DE1240535B

DE1240535B - Erhitzer fuer kalte Fluide

Info

Publication number: DE1240535B
Application number: DET23604A
Authority: DE
Inventors: James P Hyer; Joseph J Santoleri
Original assignee: Thermal Research and Engineering Corp
Current assignee: Thermal Research and Engineering Corp
Priority date: 1962-09-11
Filing date: 1963-03-09
Publication date: 1967-05-18
Also published as: FR1351334A; US3138150A; BE629905A; GB1028543A

Description

DEUTSCHES WFKS^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 17f-13

Nummer: 1 240 535

Aktenzeichen: T 236041 a/17 f

1 240 535 Anmeldetag: 9.März 1963

Auslegetag: 18. Mai 1967

Die Erfindung betrifft Erhitzer für kalte Fluide mit einem Behälter, der eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, die beim Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid zum Gefrieren neigt.

Aus der deutschen Patentschrift 494322 ist eine Einrichtung zur Erhitzung von Wasser und anderen Flüssigkeiten bekannt, bei welcher zur Wärmeübertragung an die durch eine Trennwandung abgesonderte zu verdampfende oder zu erhitzende Flüssigkeit eine nur bei hohen Temperaturen sich verflüchtigende Flüssigkeit oder geschmolzene Masse dient, in welche ein Tauchflammbrenner eingeführt ist. Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 499 657 ein Brenner für die unmittelbare Einführung von Verbrennungsgasen in zu erhitzende Flüssigkeiten bekannt, der einschließlich seiner Heizgasaustrittsöffnung oberhalb eines Behälters mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit angeordnet ist und ein nach unten führendes Tauchrohr aufweist, dessen unterer Teil in die von den Heizgasen durchströmte Wärmeübertragungsflüssigkeit eintaucht. Schließlich kennt man aus der deutschen Patentschrift 684455 auch eine Warmwasserbereitungsanlage mit mittelbarer Erwärmung des Brauchwassers in einer Rohrschlange, die in die Wärmeübertragungsflüssigkeit eintauchend im Behälter für die Wärmeübertragungsflüssigkeit angeordnet ist.

Wenn man aber in diesen bekannten Einrichtungen zur Erhitzung von kalten Fluiden eine Wärmeübertragungsflüssigkeit verwendete, die beim Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid zum Gefrieren neigt, so beobachtete man immer, daß auf den Wärmeaustauschflächen, wie beispielsweise den Oberflächen der Rohrschlangen, die Wärmeaustauschflüssigkeit gefror und dabei eine schwerer leitende Isolierschicht auf der Wärmeaustauschfläche bildete, die den Wärmeaustausch erschwerte und den Nutzeffekt der Anlage verringerte. Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Erhitzer für kalte Fluide zu schaffen, in dem eine Wärmeübertragungsflüssigkeit verwendet werden kann, die beim Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid zum Gefrieren neigt, ohne daß während des Betriebs des Erhitzers sich gefrorene Wärmeaustauschflüssigkeit auf den Rohrschlangen ansetzt, die von dem kalten Fluid durchströmt werden und in die Wärmeübertragungsflüssigkeit eintauchen. Diese Aufgabe wird in zufriedenstellender Weise durch die besondere Konstruktion des Erhitzers nach der Erfindung gelöst.

Dieser Erhitzer nach der Erfindung für kalte Fluide mit einem Behälter, der eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, die beim Wärmeaustausch Erhitzer für kalte Fluide

Anmelder:

Thermal Research & Engineering Corporation,
Conshohocken, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

James P. Hyer, Norristown, Pa.;

Joseph J. Santoleri, Wayne, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. September 1962 (222785)

mit dem kalten Fluid zum Gefrieren neigt, mit einem einschließlich seiner Heizgasaustrittsöffnung oberhalb des Behälters angeordneten Brenner, einem diesen umgebenden, nach unten führenden Tauchrohr, dessen unterer Teil in die von den Heizgasen durchströmte Wärmeübertragungsflüssigkeit eintaucht, mit mindestens einer das zu erhitzende kalte Fluid führenden Rohrschlange, die in die Wärmeübertragungsnussigkeit eintauchend im Behälter angeordnet ist, mit einer Leitwand, die das Tauchrohr umgibt und den Behälterraum in einen inneren Ringraum für das Aufwärtsströmen von Heizgasen und Wärmeübertragungsflüssigkeit und einen äußeren Ringraum für das Abwärtsströmen der Wärmeübertragungsflüssigkeit teilt, wobei die Leitwand mit einer Öffnung am oberen Ende zum Übertritt von Heizgas und Wärmeübertragungsflüssigkeit in den äußeren Ringraum versehen ist und der äußere Ringraum mit dem inneren Ringraum am unteren Ende der Leitwand in Verbindung steht, sowie mit Heizgasaustrittsöffnungen am unteren Ende des Tauchrohrs, weist das die Erfindung kennzeichnende Merkmal auf, daß die Rohrschlangen im inneren Ringraum angeordnet sind.

Obwohl für die nachfolgenden Merkmale kein selbständiger Schutz begehrt wird, erwies es sich doch als vorteilhaft, wenn bei diesem Erhitzer das untere Ende der Leitwand tiefer als das untere Ende des Tauchrohres liegt und wenn am Ende des Tauch-

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Claims

rohres eine Bodenplatte vorgesehen ist, über der Gasaustrittsöffnungen angebracht sind. Durch die spezielle Anordnung der Rohrschlangen im inneren Ringraum des Erhitzers nach der Erfindung werden die heißen Verbrennungsgase und die Wärmeübertragungsflüssigkeit gezwungen, mit starker Wirbelung um die Rohrschlangen aufwärts zu strömen, wodurch das Gefrieren der Wärmeübertragungsflüssigkeit auf den Außenflächen der Rohrschlangen verhindert wird. Durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert. Diese Zeichnung zeigt in der linken Hälfte einen senkrechten Schnitt und in der rechten Hälfte einen seitlichen Aufriß eines Erhitzers nach der Erfindung. Ein Behälter 10 auf Trägern 11 ist mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit, z. B. Wasser, bis zu einem Flüssigkeitsspiegel 12 gefüllt. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit kann dem Behälter durch ein Rohr 13 zugeführt und von dem Behälter durch ein Rohr 14 abgeleitet werden, um den Flüssigkeitsspiegel auf dem gewünschten Stand zu halten und um eine Zirkulation zu bekommen, die die Temperatur auf der gewünschten Höhe halten soll. Eine Kontrolleinrichtung 15 für eine Temperaturkontrolle ist am Einlaßrohr 13 vorgesehen. Ein Brenner 17 ist auf der Deckplatte 18 des Behälters angebracht und besitzt eine Düse 19, umgeben von einem nach unten ragenden Tauchrohr 20, das in den Behälter hineinragt. Das untere Ende des Tauchrohres 20 liegt unter dem Flüssigkeitsspiegel und ziemlich nahe dem Behälterboden. Das Tauchrohr 20 besitzt eine Bodenplatte 21 und seitlich oberhalb der Bodenplatte Gasaustrittsöffnungen 22, damit die Verbrennungsgase von dort in die umgebende Wärmeübertragungsflüssigkeit gelangen. Das zu erwärmende Fluid wird durch eine Rohrschlange 25 geleitet, die das Tauchrohr 20 umgibt und am unteren Ende mit einem Sammelrohr 26 verbunden ist, das am Boden des Behälters angebracht ist. Am oberen Ende führt sie durch die Decke des Behälters und ist oberhalb desselben mit einem ringförmigen Sammelrohr 27 verbunden, das den Brenner umgibt. Ein Zuleitungsrohr 28 ist mit dem Sammelrohr 26, ein Ableitungsrohr 29 mit dem Sammelrohr 27 verbunden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids kann durch eine entsprechende Kontrollvorrichtung, wie z. B. einen Thermostaten 30 in dem Auslaßrohr 29, reguliert werden. Eine Leitwand 35 umgibt das Tauchrohr 20 und reicht mit ihrem unteren Ende unter dessen unteres Ende. Am oberen Ende ist die Leitwand 35 mit eine seitliche Öffnung darstellenden Durchlässen 36 versehen, durch die die Heizgase und Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Raum oberhalb des Wasserspiegels 12 im äußeren Ringraum ausströmen können. Die verbrauchten Heizgase verlassen den Behälter durch das Abzugsrohr 37. Durch eine Leitung 38 mit einem Ventil am Boden des Behälters kann die Wärmeübertragungsflüssigkeit abgezogen werden. Beim Betrieb des Erhitzers nach der Erfindung strömt das zu erwärmende Fluid von dem Zuleitungsrohr 28 über das Sammelrohr 26 aufwärts durch die Rohrschlange 25 za dem Sammelrohr 27. Gleichzeitig strömen Heizgase und Wäraieübertragungsflüssigkeit, welche durch die Heizgase schnell erwärmt wird, in dem inneren Ringraum zwischen dem Tauchrohr 20 und der die Rohrschlange in engem Abstand umgebenden Leitwand 35 unter starker Wirbelung aufwärts, wodurch das Gefrieren der Wärmeübertragungsflüssigkeit auf der Rohrschlange verhindert wird. Vergleichsversuche zeigten, daß bei Verwendung eines solchen Erhitzers nach der Erfindung 2440 bis 2930 Kai m2-°C-h übertragen wurden, während unter den gleichen Bedingungen nach Entfernung der Leitwand 35 nur 730 Kal ao übertragen werden konnten, was darauf beruht, daß sich in letzterem Fall auf der Rohrschlange gefrorene Wärmeübertragungsflüssigkeit niederschlug. Patentansprüche:

1. Erhitzer für kalte Fluide mit einem Behälter, der eine Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, die beim Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid zum Gefrieren neigt, mit einem einschließlich seiner Heizgasaustrittsöffnung oberhalb des Behälters angeordneten Brenner, einem diesen umgebenden, nach unten führenden Tauchrohr, dessen unterer Teil in die von den Heizgasen durchströmte Wärmeübertragungsflüssigkeit eintaucht, mit mindestens einer das zu erhitzende kalte Fluid führenden Rohrschlange, die in die Wärmeübertragungsflüssigkeit eintauchend im Behälter angeordnet ist, mit einer Leitwand, die das Tauchrohr umgibt und den Behälterraum in einen inneren Ringraum für das Aufwärtsströmen von Heizgasen und Wärmeübertragungsflüssigkeit und einen äußeren Ringraum für das Abwärtsströmen der Wärmeübertragungsflüssigkeit teilt, wobei die Leitwand mit einer Öffnung am oberen Ende zum Übertritt von Heizgas und Wärmeübertraguügsflüssigkeit in den äußeren Ringraum versehen ist und der äußere Ringraum mit dem inneren Ringraum am unteren Ende der Leitwand in Verbindung steht, sowie mit Heizgasaustrittsöffnüngen am unteren Ende des Tauchrohrs, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangen (25) im inneren Ringraum angeordnet sind.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Leitwand (35) tiefer als das untere Ende des Tauchrohres (20) liegt.

3. Erhitzer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Bodenplatte (21) am Ende des Tauchrohres (20) und durch Gasaustrittsöffnungen (22) über der Bodenplatte (21).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 494 322, 499 657,
684455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen