnseite des Wärmeaustau- Dampfstrom endgültig ausgeschieden, so daß der sich schers in je einem glockenförmigen Endteil 16 α bzw. aus dem Kondensat ergebende Flüssigkeitsfilm an 17 a, der über eine Randdichtung 16 b, 17 b mit den den Wandungen der Schlitzkanäle sich nicht ständig entsprechenden Blöcken 2 bzw. 7 verbunden ist und 65 verstärkt, vielmehr nach jeder Schwelle sich erst die unteren bzw. oberen Enden der in den beiden — bei Null beginnend — neu bildet. Dies führt not-Blöcken 2 und 7 vorliegenden rohrförmigen Kanäle wendigerweise zu einer ganz wesentlichen Erhöhung umfaßt. der durchschnittlichen Wärmeübergangszahl und da-

mit — bei gegebenen Abmessungen — zu einer wesentlichen Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschers gegenüber der Leistungsfähigkeit der bisherigen Bauart.

Die F i g. 3 zeigt eine Anordnung der Kanäle, die von der nach F i g. 1 etwas abweicht. Bei dieser Anordnung nach F i g. 3 sind die Schlitzkanäle, die hier mit 18 α bezeichnet sind, in Untergruppen zu je drei Kanälen aufgegliedert in den Block 18 eingebracht. Bei jeder Untergruppe verlaufen die Mittelebenen der Schlitzkanäle 18 α zueinander parallel. Dies hat den Vorteil, daß die Schlitzkanäle einer Untergruppe jeweils in einem Arbeitsgang eingebracht werden können. Innerhalb der einzelnen Untergruppe sind die beiden außenliegenden Kanäle gegenüber dem mittleren Kanal von geringerer Tiefe; ähnlich wechseln bei der Ausführung nach F i g. 1 und 2 die Schlitzkanäle wechselweise in der Tiefe. Die Ausführung nach F i g. 3 kann im übrigen mit der nach F i g. 1 und 2 übereinstimmen. Die rohrförmigen Kanäle 18 b sind zwischen den Schlitzkanälen 18 α in der aus Fig. 3 ersichtlichen Verteilung angebracht.

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt, der an sich dem nach F i g. 1 und 3 entspricht, aber ihnen gegenüber abweicht in der Anordnung der Kanäle. Der Block 19 hat nahezu rechteckigen Querschnitt mit leicht abgeschrägten Kanten, so daß er ein Achteck darstellt. Die Schlitzkanäle 19 α sind — parallel zueinander — von zwei einander gegenüberliegenden Breitseiten eingebracht. Es ergeben sich hierdurch die gleichen Vorteile wie bei der Ausführung nach Fig. 3. Die rohrförmigen Kanäle 19 b sind in der aus F i g. 4 ersichtlichen Anordnung angebracht in Reihen zwischen und außerhalb an Schlitzkanälen.

Die Strömungsrichtungen der Medien können einander entgegengerichtet oder auch gleichgerichtet sein.

In F i g. 5 wird ausgegangen von einem Wärmeaustauscher gemäß F i g. 1 und 2. Der Block ist wieder in mehrere Einzelblöcke unterteilt. Die Schwellen in den Schlitzkanälen sind jedoch nicht durch eine entsprechende Formgebung der Kanäle in dem einzelnen Block gebildet. Es verlaufen die Schlitzkanäle vielmehr in der Regel mit gleichbleibender Tiefe durch den ganzen Block. Dafür ist aber zur Bildung der Schwellen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einzelblöcken eine Dichtungsplatte eingelegt, die im Bereich der rohrförmigen Kanäle zwischen den miteinander fluchtenden Teilkanälen der beiden Blöcke jeweils eine gleich weite, die Teilkanäle zügig verbindende Bohrung aufweist, aber im Bereich der Schlitzkanäle die Teilkanäle der aufeinanderfolgenden Blöcke voneinander trennt, im Sinne der Bildung von Schwellen zwischen den Schlitzteilkanälen an der Stoßstelle. Die so gebildeten Schwellen dienen dem gleichen Zweck wie die Schwellen bei den Ausführungen nach F i g. 1 und 2.

Es ist dies in den F i g. 5 und 6 schematisch gezeigt für die beiden aufeinanderfolgenden Einzelblöcke 40 und 48. Die einstückigen Einzelblöcke 40 und 48 enthalten die rohrförmigen Kanäle 41 bzw. 44 und die Schlitzkanäle 42 und 43 in gleicher Anzahl und Größe und Verteilung für beide Blöcke. Die Schlitzkanäle weisen in ihrer Längsrichtung gleichbleibende Tiefe auf. Zwischen den aneinandergrenzenden Stirnflächen beider Blöcke 40, 48 ist eine Dichtungsplatte 46 eingefügt, mit Durchtrittsöffnungen 47 für die miteinander fluchtenden rohrförmigen Kanäle 41, 44 der beiden Schüsse 40 und 48. Die Draufsicht auf die Dichtungsplatte 46 ist in F i g. 6 dargestellt. Aus ihr läßt sich die Verteilung der Durchtrittsöffnungen 47 erkennen.

An der Grenzstelle der Schlitzkanäle des einen Blocks und des folgenden Blocks werden diese Schlitzkanäle durch die Dichtungsplatte getrennt, sie enthält hier keine Durchbrechungen. Es wird so an dieser Stelle in der Gesamtlänge des einzelnen Schlitzkanals eine Schwelle gebildet, die eine Umlenkung des in den Schlitzkanälen strömenden Mediums bewirkt und so als Abtropfkante für das im vorhergehenden Block angefallene Kondensat dient.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bei Temperaturen oberhalb 200° C ist es zweckmäßig, als Werkstoff für die Blöcke Graphit zu verwenden, der nach bekannten Verfahren, durch Einlagerung von Sekundär'kohlenstoff, auch bei höheren Temperaturen gas- und flüssigkeitsdicht ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem oder mehreren einstückigen Blöcken, von denen jeder von einem zylindrischen Mantel umgeben ist und je eine erste Gruppe von rohrförmigen Kanälen für ein erstes Medium und eine zweite Gruppe von schlitzförmigen Kanälen für ein zweites mit dem ersten in Wärmeaustausch stehendes Medium aufweist, wobei die schlitzförmigen Kanäle vom Umfang jedes Blocks ausgehen und in gleicher Richtung wie die Kanäle der ersten Gruppe verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß er zum Betrieb für ein in den Schlitzkanälen kondensierendes Medium vorgesehen ist und daß jeder Schlitzkanal (4 in Block 2, 6, 7 Fig. 2; 42-43 Fig. 5) des Wärmeaustauschers in seiner Länge durch eine oder mehrere vom Boden des Schlitzkanals bis an den Umfang des Blocks sich erhebende Schwellen zur Bildung einer Abtropfoder Abstoßkante für das Kondensat unterteilt ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schwelle die Form eines Keiles hat, dessen quer zur Längsrichtung des Schlitzkanals verlaufende Schneide nach außen gerichtet ist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schwelle am Block (2, 6, 7 F i g. 2) durch ab- und zunehmende Tiefe des Schlitzkanals (4 F i g. 2) in seiner Längsrichtung gebildet ist (F i g. 2).

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schwelle einen gesonderten, in den Block (40,48) eingesetzten Teil (Dichtungsplatte 46) bildet (F i g. 5).

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Blöcken (40, 48) bei an sich im wesentlichen mit gleichbleibender Tiefe durchgehenden Schlitzkanälen (42, 43) jeweils eine Dichtungsplatte (46) eingefügt ist, die Durchtrittsöffnungen (47) hat für die miteinander fluchtenden rohrförmigen Kanäle (41, 44) der beiden Blöcke (40,48), hingegen aber die Schlitzkanäle (42, 43) der beiden Blöcke gegeneinander sperrt und so an der Stoßstelle für die Schlitzkanäle Schwellen bildet (Fig. 5).

6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke aus gas- und flüssigkeitsdichtem Graphit bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen