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Aus batterieartig zusammengesetzten Rohretementen bestehender Wärme. utstauseher.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen aus batterieartig zusammengesetzten Rohr- elementen bestehenden Wärmeaustauscher, der sowohl als Lufterhitzer als auch als Speisewasser- vorwärmer Verwendung finden kann und der dazu bestimmt ist, die in den Rauchgasen von Feuerung- anlagen enthaltenen Wärmemengen zur Vorwärmung von Verbrennungsluft oder Speisewasser aus- zunutzen.
Wärmeaustauscher, bei denen sowohl an der Innenseite als auch an der Aussenseite der Rohre
Nadeln angeordnet sind, deren Länge den spezifischen Wärmen der wärmeaustauschenden Gase angepasst sind, sind bekannt. Gegenstand vorliegender Erfindung bildet die besondere Anordnung der Nadeln in Verbindung mit am Heizrohr angeordneten Rippen. Die Nadeln werden entweder an
Rippen angegossen, welche ihrerseits mit dem Heizkörper ein Gussstück bilden oder es werden auf die die Heizelemente bildenden glatten guss-oder schmiedeeisernen Rohre gusseiserne, mit den Nadeln besetzte Ringe kalt oder warm aufgezogen.
Die Nadeln können auch sowohl am Rohrkörper als auch an Rippen angeordnet werden, die mit weehselnder Entfernung von der Rohrachse stufenförmig abgesetzt sind, wobei die Länge der Nadeln so bemessen wird, dass sie von innen nach aussen zunimmt.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1 und 2 einen als Lufterhitzer ausgebildeten Wärmeaustauscher in
Seitenansicht und im Querschnitt, die Fig. 3 und 4 ein einzelnes Rohrelement zum Teil im Längsschnitt und in Seitenansicht bzw. im Querschnitt, die Fig. 5 und 6 eine Seitenansicht des Heizelementes eines Speisewasservorwärmers mit zwei übereinanderliegenden Rohrzügen, teilweise im Schnitt gezeichnet bzw. dessen Querschnitt, die Fig. 7 und 8 ein Einrohrheizelement eines Speisewasservorwärmers in derselben Darstellungsweise, Fig. 9 ist eine andere Seitenansicht des Heizelementes nach Fig. 5 und 6, teilweise im Schnitt gezeichnet, Fig. 10 ein Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Heizelementes und Fig.
11 ein Längsschnitt eines Verbindungskrümmers bei einer abge- änderten Ausführungsform der Heizelemente.
Der Wärmeaustauscher, der z. B. als Lufterhitzer in dem von Rauchgasen in Richtung des Pfeiles x durchzogenen Schacht a eingebaut ist, besteht aus zwei Batterien b und e, von denen jede aus parallel geschalteten Rohrelementen d zusammengesetzt ist. Auf der einen Stirnseite des Lufterhitzers schliesst sich an die untere Heizbatterie b der Druekstutzen e des die zu erwärmende Luft zuführenden Ventilators t und an die obere Heizbatterie c der die erwärmte Luft ableitende Stutzen (jf an. Die gegenüberliegenden Stirnseiten der Heizbatterien b, c sind durch einen Kanal h miteinander verbunden. Die zu erwärmende Luft wird also senkrecht zur Strömungsrichtung der Rauchgase geführt.
Die Anordnung lässt sieh auch so treffen, dass die zu erwärmende Luft im Gleich-oder Gegenstrom geführt wird.
Um die Rohre d bequem zu Batterien zusammensetzen zu können, sind ihre Enden mit kastenartigen Erweiterungen i von rechteckiger oder quadratischer Form versehen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Erweiterungen t drei-oder sechseckig derart auszubilden, dass sich die Rohrelemente d lückenlos zusammensetzen lassen. Die Erweiterungen i sind mit Löchern Je versehen, derart, dass je zwei benachbarte Rohrelemente durch Schrauben l miteinander verbunden werden können.
Die Rohre d sind beiderseits ihrer Wandung mit nadelartigen Vorsprüngen m, n versehen, die eine gute Wärmeübertragung gewährleisten. Die Nadeln m, M können je nach der Temperatur der abziehenden Rauchgase und der Strömungsgeschwindigkeit der zu erwärmenden Luft gleich oder verschieden lang bemessen sein.
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Wie insbesondere Fig. 4 erkennen lässt, besitzen die Rohre d einen flachgedrückte ovalen Querschnitt mit zwei langgestreckten parallelen Seiten und beiderseits abgerundeten Enden. Durch diese Ausbildung ist es möglich, den nadelartigen Vorsprüngen beim Giessen eine parallele Stellung zu geben. Ausserdem wird durch die abgerundeten Enden der Strömungswiderstand, den die Abgase an den Rohren il finden, in erheblichem Masse herabgesetzt.
Die Erweiterungen i weisen an den Aussenseiten einen etwas erhöhten umlaufenden Rand o auf, der vollkommen eben geschliffen ist und an den sieh eine umlaufende Rinne p anschliesst, die zur Aufnahme einer Dichtungseinlage q aus Asbest od. dgl. dient. Beim Anziehen der Schrauben/, legen sich die benachbarten Ränder o zweier Rohrelemente dicht aufeinander. Gleichzeitig wird die Dichtung- einlage q fest zusammengepresst und teilweise in den zwischen zwei Erweiterungen i befindlichen schmalen Spalt hineingedrückt. Hiedureh wird einerseits eine gute Abdichtung erzielt und anderseits erreicht, dass man die Bauhöhe jeder Rohrbatterie im Voraus genau bestimmen kann.
Ausserdem
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Das in den Fig. 5,6 und 9 dargestellte Heizelement, das in erster Linie für Speisewasservorwärmer bestimmt ist, besteht aus einem Gusskörper r, der zwei übereinanderliegende zylindrische
Rohrzüge s, l enthält, die durch eine Zwischenwand M getrennt sind. Die Züge s, t gehen an beiden Enden in je einen gemeinsamen Stutzen 11 über. An den Enden der Gusskörper r sind Verbindungflansche ? angegossen, die zur Aufnahme einer Dichtungseinlage mit einer umlaufenden Rinne y versehen sind. An den Gusskörper r sind Rippen z angegossen, die beiderseits mit parallel stehenden Nadeln 10 besetzt sind.
Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Nadeln 10 unmittelbar an die Heizelemente l'anzugiessen, jedoch gewährleisten die Rippen z die Unterbringung einer grösseren Anzahl von Nadeln auf einem etwa dem gleichgrossen Raum. Ausserdem ist es aus giessereitechnischen Gründen und Festigkeitsrücksiehten vorteilhaft, die Rippen z vorzusehen, da die Nadeln dann durchwegs gleiche Länge erhalten.
Die Nadeln 10 bewirken in Verbindung mit den Rippen z eine sehr intensive Wärmeausnutzung, d. h. einen hohen thermischen Wirkungsgrad des Ekonomizers.
Die Zusammenfassung mehrerer Rohrzüge in einem einzigen Gusskörper hat folgenden Vorteil.
Ein einzelnes Rohr, dessen Querschnittsfläche ebenso gross wie der Gesamtquerschnitt der beiden Rohre s, t wäre, müsste einen entsprechend weiteren Durchmesser haben. Je grösser aber der Durchmesser eines Rohres ist. desto geringer ist seine Widerstandsfähigkeit gegen inneren Überdruck. Infolgedessen können bei der erfindungsgemäss getroffenen Anordnung die Rohre mit viel höherem Innendruck beansprucht werden, als es bei einem einzelnen Rohr von gleichem lichten Querschnitt möglich wäre.
Dadurch, dass die einzelnen Rohrzüge an den Enden in gemeinsame Stutzen v übergehen, können zur Verbindung der Heizelemente die üblichen Doppelkrümmer verwendet werden. Gleichzeitig wird hiedurch die Betriebssicherheit erhöht, da nur eine geringe Anzahl von Flanschen und Dichtungen benötigt wird.
Es besteht auch die Möglichkeit, die beiden Rohrzüge s, f bis zu ihren Enden parallel nebeneinander verlaufen zu lassen, wie aus Fig. 11 hervorgeht. In diesem Fall gelangen Doppelkrümmer 11 zur Verwendung, die zwei konzentrische, halbkreisförmig verlaufende Kanäle 12, l : J enthalten.
In den Fig. 7 und 8 ist ein Einrohrelement dargestellt, bei dem die Nadeln 10 sowohl am Rohrkörper 16 als auch an Rippen 17 angeordnet sind, die mit wachsender Entfernung von der Rohrachse stufenförmig abgesetzt sind. Hiebei ist es zweckmässig, die am weitesten von der Rohrachse entfernten Nadeln länger zu gestalten als die inneren Nadeln.
Wird der Speisewasser-Vorwärmeapparat aus einzelnen Rohren von kreisförmigem Querschnitt zusammengebaut, so wählt man zweckmässig die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform. Dort sind auf einem glatten guss- oder schmiedeeisernen Rohr 14 gusseiserne Ringe 15 aufgeschrumpft, die mit radial gestellten Nadeln 10'besetzt sind. Die Ringe 1. können unter Umständen auch kalt aufgezogen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Aus batterieartig zusammengesetzten Rohrelementen bestehender, im Abgasabführungs- kanal einer Feuerungsanlage od. dgl. angeordneter Wärmeaustauscher, dessen Rohrelemente auf einer oder beiden Seiten ihrer Wandung mit nadelartigen Vorsprüngen besetzt sind, dadurch gekennzeichnet. dass die Nadeln (10) an Rippen (z) angegossen sind, welche ihrerseits mit den Heizelementen (r) ein Gussstück bilden.
2. Wärmeaustauseher, dadurch gekennzeichnet, dass seine Heizelemente aus glatten guss-oder schmiedeeisernen Rohren (14) bestehen, auf welche gusseiserne, mit radial stehenden Nadeln (10') besetzte Ringe (15) kalt oder warm aufgezogen sind.
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Heat consisting of tubular elements assembled like batteries. utstauseher.
The present invention relates to a heat exchanger consisting of tubular elements assembled like a battery, which can be used both as an air heater and as a feed water preheater and which is intended to use the amounts of heat contained in the flue gases of combustion systems for preheating combustion air or feed water to exploit.
Heat exchangers where both the inside and the outside of the tubes
Needles are arranged, the length of which is adapted to the specific heat of the heat exchanging gases, are known. The subject of the present invention is the special arrangement of the needles in connection with ribs arranged on the heating tube. The needles are on either
Cast on ribs, which in turn form a cast piece with the heating element, or cast-iron rings with needles are drawn cold or warm onto the smooth cast or wrought iron pipes forming the heating elements.
The needles can also be arranged both on the tubular body and on ribs, which are stepped off at alternating distances from the tube axis, the length of the needles being dimensioned so that it increases from the inside out.
The object of the invention is shown in the drawing in several embodiments, u. Between FIGS. 1 and 2 show a heat exchanger designed as an air heater
Side view and in cross section, Figs. 3 and 4 show a single pipe element partly in longitudinal section and in side view or in cross section, Figs. 5 and 6 show a side view of the heating element of a feed water preheater with two superimposed pipe trains, partly drawn in section or its 7 and 8 show a single-pipe heating element of a feedwater preheater in the same manner of representation, FIG. 9 is another side view of the heating element according to FIGS. 5 and 6, partially drawn in section, FIG. 10 shows a cross-section through another embodiment of the heating element and FIG .
11 shows a longitudinal section of a connecting elbow in a modified embodiment of the heating elements.
The heat exchanger, the z. B. is installed as an air heater in the shaft traversed by flue gases in the direction of arrow x, consists of two batteries b and e, each of which is composed of pipe elements d connected in parallel. On one end of the air heater, the lower heating battery b is connected to the pressure nozzle e of the fan t supplying the air to be heated, and to the upper heating battery c the nozzle discharging the heated air (jf. The opposite end faces of the heating batteries b, c are through connected to one another by a duct H. The air to be heated is thus guided perpendicular to the flow direction of the flue gases.
The arrangement can also be made such that the air to be heated is guided in cocurrent or countercurrent.
In order to be able to easily assemble the tubes d into batteries, their ends are provided with box-like extensions i of rectangular or square shape. There is also the possibility of designing the extensions t triangular or hexagonal in such a way that the pipe elements d can be put together without any gaps. The extensions i are provided with holes each so that two adjacent pipe elements can be connected to one another by screws l.
The tubes d are provided with needle-like projections m, n on both sides of their walls, which ensure good heat transfer. The needles m, M can have the same or different lengths depending on the temperature of the exhaust gases and the flow velocity of the air to be heated.
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As can be seen in particular from FIG. 4, the tubes d have a flattened oval cross section with two elongated parallel sides and ends that are rounded on both sides. This design makes it possible to give the needle-like projections a parallel position during casting. In addition, the rounded ends of the flow resistance that the exhaust gases find on the pipes il reduced to a considerable extent.
The widenings i have a slightly raised circumferential edge o on the outside, which is ground completely flat and to which a circumferential groove p adjoins, which serves to accommodate a sealing insert q made of asbestos or the like. When the screws / are tightened, the adjacent edges of two pipe elements lie close together. At the same time, the sealing insert q is firmly pressed together and partially pressed into the narrow gap located between two extensions i. On the one hand, a good seal is achieved and, on the other hand, it is possible to precisely determine the overall height of each tubular battery in advance.
Moreover
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The heating element shown in FIGS. 5, 6 and 9, which is primarily intended for feed water preheaters, consists of a cast body r, the two cylindrical ones lying one above the other
Contains pipe runs s, l which are separated by a partition M. The trains s, t merge into a common connecting piece 11 at both ends. At the ends of the cast bodies r are connecting flanges? molded, which are provided with a circumferential groove y to accommodate a sealing insert. Ribs z are cast onto the cast body r, and both sides are filled with needles 10 that are parallel.
There is of course also the possibility of casting the needles 10 directly onto the heating elements 1 ', but the ribs z ensure that a larger number of needles can be accommodated in a space of approximately the same size. In addition, for reasons relating to foundry technology and reasons of strength, it is advantageous to provide the ribs z, since the needles then have the same length throughout.
In connection with the ribs z, the needles 10 bring about a very intensive use of heat, i. H. a high thermal efficiency of the economizer.
The combination of several pipe runs in a single cast body has the following advantage.
A single tube, the cross-sectional area of which would be as large as the total cross-section of the two tubes s, t, would have to have a correspondingly wider diameter. But the larger the diameter of a pipe. the lower its resistance to internal overpressure. As a result, with the arrangement made according to the invention, the pipes can be subjected to a much higher internal pressure than would be possible with a single pipe of the same clear cross section.
Because the individual pipe runs merge into common nozzles v at the ends, the usual double bends can be used to connect the heating elements. At the same time, this increases operational reliability, since only a small number of flanges and seals are required.
It is also possible to have the two pipe runs s, f run parallel to one another up to their ends, as can be seen from FIG. 11. In this case, double bends 11 are used, which contain two concentric, semicircular ducts 12, 1: J.
In FIGS. 7 and 8, a single-tube element is shown in which the needles 10 are arranged both on the tubular body 16 and on ribs 17, which are stepped off with increasing distance from the tube axis. It is useful to make the needles furthest away from the tube axis longer than the inner needles.
If the feed water preheater is assembled from individual tubes of circular cross-section, the embodiment shown in FIG. 10 is expediently selected. There, cast iron rings 15 are shrunk onto a smooth cast or wrought iron tube 14 and are fitted with radially positioned needles 10 ′. The rings 1. can possibly also be pulled on cold.
PATENT CLAIMS:
1. Heat exchanger consisting of tubular elements assembled like a battery and arranged in the exhaust gas discharge duct of a combustion system or the like, the tubular elements of which are provided with needle-like projections on one or both sides of their wall, characterized. that the needles (10) are cast on ribs (z) which in turn form a casting with the heating elements (r).
2. Heat exchanger, characterized in that its heating elements consist of smooth cast or wrought iron tubes (14), onto which cast iron rings (15) fitted with radial needles (10 ') are drawn cold or warm.