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Dampferzeuger oder Wärmeaustauscher.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger oder Wärmeaustauscher mit einer grossen Zahl langer Rohre von kleinem Durchmesser, die sich durch eine Heizkammer erstrecken. Die Erfindung hat es sieh hauptsächlich zur Aufgabe gemacht, den Raumbedarf und das Gewicht der Konstruktion zu verringern sowie einen besseren Wirkungsgrad als bisher durch Verbesserung der Wärmeübertragung zu erzielen. Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe nahe nebeneinander angeordneten Rohre an ihren Enden mit Endkammern versehen sind und die Endkammern benachbarter Reihen stufenförmig gegeneinander versetzt sind, um eine Herabsetzung des Reihenabstandes zu gestatten.
Die Dampferzeugungs- oder Wärmeaustauschelemente bzw. Rohre sind derart angeordnet und getragen, dass sie leicht entfernt und ersetzt werden können. Durch die besondere Ausbildung der Rohre wird den über sie hinziehenden Gasen möglichst viel Wärme entzogen. Die Rohre sind so angeordnet, dass sie zur Erzielung einer günstigen Wärmeaufnahme nahe aneinanderliegen. Die Beschickung des Dampferzeugers mit Wasser ist entsprechend der Lage der verschiedenen Rohre in den Hitzezonen der Feuerung und dem dadurch bedingten verschiedenen Verdampfungsgrad angepasst.
Die Rohre sind derart in Gruppen angeordnet, dass jede einzelne Gruppe aus dem Dampferzeuger zur Überprüfung, Ausbesserung, Reinigung, zum Ersatz u. dgl. entfernt werden kann. Sie sind in den Kopfstücken, durch die sie zu Gruppen vereinigt werden, auf besondere Weise angeordnet und befestigt sowie derart geformt, dass sie nahe aneinanderliegen, ohne dass die leichte Entfernbarkeit der Rohrgruppen beeinträchtigt wird. Die Rohrgruppen werden durch besondere Organe getragen. Die Kopfstücke, durch welche die Rohrgruppen getragen werden, sind stufenförmig angeordnet, so dass die Rohre der betreffenden Gruppen gleich weit von den Rohren benachbarter Gruppen abstehen.
Zum Betreiben eines Dampferzeugers können die erforderlichen Heizgase in einer zu dem Dampferzeuger gehörigen Feuerkammer erzeugt werden oder auch von einer andern Stelle her stammen.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch den unteren Teil eines Dampferzeugers, der an den Überhitzer einer Gaserzeugungsanlage angeschlossen ist und dazu dient, die Wärme der Gase auszunutzen, die durch die Anlage in der Blasperiode strömen.
Fig. 2 ein Vertikalschnitt durch den oberen Teil des Dampferzeugers, der sich im wesentlichen an Fig. 1 anschliesst, Fig. 3 ein Vertikalschnitt durch das oberste Ende des Dampferzeugers, der den Wasserverteiler mit seinem Sieb zur Verhinderung des Eintretens von Verunreinigungen in die Verdampferrohre, die Tragorgane und die Anordnung der Rohrgruppen zeigt, Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 3, Fig. 5 ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig 1, der die Anordnung der Ausströmkopfstücke und der Prallplatten zeigt, Fig 6 ein Schnitt, der die Anordnung der Teile zeigt, durch welche der Eintritt des Wassers aus den Sammelköpfen in die Sammelkasten bewirkt wird, Fig 7 eine Endansicht des Verteilkopfes nach Fig. 10 von rechts, Fig. 8 ein Schnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 10, Fig.
9 ein Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 10, Fig. 10 ein Schnitt durch eine Ausführungsform des Verteilkopfes, Fig. 1 und 12 zeigen in Vorder-und Endansicht eine Ausführungsform der Tragorgane für die Rohrgruppen, Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Aus- führungsform.
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Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die Umkleidung 2 des Dampferzeugers durch das Fachwerk 4 getragen. Die Heizgase treten durch die Öffnung 12 in die Kammer 16 des Dampferzeugers ein.
Die Umkleidung 2 des Dampferzeugers kann verschieden ausgebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform ist aussen eine Wand 18 aus Stahl vorgesehen, hinter der sich eine Schicht 20 aus feuerbeständigem Material befindet, die gleichzeitig zur Wärmeisolation dient. Wie die Fig. 1 zeigt, besitzt der untere Teil 16 b der Heizkammer 16 verhältnismässig grossen Querschnitt im Vergleich zum oberen Teil oder Heizgaszug 16 a und ist an diesen Teil durch ein gekrümmtes Zwischenstück angeschlossen, dessen Krümmung ungefähr der später zu beschreibenden Krümmung der Verdampferrohre entspricht. Beispielsweise kann dieses Zwischenstück derartig hergestellt sein, dass die Ziegel 22 durch T-Eisen 24 getragen werden.
Wie bereits hervorgehoben, besteht der Dampferzeuger aus einer grösseren Anzahl verhältnismässig langer, im wesentlichen aufrecht stehender Rohre von geringem Durchmesser und geringer Wandstärke, in deren obere Enden Wasser in einer Menge eintritt, die zwar grösser ist als im Rohr verdampfen kann, aber nicht ausreicht, den inneren Querschnitt der Rohre zu füllen, wobei das Wasser in Form einer Wasserschicht an der Rohrwand herabfliesst. Die Rohre 26 bestehen aus langen aufrechten Teilen 26 a und kurzen gekrümmten unteren Teilen 26 b, die sich in dem unteren und breiteren Teil 16 b der Heizkammer 16 befinden, während die lotreehten Rohrteile 26 a in dem schmäleren Teil 16 a der Heizkammer
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haben. Ihr Durchmesser ist verhältnismässig gering, z.
B. 17 mm Aussendurchmesser und 14 mm Innendurchmesser bei einer Wandstärke von 1-5 mm, wobei der Abstand der Rohre vorzugsweise 6 mm beträgt.
Die Rohre können aus einem beliebigen Material bestehen, z. B. aus nahtlos gezogenem Stahl.
Jedes der Rohre 26 ist an einem Ende an eine Einströmendkammer 28 und am andern Ende an eine Ausströmendkammer 30 angeschlossen, u. zw. erfolgt die Verbindung wegen der Einfachheit der Herstellung und der Dauerhaftigkeit am besten durch Einwalzen in den Eintrittsöffnungen.
Jede der Endkammern 28 dient zum Tragen der Rohrgruppen, die an sie angeschlossen sind. Um die Rohre so nahe als möglich aneinanderzubringen, so dass die Wärme der vorbeiströmenden Gase möglichst vollständig ausgenutzt wird, werden die Rohrgruppen derart angeordnet, dass die Endkammer einer Rohrgruppe sich etwas oberhalb und nur wenig seitlich hinausgerüekt gegenüber der Endkammer der voranliegenden Rohrguppe befindet. Die oberen Enden der Rohre sind leicht gegen die Mittellinie des Dampferzeugers gebogen, um diese Anordnung der Rohrgruppen zu erleichtern. Die Vorrichtungen
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um eine oder mehrere der Rohrgruppen entfernen zu können.
Fig. 11 und 12 zeigen eine solche Konstruktion. An der Endkammer 28 sind Augen 60 befestigt, durch welche eine Stange 62 durchgesteckt wird, die in entsprechende Augen 64 eingreift, welche durch Schrauben 66 an den Flanschen 68 eines zum Fachwerk des Dampferzeugers gehörigen Winkeleisens 70 befestigt sind. Nach Fig. 13 und 14 sind die Augen 64 durch Blech 72 ersetzt, die an dem Fachwerk festgeschraubt oder festgenietet sind. Die Teile 73 und 74 entsprechen den Teilen 62 und 70 der Fig. 11 und 12.
Bei der Tragvorrichtung nach Fig. 11 und 12 wird zur Entfernung der Rohrgruppe aus dem Gehäuse die Stange 62 aus den mit Schraubengewinde versehenen Augen 60 und 64 herausgeschraubt. Nach Wiedereinsetzen der Rohrgruppe wird die Stange wieder eingeschraubt. Nach Fig. 13 und 14 sind jedoch die Tragstücke 72 so angeordnet, dass die von ihnen getragenen Stangen 73 jenseits der Tragaugen der Endkammern 28 keine Unterstützung brauchen, so dass die Rohrgruppen durch einfaches Abziehen von den Stangen 73 entfernt werden können.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform zur Unterstützung der Rohrgruppen dargestellt, die die Herausnahme der Rohre erleichtert. Am oberen Ende der Heizkammer ist eine V-förmige Tragkonstruktion 77 angeordnet, die bei 79 an der Gehäusewand aufgehängt ist und an ihrem unteren spitzen Ende durch Platten 81 zusammengehalten wird. Diese Tragkonstruktion ist mit einer Reihe von Sitzen 7/5 ausgestattet, in denen die Endkammern liegen, die nach Entfernung des an einem Ende angeschlossenen Rohres 40 aus diesen Sitzen herausgeschwenkt werden können.
Jede Endkammer ist, wie bereits angeführt, durch ein Rohr 40 an einem lotrecht angeordneten Verteiler 42 angeschlossen, u. zw. sind die höher liegenden Verteilköpfe an die oberen Ausströmöffnungen des Verteilers, die tiefer liegenden Endkammern an die unteren Ausströmöffnungen angeschlossen. Man erreicht durch diese Anordnung unter anderm, dass die Höhe der Wassersäule über den Einströmöffnungen in die Rohre und damit die Menge des zu den einzelnen Rohrgruppen fliessenden Wassers entsprechend dem Wasserbedarf der einzelnen Gruppen wechselt, der von der Temperatur in den verschiedenen Teilen des Dampferzeugers abhängig ist. Es ergibt sich aus Fig. 1, dass die an die tiefer liegenden Endkammern 28 angeschlossenen Rohre mit ihren gekrümmten unteren Enden tiefer in die Kammer 16 hineinragen, so dass sie zuerst von den Gasen bespült werden.
Diese Rohre liegen ausserdem nahe am Zentrum des Gaserzeugers und sind somit auch aus diesem Grunde der stärksten Hitze ausgesetzt. Die Dampferzeugung wird daher in diesen Rohren grösser sein als in den äusseren und höher gelegenen Rohrgruppen, so dass die inneren Rohrgruppen mit einer grösseren Wassermenge beschickt werden müssen als die äusseren, um
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je mehr sie sich dem Zentrum nähern, eine immer grössere Höhe der Wassersäule über der zugehörigen Endkammer zugeordnet ist.
Beim Betrieb des Dampferzeugers wird der Verteiler 42 mit Wasser beschickt, das teilweise unverdampft durch die Verdampferrohre hindurchgegangen ist und das zum andern Teil durch neu in den Kreislauf gelangendes Wasser gebildet wird. Dieses Speisewasser kann ganz oder teilweise aus kondensiertem, aus dem Dampferzeuger stammenden Dampf bestehen, nachdem dieser zu den gewünschten Zwecken verwendet worden ist.
Das aus den Rohren austretende Wasser tritt in Endkammern 30 und wird von dort durch Rohre 206 und 207 zu Sammelkasten 78 geleitet, die in grösserer Zahl angeordnet sind und die Trennung von Dampf und Wasser erleichtern sollen.
Dies erfolgt, wie Fig. 6 zeigt, derart, dass Dampf und Wasser tangential zu der Wand der Sammelkasten eintritt. An die Sammelkasten sind Leitungen angeschlossen, die den Dampf über Wasserabscheider in die Hauptleitung abgeben, die ihn zu der Verbrauchsstelle führt.
Wie Fig. 5 zeigt, sind die Endkammern 30 so angeordnet, dass die Rohre jeder Gruppe den Zwischenräumen zwischen den Rohren der benachbarten Gruppen gegenüberliegen. Um die Rohre auf ihrer ganzen
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die zu einem Paar gehörigen Sammelkasten zusammenstossen bzw. einen gewissen Abstand voneinander haben, so dass ihre Rohre richtig gegenüber den Zwischenräumen der Rohre derjenigen Gruppen eingestellt werden können, deren Sammelkasten zusammenstossen. Dementsprechend sind auch die Einströmendkammern 28 (Fig. 4) angeordnet. Am besten wird man die Rohre einer Gruppe gegenüber den Rohren der benachbarten Gruppe derart anordnen, dass die Abstände zwischen den einzelnen Rohren derselben und benachbarter Gruppen gleich sind.
Die ganz im Inneren liegenden Rohrgruppen können nicht wie die andern Rohrgruppen nach den Fig. 11-14 oder nach Fig. 3 in Sitzen 75 unterstützt werden, sondern es müssen mit Rücksicht auf den geringen freien Raum, der zur Verfügung steht, andere Mittel zur Unterstützung vorgesehen sein. Nach
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Verbindungsplatten 81 der Tragkonstruktion 77 befestigt sind.
An gegenüberliegenden Seiten der Heizkammer sind Türen angeordnet, die am besten einen Teil der entfernbaren Seitenwände der Umkleidung 2 bilden und durch die die Rohrgruppen zur Überprüfung, Ausbesserung oder zum Ersatz entfernt werden können.
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eine vollständige Aufnahme der Heizgaswärme durch die Heizfläche. Durch die Ausführung des unteren Teiles der Umkleidung mit grösserem Querschnitt erleichtert man die Anordnung der zur Sammlung und Trennung von Dampf und Wasser dienenden Teile und erhält ausserdem Raum für die Anordnung von Brennern, wenn dieser Teil der Umkleidung als Verbrennungskammer dienen soll.
Die Rohre sind von solcher Länge, dass sie nicht nur die ganze strahlende Wärme der Gase aufnehmen, besonders, wenn die Verbrennung in der Heizkammer selbst stattfindet, sondern dass sie auch den ganzen Wärmeinhalt der Gase vor deren Austritt aus dem Dampferzeuger aufnehmen.
Wie eben bemerkt, weisen die untern Enden 26b der Rohre 26 einen grossen Krümmungshalbmesser auf. Durch diese Krümmung der unteren Rohrenden kann man den Rohrabstand beim Eintritt der Rohre in den untern Teil 16b der Heizkammer 16 vergrössern und Endkammern 30 von grösserem Querschnitt verwenden.
Diese Vergrösserung des Rohrabstandes gestattet auch eine günstige Anordnung der Endkammern, wie insbesondere Fig. 1 zeigt, und veranlasst die heissen Gase, die entweder durch Verbrennung in der Heizkammer entstehen oder von aussen zugeführt werden, leicht an den unteren Rohrenden vorbeizustreichen und sich bei ihrem Eintritt in den oberen engeren Teil der Heizkammer gleichmässig über den Querschnitt des Heizgaszuges zu verteilen, so dass eine gleichmässigere Wärmeabgabe an alle Verdampferrohre erfolgt.
Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform im besondern die Erzeugung von Wasserdampf beschrieben ist, könnte die Erfindung auch für andere Flüssigkeiten als Wasser und für Wärmeaustausch Verwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dampferzeuger oder Wärmeaustauscher mit einer grossen Zahl langer Rohre von kleinem Durchmesser, die sich in der Längsrichtung einer Heizkammer erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass diese in Reihen nahe nebeneinander angeordneten Rohre an einem Ende mit Endkammern versehen sind und die Endkammern benachbarter Reihen stufenförmig gegeneinander versetzt sind, um eine Herabsetzung des Reihenabstandes zu gestatten.