ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2020 года по МПК F28D7/16 F28F9/13 F16L5/00 

Настоящее изобретение относится к вертикальному теплообменнику, имеющему объем теплообмена, который на противоположных концах ограничен верхней трубной решеткой и нижней трубной решеткой теплообменника, и однородный пучок труб, причем пучок труб имеет множество труб теплообменника, которые расположены упорядоченно друг к другу, и простирается внутри объема теплообмена между нижней трубной решеткой и верхней трубной решеткой трубы, причем дальше через трубы теплообменника может протекать первая среда и в остальном объеме теплообмена может находиться, по меньшей мере, вторая среда, и, причем между первой и, по меньшей мере, второй средой может осуществляться теплообмен.

В современной технике теплообменники применяются для передачи тепла между различными средами. Так для примера в качестве такого рода теплообменников в энергетических установках применяются тепловые конденсаторы, чтобы тепловую энергию водяного пара, который производится на электростанции, по меньшей мере, благодаря процессам горения, передать теплоносителю, например, сети централизованного теплоснабжения.

При этом часто применяются горизонтальные теплообменники, в которых несущая тепловую энергию среда проходит теплообменник в горизонтальном направлении. Такого рода горизонтальные теплообменники имеют при этом, однако, высокую потребность в установочном пространстве. Для того чтобы избежать этого, также известно исполнение теплообменников вертикальной конструкции, в которой несущая тепловую энергию среда проходит через теплообменник в вертикальном направлении. Такого рода стоящие теплообменники имеют, например, преимущество, что может осуществляться регулирование мощности нагрева с помощью заполнения теплообменника конденсатом.

Однако, в частности, в конденсате может возникнуть эффект выпаривания, например, при внезапно наступающем изменении нагрузки, в результате чего появляются пузырьки пара, которые могут быть причиной повреждения теплообменника, в частности, применяемых труб теплообменника. Однако чтобы иметь возможность обеспечения высокой устойчивости труб теплообменника, известные вертикальные теплообменники в связи с этим часто оборудуются дорогостоящими и трудоемкими несущими решетчатыми конструкциями, так как применяемые в горизонтальных теплообменниках подпорные стенки не проницаемы для возникающих при эффекте выпаривания пузырьков пара и из-за этого не могут применяться в вертикальных теплообменниках. Также из-за этих несущих решетчатых конструкций необходимо наличие большого расстояния между трубами, которое при этом влечет за собой повышенную потребность в установочном пространстве.

Задачей настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное решение описанных выше проблем у теплообменников. В частности, задачей изобретения является создание вертикального теплообменника, который простым и благоприятным в экономическом отношении способом позволяет эффективное и одновременно экономичное установочное пространство, сокращение издержек и предотвращение повреждения теплообменника, в частности, пучка труб теплообменника, вследствие эффекта выпаривания.

Приведенная выше задача решается с помощью вертикального теплообменника, охарактеризованного признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Таким образом, задача решается с помощью вертикального теплообменника, имеющего объем теплообмена, который на противоположных концах ограничен верхней трубной решеткой и нижней трубной решеткой теплообменника, и однородный пучок труб, причем пучок труб имеет множество труб теплообменника, которые расположены регулярно друг к другу, и простирается внутри объема теплообмена между нижней трубной решеткой и верхней трубной решеткой трубы, причем дальше через трубы теплообменника может протекать первая среда и в остальном объеме теплообмена может находиться, по меньшей мере, вторая среда, и, причем между первой и, по меньшей мере, второй средой может осуществляться теплообмен. Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник характеризуется тем, что в пучке труб расположены успокоительные объемы, причем успокоительные объемы внутри пучка труб проходят объем теплообмена.

В предложенном в соответствии с изобретением теплообменнике речь идет, в частности, о вертикальном теплообменнике, то есть направление течения первой и/или, по меньшей мере, второй среды в теплообменнике вертикально, в частности, у второй среды, по меньшей мере, главным образом ориентировано вертикально, например, снизу вверх. Особенно предпочтительно предложенный в соответствии с изобретением теплообменник может быть образован в виде теплового конденсатора. Предложенный в соответствии с изобретением теплообменник для этого имеет, в частности, объем теплообмена, который, например, при цилиндрическом исполнении может иметь диаметр от 300 мм до нескольких метров и высоту от одного до нескольких метров. В этом объеме теплообмена происходит перенос тепловой энергии предпочтительно от, по меньшей мере, второй среды, которая окружает трубы теплообменника, внутри которых течет первая среда. В качестве второй среды при этом может применяться, например, водяной пар, в качестве первой среды пригодная для транспортирования тепловой энергии жидкость. Трубы теплообменника, которые образованы идентично или, по меньшей мере, главным образом идентично и число которых часто превышает несколько 1000 труб, расположены при этом, в частности, в однородном пучке труб. Однородный, в смысле изобретения, при этом может, в частности, обозначать, что трубы теплообменника расположены регулярно друг к другу, то есть они расположены на повторяющихся, одинаковых расстояниях друг к другу. Также расположение труб теплообменника часто может быть предусмотрено параллельно или, по меньшей мере, главным образом параллельно друг к другу. Возможным такого рода однородным расположением является, например, гексагонально-симметричное расположение. Благодаря этому в пучке труб может достигаться по возможности плотное расположение труб теплообменника, в результате чего в соответствующем объеме теплообмена может располагаться по возможности много труб теплообменника. При этом трубы теплообменника расположены соответственно также на расстоянии друг к другу, чтобы сделать возможным присутствие, по меньшей мере, второй среды в образующихся между трубами теплообменника пучка труб промежуточных пространствах. Благодаря этому трубы теплообменника предпочтительно окружаются, по меньшей мере, участками, по меньшей мере, второй средой. Благодаря этому для всех труб теплообменника может обеспечиваться особенно хороший перенос тепловой энергии между первой средой и, по меньшей мере, второй средой. Пучок труб, и таким образом трубы теплообменника, простираются от нижней трубной решетки до верхней трубной решетки и таким образом в отвесном, соответственно вертикальном, направлении через весь объем теплообмена. Отдельные трубы теплообменника при этом могут простираться через нижнюю трубную решетку, соответственно верхнюю трубную решетку, или могут быть объединены в сообщающийся в части жидкости в один или несколько сборных трубопроводов.

В части существенного признака изобретения в предложенном в соответствии с изобретением теплообменника предусмотрено, что в пучке труб расположены успокоительные объемы. При этом эти успокоительные объемы являются областями внутри объема теплообмена и, в частности, также внутри пучка труб, которые не заняты трубами теплообменника, и таким образом могут заполняться, по меньшей мере, второй средой. При этом они могут быть расположены предпочтительно параллельно или, по меньшей мере, главным образом параллельно к трубам теплообменника. Дальше успокоительные объемы представляют области, которые являются отличными от стандартных промежуточных пространств между трубами теплообменника. То есть, успокоительные объемы пространственно больше, чем промежуточное пространство, которое образуется соседними трубами теплообменника. Успокоительные объемы, в частности, имеют такие размеры, что их объем больше, в частности, более чем вдвое больше, чем объем промежуточного пространства, которое образуется соседними трубами теплообменника. При этом согласно изобретению эти успокоительные объемы выполнены таким образом, что они внутри пучка труб проходят объем теплообмена, в частности, проходят полностью. Другими словами, эти успокоительные объемы простираются сквозь нижнюю трубную решетку до верхней трубной решетки. Это обеспечивает, в частности, существенное преимущество. При применении газообразной и/или парообразной второй среды это ведет в объеме теплообмена, по меньшей мере, к эффекту конденсации. Это является предпочтительным, так как при этом происходит особенно хороший перенос тепловой энергии, текущей в трубах теплообменника первой средой. Образующийся при этом конденсат собирается в нижней части объема теплообмена. Дальше через управление, соответственно регулирование, уровня заполнения объема теплообмена конденсатом предоставляется простое и эффективное регулирование пропускной мощности предложенного в соответствии с изобретением теплообменника. В этом конденсате может возникнуть, в частности, например, при внезапном изменении нагрузки, эффект выпаривания. При этом в конденсате возникают пузырьки пара, из-за которых может вызываться так называемый удар конденсата. Вследствие этого удара конденсата, который, например, вызывается взрыванием этих пузырьков пара в конденсате, из-за возникающих при этом волн давления в конденсате в теплообменнике, в частности, в трубах теплообменника, могут появляться повреждения. Однако с помощью предусмотренных согласно изобретению успокоительных объемов эти пузырьки пара в конденсате могут быстро и беспрепятственно подниматься вверх. Благодаря этому пузырьки пара особенно быстро достигают поверхности конденсата, в результате чего может предотвращаться взрывание пузырьков пара внутри конденсата. Надежное предотвращение наносящих повреждение процессов, которые инициируются этим ударом конденсата, может осуществляться таким образом благодаря наличию проходящих весь пучок труб успокоительных объемов.

Кроме того, в предложенном в соответствии с изобретением теплообменнике может быть предусмотрено, что пучку труб внутри объема теплообмена придана устойчивость с помощью горизонтальной подпорной стенки, причем успокоительные объемы простираются через, по меньшей мере, одну подпорную стенку. Как уже описано выше, объем теплообмена предложенного в соответствии с изобретением теплообменника может простираться на высоту свыше десяти метров. Чтобы придать устойчивость расположенному в объеме теплообмена пучку труб, для этого может быть предусмотрена, по меньшей мере, подпорная стенка, которая расположена горизонтально внутри объема теплообмена. Предпочтительно такого рода подпорная стенка простирается через все внутреннее поперечное сечение объема теплообмена. Благодаря этому может появляться возможность того, что, наряду с трубами теплообменника пучка труб через, по меньшей мере, одну подпорную стенку будут простираться также успокоительные объемы. Другими словами, по меньшей мере, одна подпорная стенка в области соответствующего успокоительного объема имеет вертикальное сквозное отверстие. Пузырек пара в конденсате, таким образом, через подпорную стенку может подниматься в конденсате и не задерживаться подпорной стенкой. Таким образом, с помощью подпорной стенки, во- первых, может предоставляться высокая устойчивость пучку труб и таким образом всему вертикальному теплообменнику, не ограничивая с другой стороны преимущества, которые предоставляются успокоительными объемами. Таким образом, предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может усовершенствоваться благодаря применению образованных согласно изобретению подпорных стенок. В частности, благодаря этому применению подпорных стенок, которые механически просты и позволяют простой монтаж, можно отказаться от применения трудоемких, дорогостоящих и требующих затрат на монтаж решетчатых конструкций.

В предложенном в соответствии с изобретением вертикальном теплообменнике особенно предпочтительно может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один из успокоительных объемов соответствует или, по меньшей мере, главным образом соответствует пространству одной трубы теплообменника или нескольким расположенным по соседству в однородном пучке труб трубам теплообменника. Это может особенно просто предоставляться с помощью того, что при образовании пучка труб пропускается, соответственно убирается, одна из труб теплообменника, соответственно группа расположенных по соседству труб теплообменника. Использование благодаря этому возникающего в пучке труб свободного пространства в качестве успокоительного объема может осуществляться, таким образом, особенно просто. В частности, установка успокоительного объема в пучок труб может осуществляться особенно просто благодаря тому, что в пучке труб не предусматривается или не должно иметься никаких дополнительных структур.

Дальше предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может быть усовершенствован в том отношении, что, по меньшей мере, одна подпорная стенка в области успокоительных объемов выполнена таким образом, что успокоительные объемы проходят через нее, будучи расширены, причем, по меньшей мере, один из успокоительных объемов соответствует или, по меньшей мере, главным образом соответствует пространству нескольких расположенных по соседству в однородном пучке труб теплообменника. Расширенный, в смысле изобретения, при этом может, в частности, означать, что поперечное сечение соответствующего успокоительного объема в области, по меньшей мере, одной подпорной стенки увеличено. Таким образом, поднимающиеся в конденсате пузырьки пара могут подниматься через, по меньшей мере, одну подпорную стенку еще проще и без большого сопротивления. Благодаря этому влияние на движение подъема пузырьков пара в конденсате через, по меньшей мере, одну подпорную стенку может еще раз уменьшаться, в частности, даже совсем предотвращаться. В успокоительном объеме, который соответствует пространству нескольких расположенных по соседству труб теплообменника, это расширение может особенно просто предоставляться, например, с помощью удаления перемычек в подпорной стенке, которые имеются в подпорной стенке для стабилизации между пропущенными трубами теплообменника.

Кроме того, предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может быть усовершенствован в том отношении, что, по меньшей мере, один из успокоительных объемов расположен по соседству со стационарным встроенным устройством, в частности, стяжным болтом или устройством для откачивания. Стационарные встроенные устройства это уже имеющиеся внутри объема теплообмена элементы, которые расположены внутри пучка труб и часто простираются по всей высоте объема теплообмена от нижней трубной решетки до верхней трубной решетки. В качестве примеров пусть здесь будут названы стяжные болты, которые придают устойчивость теплообменнику по всей его высоте, или устройства для откачивания, которые применяются, к примеру, для регулирования давления в объеме теплообмена и/или для отвода нежелательных сред, например, неконденсируемых газов. Такого рода стационарные встроенные устройства при этом уже представляют нарушения однородности пучка труб. Это может использоваться с помощью расположения, по меньшей мере, одного из успокоительных объемов по соседству с этим стационарным встроенным устройством. Для расположения стационарного встроенного устройства уже из пучка труб были удалены трубы теплообменника, причем зачастую стационарными встроенными устройствами не используется весь становящийся свободным объем. В частности, благодаря этому, например, по соседству с такого рода стационарным встроенным устройством с помощью дальнейшего пропуска одной или нескольких труб теплообменника особенно просто может создаваться особенно большой успокоительный объем.

В предложенном в соответствии с изобретением вертикальном теплообменнике также может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один из успокоительных объемов расположен в краевой области пучка труб. Краевая область пучка труб, как описанные выше стационарные встроенные устройства, также представляет область, в которой расположение труб теплообменника должно подгоняться к внешним условиям. Также в этих краевых областях при этом может иметь место, что трубы теплообменника пропускаются при этом таким образом, что освобождающийся в результате этого объем не используется. С помощью расположения успокоительного объема в таком месте, например, с помощью вырезов в горизонтальной подпорной стенке может особенно просто предоставляться такого рода расширение, соответственно расположение, успокоительных объемов на краю пучка труб.

Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник, кроме этого, может быть образован в том отношении, что расстояние между успокоительными объемами ограничено на величину, которая соответствует 15-кратному, предпочтительно 10-кратному, предпочтительнее 5-кратному диаметру труб теплообменника. Таким образом, особенно просто может обеспечиваться, что независимо от места возникновения пузырька пара в конденсате для безопасного подъема пузырька пара в конденсате вблизи в распоряжении имеется успокоительный объем. Благодаря этому становится возможной особенно надежная работа предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника.

В качестве альтернативы или дополнительно в предложенном в соответствии с изобретением теплообменнике может быть предусмотрено, что успокоительные объемы распределены равномерно или, по меньшей мере, главным образом равномерно. Особенно предпочтительно при этом может быть предусмотрено, что равномерное распределение успокоительных объемов в пучке труб согласовано с однородным расположением труб теплообменника в пучке труб или соответствует ему. Благодаря этому особенно просто обеспечивается, что для каждого любого места возникновения пузырька пара внутри пучка труб в непосредственной близи или, по меньшей мере, в близком окружении для подъема пузырька пара в конденсате в распоряжении имеется успокоительный объем. Благодаря этому опасность повреждения труб теплообменника в результате удара конденсата еще больше уменьшается.

Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может быть образован в том отношении, что вблизи верхней трубной решетки на верхнем конце труб теплообменника толщина стенки труб теплообменника усилена, в частности, усилена на множитель 3 или больше, без уменьшения внутреннего поперечного сечения труб теплообменника или без, по меньшей мере, главным образом уменьшения внутреннего поперечного сечения труб теплообменника. Это исполнение предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника имеет преимущество, в частности, для тех областей применения, в которых заполнение объема теплообмена производится или, по меньшей мере, может производиться почти до верхней трубной решетки. В этом случае на верхних концах труб теплообменника часто непременно происходит взрывание, соответственно коллапс, пузырьков в конденсате, так как пузырьки пара не могут дальше подниматься. С помощью локального усиления толщины стенки труб теплообменника в этой области, в частности, с множителем три или больше, тем не менее, может уменьшаться или даже совсем предотвращаться повреждение труб теплообменника. Благодаря тому, что при усилении внутреннее поперечное сечение труб теплообменника не уменьшается или, по меньшей мере, главным образом не уменьшается, может также предупреждаться негативное воздействие потока первой среды в трубах теплообменника. Усиление толщины стенки, таким образом, производится на наружных сторонах труб теплообменника.

Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник при этом может быть усовершенствован таким образом, что толщина стенки труб теплообменника усилена на длине более чем 50 мм, предпочтительно более чем 100 мм. При этом, в частности, эта длина измеряется от верхней трубной решетки вниз. Такого рода усиление толщины стенки на длине более чем 50 мм, еще лучше более чем 100мм, при этом может обеспечивать, что будет иметь место достаточная защита верхних концов труб теплообменника от удара конденсата, даже если весь или почти весь объем теплообмена будет заполнен конденсатом.

Согласно первой альтернативной усовершенствованной разработке предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника, в нем может быть предусмотрено, что толщина стенки усилена с помощью расположенной по оси на конце соответствующей трубы теплообменника, в частности, приваренной, дополнительной трубы. Другими словами, с помощью дополнительной трубы соответствующая труба теплообменника удлиняется на своем верхнем конце и таким образом вблизи верхней трубной решетки. При этом дополнительная труба перекрывает промежуточное пространство между верхним концом соответствующей трубы теплообменника и верхней трубной решеткой. Таким образом, выход первой среды может предупреждаться. При этом дополнительная труба может также соответствующим образом простираться через трубную решетку. При этом дополнительная труба имеет предпочтительно большую толщину стенки, чем соответствующая труба теплообменника. С помощью соответствующего подбора толщины стенки дополнительной трубы может осуществляться регулирование величины усиления толщины стенки соответствующих труб теплообменника. Приваривание дополнительной трубы при этом представляется особо прочным и долговечным способом расположения дополнительных труб на соответствующих трубах теплообменника. Согласно второй предпочтительной альтернативной усовершенствованной разработке в предложенном в соответствии с изобретением вертикальном теплообменнике может быть предусмотрено, что толщина стенки соответствующей трубы теплообменника усилена с помощью усиливающей трубы, которая расположена коаксиально к соответствующей трубе теплообменника и радиально охватывает ее. Таким образом, для каждой подлежащей защите трубы теплообменника должен предусматриваться только один единственный другой конструктивный элемент, чтобы предоставить соответствующее усиление толщины стенки трубы теплообменника. При этом усиливающая труба располагается вокруг трубы теплообменника, в частности, коаксиально, причем усиливающая труба полностью охватывает и окружает трубу теплообменника. С помощью соответствующего подбора толщины стенки усиливающей трубы автоматически получается усиление толщины стенки трубы теплообменника. Таким образом, может предоставляться особенно простое усиление толщины стенки трубы теплообменника.

Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может предпочтительно усовершенствоваться в том отношении, что соответствующая усиливающая труба закреплена на соответствующей трубе теплообменника и/или на пучке труб и/или на верхней трубной решетке с силовым и/или геометрическим замыканием. Так усиливающие трубы могут, например, заподлицо или утопленным образом располагаться и крепиться в верхней трубной решетке. Дальше может, например, производиться завальцовка усиливающих труб в верхней трубной решетке или может производиться запрессовка с помощью гидравлической раздачи при расположении усиливающих труб на соответствующие трубы теплообменника. Также возможно приваривание усиливающих труб к соответствующей трубе теплообменника и/или к верхней трубной решетке. В целом с помощью крепления с силовым и/или геометрическим замыканием может обеспечиваться надежная фиксация усиливающих труб на соответствующей трубе теплообменника. Благодаря этому может предотвращаться самопроизвольный демонтаж усиливающих труб с соответствующего места. Защита труб теплообменника от повреждения, в частности, например, вследствие удара конденсата, благодаря этому может предоставляться особенно надежно.

Согласно другой усовершенствованной разработке предложенного в соответствии с изобретением теплообменника дальше может быть предусмотрено, что промежуточное пространство между усиливающей трубой и соответствующей трубой теплообменника меньше 0,5 мм, в частности, меньше 0,2 мм. Благодаря ничтожно малому промежуточному пространству, то есть расстоянию между внутренней поверхностью усиливающей трубы и наружной поверхностью соответствующей трубы теплообменника равному 0,0 мм, может предоставляться особенно хорошая защита трубы теплообменника, так как никакой пузырек пара не может попасть между усиливающей трубой и трубой теплообменника. Однако так как такая точность посадки не всегда может предоставляться и так как кроме этого в результате может усложняться монтаж, часто для надежной безопасности от уларов конденсата достаточно, если промежуточное пространство мало, например, меньше 0,5 мм, предпочтительно меньше 0,2 мм. При этом эти значения были выделены в качестве особо подходящих, чтобы, во-первых, иметь возможность предоставления легкой сборности усиливающих труб и одновременно, во-вторых, иметь возможность обеспечить возможность усиливающим трубам защиты соответствующей трубы теплообменника от ударов конденсата.

Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник может быть особо предпочтительно усовершенствован в том отношении, что промежуточное пространство между усиливающей трубой и соответствующей трубой теплообменника на нижнем конце усиливающей трубы заделано заделывающим материалом, в частности, припоем и/или синтетическим материалом. Как описано выше, промежуточное пространство между усиливающей трубой и соответствующей трубой теплообменника не всегда может быть предотвращено или даже может быть предусмотрено, чтобы, например, облегчить монтаж усиливающих труб. В этом случае предпочтительно предусмотрено заделывание этого промежуточного пространства заделывающим материалом на нижнем конце усиливающей трубы, то есть на обращенном от верхней трубной решетки конце усиливающей трубы. В качестве заделывающего материала при этом предпочтительно может применяться припой или синтетический материал, в частности, обладающий капиллярным эффектом синтетический материал. Таким образом, может достигаться, что промежуточное пространство между усиливающей трубой и соответствующей трубой теплообменника, по меньшей мере, на нижнем конце усиливающей трубы будет заделано и благодаря этому недоступно для поднимающихся в конденсате пузырьков пара. Таким образом, может надежно предотвращаться проникновение пузырька пара в это промежуточное пространство. Все преимущества, которые были описаны для ничтожно малого промежуточного пространства, действительны также, таким образом для промежуточного пространства, которое заделано на нижнем конце усиливающей трубы.

Настоящее изобретение дальше описывается с помощью прилагающихся чертежей. Элементы с одинаковыми функциями и способом действия на фиг. 1-7 снабжены одними и теми же ссылочными позициями. На чертежах схематично показано:

фиг. 1 - предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник;

фиг. 2 - первая форма исполнения успокоительных объемов внутри пучка труб;

фиг. 3 - вторая форма исполнения успокоительных объемов внутри пучка труб;

фиг. 4 - третья форма исполнения успокоительных объемов внутри пучка труб;

фиг. 5 - четвертая форма исполнения успокоительных объемов внутри пучка труб;

фиг. 6 - расположение усиливающей трубы на трубе теплообменника; и

фиг. 7 - расположение дополнительной трубы на трубе теплообменника.

На фиг. 1 показана часть предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника 1. При этом, в частности, изображена нижняя часть объема 2 теплообмена, причем нижняя трубная решетка 4 образует нижнее замыкающее устройство объема 2 теплообмена. Внутри объема 2 теплообмена расположен однородный пучок 10 труб, который имеет множество труб 12 теплообменника. Эти трубы 12 теплообменника расположены регулярно для образования однородного пучка 10 труб, например, в гексагонально-симметричном расположении. У этого пучка 10 труб видна краевая область 11. Трубы 12 теплообменника и таким образом весь пучок 10 труб простираются до верхней трубной решетки 3 (не изображена), которая образует верхнее замыкающее устройство объема 2 теплообмена вертикального теплообменника 1. Трубы 12 теплообменника идут при этом сквозь нижнюю трубную решетку 4 и верхнюю трубную решетку 3 или объединяются в них, с сообщением в части текучей среды, с образованием одного или нескольких сборных трубопроводов. Дальше образована подпорная стенка 5, которая простирается горизонтально внутри объема 2 теплообмена и которая образована для придания устойчивости трубам 12 теплообменника. Внутри труб 12 теплообменника течет первая среда, которая нагревается, в частности, подогревается с помощью второй среды, которая находится в остальном объеме 2 теплообмена и которая таким образом окружает трубы 12 теплообменника. Вторая среда при этом часто представлена в виде пара или газа. В этом случае часть второй среды может иметься в виде конденсата, который собирается в нижней части объема 2 теплообмена. С этим конденсатом может производиться регламентированное заполнение объема 2 теплообмена, в частности, например, чтобы управлять мощностью нагрева предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника 1. При этом это может привести, например, при внезапных изменениях нагрузки к эффекту выпаривания в конденсате, вследствие чего из-за ударов конденсата могут повреждаться, в частности, трубы 12 теплообменника. Чтобы предотвратить это, в пучке 10 труб, здесь в краевой области 11 пучка 10 труб, расположены успокоительные объемы 20. Эти успокоительные объемы 20 простираются параллельно или, по меньшей мере, главным образом параллельно к трубам 12 теплообменника через весь пучок 10 труб, без перерыва от нижней трубной решетки 4 до верхней трубной решетки 3 и, в частности, также через горизонтальную подпорную стенку 5. В подпорной стенке 5 успокоительные объемы 20 кроме этого могут быть даже расширены и таким образом иметь увеличенное перечное сечение. Благодаря этому проходу успокоительных объемов 20 через подпорную стенку 5 она без проблем может применяться для придания устойчивости пучку 10 труб, причем благодаря этому, в частности, можно отказаться от установки затратных в плане стоимости и монтажа решетчатых конструкций. Успокоительные объемы 20 также могут быть образованы предпочтительно с помощью пропуска одной или нескольких труб 12 теплообменника пучка 10 труб, благодаря чему в этом случае успокоительные объемы 20 будут соответствовать пространству, которое занимали бы пропущенные трубы 12 теплообменника в однородном пучке 10 труб. В целом через эти успокоительные объемы 20 пузырьки пара, которые возникают в конденсате, могут беспрепятственно подниматься до поверхности конденсата. Там они могут лопаться, не вызывая удара конденсата. Предложенный в соответствии с изобретением вертикальный теплообменник 1 с такого рода успокоительными объемами 20 таким образом может эксплуатироваться с особенно высокой надежностью в отношении возникновения удара конденсата.

Фиг. 2, 3, 4 и 5 показывают различные возможности исполнения в части расположения успокоительных объемов 20 в однородном пучке 10 труб, который сам имеет соответственно гексагонально-симметричное расположение труб 12 теплообменника. В каждой из показанных форм исполнения при этом соответствующие успокоительные объемы 20 образуются за счет пропуска одной или нескольких труб 12 теплообменника и таким образом занимают пространство, которое стало свободным в пучке 10 труб за счет пропуска. Объем 2 теплообмена и весь остальной предложенный в соответствии с изобретением теплообменник 1 на фиг. 2, 3, 4 и 5 соответственно при этом не изображен.

При этом фиг. 2 показывает, что уже за счет пропуска одной отдельной трубы 12 теплообменника может предоставляться пространство для соответственно одного успокоительного объема 20. Дальше также уже на фиг. 2 видно, что эти успокоительные объемы 20 предпочтительно точно также равномерно и однородно распределенным образом расположены в пучке 10 труб. Это может достигаться с помощью выдерживания максимального расстояния 21 между успокоительными объемами 20, которое может, например, составлять от 5 до 10 диаметров труб 12 теплообменника. Таким образом, может обеспечиваться, что независимо от места возникновения пузырька пара в конденсате, пузырек пара в своей близи всегда найдет успокоительный объем для спокойного и беспрепятственного подъема.

Показанная на фиг. 3 форма исполнения отличается от показанной на фиг. 2, в частности, тем, что вместо одной единственной трубы 12 теплообменника для предоставления пространства для соответствующих успокоительных объемов 29 была пропущена группа соседних труб 12 теплообменника. Таким образом, особенно просто может предоставляться большое пространство для соответствующего успокоительного объема 20. Также в этой форме исполнения успокоительные объемы распределены в пучке 10 труб опять же однородно и равномерно, причем здесь в сравнении с фиг. 2 выбиралось несколько большее расстояние 21 между успокоительными объемами 20. Все преимущества, которые описывались в отношении показанной на фиг. 2 форме исполнения, таким образом, могут таким образом также предоставляться с показанной на фиг. 3 формой исполнения. Дальше в пучке 10 труб показано стационарное встроенное устройство 6, которое при этом может быть стяжным болтом или устройством для откачивания, которое может быть расположено внутри объема 2 теплообмена предложенного в соответствии с изобретением вертикального теплообменника 1.

На фиг. 4 показано, что и окружение такого рода стационарного встроенного устройства 6 может использоваться в качестве места для успокоительных объемов 20. При этом используется, что для стационарного встроенного устройства 6 в однородном пучке 10 труб уже были пропущены трубы 12 теплообменника. При этом освободившееся пространство в пучке 10 труб, однако, по меньшей мере, не полностью заполнено соответствующим стационарным встроенным устройством 6. Например, за счет дополнительного пропуска других труб 12 теплообменника, как показано на фиг. 4, может, таким образом, особо простым способом создаваться другое, дополнительное пространство для успокоительных объемов 20.

Фиг. 5 показывает другое возможное исполнение успокоительных объемов 20 в однородном пучке 10 труб вертикального теплообменника 1. При этом, как изображено на фиг. 5, такого рода успокоительные объемы 20 могут быть предусмотрены в краевой области 11 однородного пучка 10 труб. Это в смысле изобретения также представляет расположение внутри пучка 10 труб. И здесь успокоительные объемы 20 могут занимать пространства, которые соответствуют пропущенным трубам 12 теплообменника. В частности, при этом может использоваться, что часто краевая область 11 блока 10 труб не соответствует, соответственно не согласуется, с однородным распределением труб 12 теплообменника в пучке 10 труб, например, как изображено в гексагонально-симметричном расположении труб 12 теплообменника в пучке 10 труб и цилиндрическом объеме 2 теплообмена, который показан штрихпунктирной линией. Благодаря этому в краевой области 11 однородного пучка 10 труб автоматически возникают области, в которых больше не может располагаться никакая труба 12 теплообменника. Таким образом, в этих областях особенно просто могут создаваться успокоительные объемы 20, например, с помощью дополнительного пропуска труб 12 теплообменника.

Фиг. 6 и 7 показывают защитные мероприятия, которые могут предприниматься в предложенном в соответствии с изобретением теплообменнике 1, чтобы защитить, в частности, от удара конденсата верхний конец труб 12 теплообменника, который расположен вблизи верхней трубной решетки 3. Это, в частности, имеет смысл в подобного рода теплообменниках 1, в которых возможен или даже желателен подъем конденсата до верхней трубной решетки 3. В этом случае именно пузырьки пара, которые возникают вследствие эффекта выпаривания в конденсате, могут подниматься до верхней трубной решетки 3 и лопаться и/или взрываться там внутри конденсата, так как дальнейший подъем через верхнюю трубную решетку 3 невозможен. В результате этого может произойти повреждение труб 12 теплообменника.

Фиг. 6 показывает первую возможность предоставления защиты для этих верхних концов труб 12 теплообменника. При этом показано изображение разреза через одну из труб 12 теплообменника, причем пунктирной линией показана соседняя труба 12 теплообменника. В этом изображении к тому же отчетливо видно, что трубы 12 теплообменника проходят через верхнюю трубную решетку 3. Согласно изобретению теперь предусмотрена усиливающая труба 15, которая расположена коаксиально вокруг верхнего конца соответствующей трубы 12 теплообменника. При этом крепление усиливающей трубы 15 может производиться, например, с помощью завальцовывания в верхнюю трубную решетку 3, гидравлического развальцовывания при расположении на соответствующей трубе 12 теплообменника или приваривания к верхней трубной решетке 3 и/или к соответствующей трубе 12 теплообменника. При этом предпочтительно предусмотрено, что усиливающая труба 15 охватывает соответствующую трубу 12 теплообменника с геометрическим замыканием. Однако возникающее промежуточное пространство (не изображено) между усиливающей трубой 15 и соответствующей трубой 12 теплообменника, которое предпочтительно меньше 0,5 мм, предпочтительнее меньше 0,2 мм, может заделываться на нижнем конце усиливающей трубы 15 соответствующим заделывающим материалом, например, припоем или синтетическим материалом. Благодаря этому может надежно предотвращаться, что пузырек пара в конденсате попадет в это промежуточное пространство. С помощью этого мероприятия может достигаться, что толщина 13 стенки труб 12 теплообменника локально может увеличиться на множитель 3 или больше, без уменьшения внутреннего диаметра соответствующей трубы 12 теплообменника. Таким образом, может надежно предотвращаться или, по меньшей мере, уменьшаться повреждение труб 12 теплообменника вследствие удара конденсата, без создания препятствий течению первой среды в трубах 12 теплообменника.

Фиг. 7 показывает другую альтернативную возможность решения описанной выше проблематики ударов конденсата на верхнем конце труб 12 теплообменника. При этом вместо охватывающей усиливающей трубы 15 (здесь не изображена) соответственно с присоединением по оси к верхнему концу соответствующей трубе 12 теплообменника расположена, в частности, приварена дополнительная труба 14. При этом дополнительная труба 14 перекрывает соответственно полностью промежуточное пространство между соответствующей трубой 12 теплообменника и верхней трубной решеткой 3. Дополнительная труба 14 при этом имеет большую толщину стенки, чем соответствующая труба 12 теплообменника, однако, без уменьшения внутреннего поперечного сечения трубы 12 теплообменника, как, например, показано в разрезе. Также благодаря этому локально может увеличиться, в частности, увеличится на множитель 3 или больше, эффективная толщина 13 стенки трубы 12 теплообменника. Таким образом, может предоставляться особенно отвечающее запросам и/или легко приспосабливаемое усиление толщины 13 стенки труб 12 теплообменника.

Изобретение относится к вертикальному теплообменнику (1), имеющему объем (2) теплообмена, который на противоположных концах ограничен верхней трубной решеткой (3) и нижней трубной решеткой (4) теплообменника (1), и однородный пучок (10) труб, причем пучок (10) труб имеет множество труб (12) теплообменника, которые расположены регулярно друг к другу, и простирается внутри объема (2) теплообмена между нижней трубной решеткой (4) и верхней трубной решеткой (3), причем дальше через трубы (12) теплообменника может протекать первая среда и в остальном объеме теплопередачи может находиться по меньшей мере вторая среда, и причем между первой и по меньшей мере второй средой может осуществляться теплообмен. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вертикальный теплообменник (1), имеющий объем (2) теплообмена, который на противоположных концах ограничен верхней трубной решеткой (3) и нижней трубной решеткой (4) теплообменника (1), и однородный пучок (10) труб, причем пучок (10) труб включает множество труб (12) теплообменника, которые расположены регулярно друг к другу, и простирается внутри объема (2) теплообмена между нижней трубной решеткой (4) и верхней трубной решеткой (3) трубы, причем дальше через трубы (12) теплообменника протекает первая среда и в остальном объеме (2) теплообмена находится по меньшей мере вторая среда, и причем между первой и по меньшей мере второй средой осуществляется теплообмен, отличающийся тем, что в пучке (10) труб расположены успокоительные объемы (20), причем успокоительные объемы (20) внутри пучка (10) труб проходят объем (2) теплообмена, причем по меньшей мере один из успокоительных объемов (20) соответствует или, по меньшей мере, в основном, соответствует пространству одной трубы (12) теплообменника или нескольких расположенных по соседству труб (12) теплообменника в однородном пучке (10) труб, при этом успокоительным объемом является свободное пространство в пучке труб.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что пучку (10) труб внутри объема (2) теплообмена придана устойчивость с помощью, по меньшей мере, горизонтальной подпорной стенки (5), причем успокоительные объемы (20) простираются через по меньшей мере одну подпорную стенку (5).

3. Теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна горизонтальная подпорная стенка (5) выполнена в области успокоительных объемов (20) так, что успокоительные объемы (20) там расширены, причем по меньшей мере один из успокоительных объемов (20) соответствует или, по меньшей мере, соответствует пространству нескольких расположенных по соседству труб (12) теплообменника в однородном пучке (10) труб.

4. Теплообменник по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один из успокоительных объемов (20) расположен смежно со стационарным встроенным устройством (6), в частности стяжным болтом или устройством для откачивания.

5. Теплообменник по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере один из успокоительных объемов (20) расположен в краевой области (11) пучка (10) труб.

6. Теплообменник по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что расстояние (21) между успокоительными объемами (20) ограничены величиной, которая соответствует 15-кратному, предпочтительно 10-кратному, предпочтительнее 5-кратному диаметру труб (12) теплообменника.

7. Теплообменник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что успокоительные объемы (20) равномерно или, по меньшей мере, по существу, равномерно распределены в пучке (10) труб.

8. Теплообменник по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что вблизи к верхней трубной решетке (3) на верхнем конце трубы (12) теплообменника толщина (13) стенки трубы (12) теплообменника усилена, в частности, на множитель 3 или больше, без уменьшения внутреннего поперечного сечения труб (12) теплообменника или, по меньшей мере, в основном, без уменьшения внутреннего поперечного сечения труб (12) теплообменника.

9. Теплообменник по п. 8, отличающийся тем, что толщина (13) стенки труб (12) теплообменника усилена по длине более чем 50 мм, предпочтительно более чем 100 мм.

10. Теплообменник по п. 8 или 9, отличающийся тем, что толщина (13) стенки усилена с помощью расположенной по оси на конце соответствующей трубы (12) теплообменника, в частности, приваренной дополнительной трубы (14).

11. Теплообменник по п. 8 или 9, отличающийся тем, что толщина (13) стенки соответствующей трубы (12) теплообменника усилена с помощью усиливающей трубы (15), которая расположена коаксиально к соответствующей трубе (12) теплообменника и радиально ее охватывает.

12. Теплообменник по п. 11, отличающийся тем, что соответствующая усиливающая труба (15) с силовым замыканием и/или посредством материала закреплена в и/или на соответствующей трубе (12) теплообменника и/или на пучке (10) труб и/или на верхней трубной решетке (3).

13. Теплообменник по п. 11 или 12, отличающийся тем, что промежуточное пространство между усиливающей трубой (15) и соответствующей трубой (12) теплообменника меньше 0,5 мм, в частности, меньше 0,2 мм, предпочтительно 0,0 мм.

14. Теплообменник по п. 13, отличающийся тем, что промежуточное пространство между усиливающей трубой (15) и соответствующей трубой (12) теплообменника на нижнем конце усиливающей трубы (15) заделано с помощью заделывающего материала (16), в частности, припоя и/или синтетического материала.