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Vorrichtung zur indirekten Erwärmung eines fließfähigen Mediums Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur indirekten Erwärmung eines fließfähigen
Mediums über einen Wärmetauscher durch eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, bestehend
aus einem Tauschbrenner, dessen heiße Abgase die Wärmeübertragungsflusaigkeit aufheizen
und mittels einer Mammutpumpe umwälzen Derartige Vorrichtungen, die beispielsweise
zum Verdampfen von Flüssiggas, zum Erwärmen von Badewasser für große Schwimmbekken,
zum Erwärmen von gasförmigen Stoffen und dergleichen verwendet werden können, und
deren Tauchbrenner meist mit Gas oder Heizöl betrieben werben können, zeichnen sich
durch einen relativ einfachen Aufbau aub und können rar außerordentlich hoh. Leistungen
von mehreren Millionen Kcal ausgelegt werden.
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Die bekannten Vorrichtungen dieser Art (DAS 1 240 535) bestehen aus
einem Behälter, der die Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält, einem in diese Flüssigkeit
eintauschenden Tauchbrennerrohr, einem dieses Tauchbrennerrohr umgebenden Mammutrohr
und einer zwischen dem Tauchbrennerrohr und dem Mammutrohr angeordnoten Wärmetauscherschlange,
die von dem zu erwärmenden Medium durchströmt wird. Die heißen, am unteren Ende
des Tauchbrennerrohres austretenden Abgase steigen in dem Zwischenraum zwischen
Tauchbrennerrohr und Mammutrohr nach oben und bewirken dabei den Effekt der Mammut-
oder Blasenpumpe, wodurch eine sehr heftige Strömung entlang dem in diesem Zwischenraum
angeordneten Wärmetauscher entsteht. Diese bekannten Vorrichtungen haben verschiedene
Nachteile. Die Anordnung des Wärmetauschers innerhalb des Mammutrohres legt der
Bauform und der Größe des Wärmetauschers Beschränkungen auf. Da der Durchmesser
des Mammutrohres aus strömungstechnischen Gründen nicht beliebig groß
gemacht
werden kann, ist es zur Erzielung großer Wärmetauscherflächen notwendig, die Baulänge
des Wärmetauschers zu vergrdssern. Da jedoch bei die.en bekannten Ausführungen das
untere Ende des Tauchbrennerrohres unterhalb des Wärmetauschers liegt, ergibt sich
dadurch eine größere Eintauchtiefe und dadurch ein höherer Gegendruck, der von den
Brenngasen überwunden werden muß. Dazu sind aufwendige und leistungsstarke Hochleistungsgebläse
erforderlich, die die Herstellungs- und Betriebskosten der Vorrichtung beträchtlich
erhöhen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen liegt darin, daß der
Wärmetauscher von einem Abgas-Flüssigkeitsgemisch überströmt wird, das einen hohen
Abgasanteil hat. Durch diese Abgasblasen wird der Wärmeübergangskoeffizient erheblich
verringert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ingangc
genannten Art zu schaffen, die einen besseren Wirkungsgrad aufweist und volle Freizügigkeit
hinsichtlich der Ausgestaltung sowohl des Wärmetauschers als auch des Tauchbrennerrohres
und des Mammutrohres bietet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
außerhalb des das Abgas-Flüssigkeitsgemisch führenden Mammutrohres angeordnet ist.
Durch diesen erfindungsgemässen Vorschlag wird erreicht, daß der Wärmetauscher nioht
von einem Abgas-Flüssigkeitsgemisch durchströmt wird, sondern nur von erwärmter
Flüssigkeit, wodurch der Wärmeübertragungskoeffidient erheblich verbessert ist.
Die Trennung von Mammutrohr und Wärmetauscher führt dazu, daß diese beiden Teile
völlig unabhängig voneinander entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten ausgebildet
werden können. Dies bedeutet, daß das Tauchbrennerrohr nur eine solche Eintauchtiefe
haben muß, um die gewünschte Aufheizung und Umwälzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit
zu bewirken. Die Eintauchtiefe ist also nicht mehr von der
Größe
des Wärmetauschers abhängig und kann daher so bemessen werden, daß zur Überwindung
des Gegendrücks durch die Abgase ein einfaches Gebläse für die Verbrennungsluft
ausreicht.
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Der Wärmetauscher und das Mammutrohr können in einem gemeinsamen Behälter
angeordnet werden, der dis Wärmeübertragungsflüssigkeit enthält. Es ist doch durch
den erfindungsgemäßen Vorschlag auch möglich, den Wärmetauscher und daa Mammutrohr
in zwei getrennten Behältern anzuordnen. Wenn der Wärmetauscher von dem zu erwärmenden
Medium durchströmt wird, werden die beiden Behlter kommunizierend miteinander verbunden.
Es ist jedoch auch möglich, daß der Wärmetauscher von der aufgeheizten Wärmeübertragungsflüssigkeit
durchströmt wird, in welchem Falle in dem zweiten Behälter die zu erwärmende Flüssigkeit
enthalten ist und die beiden Behälter naturgemäß nioht miteinander verbunden sind.
Schließlich kann der Wärmetauscher als freistehender Konvektor oder Radiator zur
Erwärmung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Luft dienen.
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Die Wand des Mammutrohres kann zumindest teilweise von Wänden des
Behälters gebildet werden, wodurch sich der Aufbau der Vorrichtüng erheblich vereinfacht.
In den Falle, in dem der Wärmetauscher und das Mammutrohr in zwei getrennten Behältern
angeordnet sind, kann das Mammutrohr selbst den einen BehElter bilden.
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Bei Anordnung von zwei getrennten Behältern kann das obere Ende des
Mammutrohres in ein Gefäß münden, welches durch eine Leitung mit dein zweiten Gefäß
bzw. mit der darin angeordneten Wärmetauscherleitung verbunden ist. Dieses Gefäß
kann durch einen Überlauf mit dein das Mammutrohr aufnehmenden Behälter verbunden
sein, sodaß sich einerseits ein Kreislauf innerhalb dieses Behälters und andererseits
ein Kreislauf über den Wärmetauscher bzw. Aber den zweiten Behälter ergibt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch'ein
erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Mammutrohr und der Wärmetauscher
in einem gemeinsamen Behälter angeordnet sind, Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig.
1, wobei das Mammutrohr zum Teil von den Behälterwänden gebildet ist, Fig. 3 einen
Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 2, Jig. ii einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel,
wobei das Mammutrohr und der Wärmetauscher in getrennten Behältern angeordnet sind,
Fig. 5 eine Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. X, und Fig.6 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem das Mammutrohr selbst einen Behälter bildet und der Wärmetauscher al freistehender,
von der Wärmeübertragungsflüssigkeit durchströmter Radiator oder Konvektor ausgebildet
ist.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in der mit S ein BshAlter
bezeichnet ist, in den das Brennerrohr 2 eine. Tauchbrenners 3 hineinragt. Du Tauchbrennerrohr
2 ist von einem MaxFutrohr 4 umgeben. Das Mammutrohr 4 hat an seinem unteren Ende
eine schräge Eintrittsöffnung 5 und an seinem oberen Ende eine einseitige Austrittuafftung
6. Neben dem Mammutrohr 4 und unabhängig von diesem ist im Behälter 1 ein Rohrschlangenwärmetauscher
7 angeordnet, durch den das zu erwärmende fließfähige Medium hindurchgeführt wird.
Der Behälter t ist bis zu dem Niveau 8 mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt,
welche als Wärmeübertragungsmedium dient.
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Beim Betrieb des Tauohbranners 3 treten die Abgase am unteren Ende
des Tauchrohres 2 aus und fördern im Mammutrohr 4 Wasser nach oben, sodaß eine kräftige
Zirkulation des Wassers im Behälter in Richtung der Pfeile eintritt und das den
Wärmetauscher 7 durchströmende Medium schnell und gleichmäßig erwärmt wird.
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Dadurch, daß der Wärmetauscher 7 außerhalb des Mammutrohres 4 liegt,
wird er praktisch nur von Flüssigkeit umspült, wodurch ein hoher Wärmeübergangskoeffizient
erreicht wird. Die Abgase trennen sich beim Austritt aus der Öffnung 6 von dem Wasser
und werden durch einen Stutzen 9 abgeführt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 und 3 unterscheidet sich von demjenigen
gemäß Fig.1 zunächst dadurch, daß das Mammutrohr 4' einen rechteckigen Querschnitt
hat und drei seiner Wände von Wänden des Behälters 1' gebildet werden, während als
vierte Wand eine Platte 10 dient, die sich über die ganze Breite des Behälters 1'
erstreckt, jedoch oben und unten einen Abstand von den Behälterwänden aufweist,
sodaß sich eine Eintrittsöffnung 11 und eine Austrittsöffnung 12 ergibt. Innerhalb
des so gebildeten Mammutrohres ist wiederum das Brennerrohr 2' des Tauchbrenners
3' angeordnet, das in diesem Fall zunächst senkrecht verläuft und dann waagrecht
umgebogen ist und in seinem waagrechten Bereich eine Vielzahl von Löchern 13 auf
weist, durch welche da8 Abgas ausströmt. Getrennt von dem Mammutrohr 4' ist im Behälter
1' ein Haarnadel-Wärmetauscher 7' angeordnet, der von dem zu erwärienden Medium
durchströmt wird.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist prinzipiell die gleiche wie
diejenige von Fig.1. Im Betrieb des Tauchbrenners 3' treten die heißen Abgase aus
den Löchern 13 des Tauchrohres 2' aus, erwärmen die Flüssigkeit im Behälter 1' und
fördern beim Aufsteigen ii Mammutrohr 4' die Flüssigkeit von unten, wodurch eine
Zirkulation entsteht, bei der die Flüssigkeit durch die Eintrittsöffnung 11 in das
Mammutrohr 4' eingesaugt, durch die Austrittsöffnung 12 ausgestoßen und durch das
Leitblech 14 gleichmäßig über den ganzen Wärmetauscher 7' verteilt wird.
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Die mit dem Wärmetauscher 7' in Berührung kommende Wärmeübertragungsflüssigkeit
ist wiederum weitgehend gasfrei, wodurch ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
Die Abgase können durch den Stutzen 9' austreten.
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Bei dem Asuführungsbeispiel gemäß Fig.4 sind Mammutrohr und Wärmetauscher
in getrennten Gefäßen angeordnet. In den Behälter 15 ragt das Tauchrohr 2" des Tauchbrenners
3 hinein, das von dem Mammutrohr 4" umgeben ist. Durch eine waagrechte Trennwand
16 ist in Behälter 15 ein Gefäß 17 gebildet, in daß das Mammutrohr 4" einmündet.
In einem zweiter Gefäß 20, das durch eine Zuflußleitung 22 mit dem Gefäß 17 und
durch eine Rückflußleitung 23 mit dem Behälter 15 kommunizierend in Verbindung steht,
ist ein Wärmetauscher 21 vorgesehen, der sinen Zuflußanschluß 24 und einen Abflußanschluß
25 für das zu erwärmende Medium aufweist. Mit 9" ist ein Entlüftungsstutzen fUr
das Gefäß 17 bezeichnet, durch den mittels eines die Trennwand 16 durchdringenden
Rohrstutzen 26 auoh der Behälter 15 entlüftet wird.
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Die durch das Mammutrohr 4" nach oben geförderte und dabei erwärmte
Wärmeübertragungsflüssigkeit gelangt in das Gefäß 17 und strömt von dort aus durch
die Leitung 22 zum Behälter 20, von dem sie durch di. Leitung 23 wieder in den Behälter
15 aurückströmt. Dabei wird das den Wärmetauscher 21 durchströmende fließfähige
Medium erwärmt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen
gemäß Fig. 4 u.a. dadurch, daß das Gefäß 17', in das das Mammutrohr 4'" fördert,
durch einen Überlauf 27 mit dem Behälter 15' verbunden ist. Du Gefäß 17' ist durch
eine Zuflußleitung 22' mit einem in dem Gefäß 20' angeordneten Gegenstromwärmetauscher
28 verbunden, der durch die Rückflußleitung 23' mit dem Behälter 15' in Verbindung
steht. Der Gogenstrom-Wärmetauscher 28 besteht, wie ersichtlich, aus zwei parallel
geschalteten Wärmetauschern, die jeweils zwei konzentrische Rohre 29 und 30 aufweisen,
wobei die Rohre 29 mit der Zuflußleitung 22' und die Rohre 30 mit der Rückflußleitung
23' in Verbindung stehen. Das Gefäß 20' ist mit einem Zuflußanschluß
24
und einem Abflußanschluß 25 für das zu erwärmende Medium versehen.
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Pig. 6 zeigt eine vereinfachte Ausführung, wobei das Mammutrohr 32
selbst einen Behälter bildet, der mit einem Zuflußanschluß 33 und einem Abflußanschluß
34 für die Wärmeübertragungsflüssigkeit versehen ist und über diese Anschlüsse mit
einem Wärmetauscher 35 (Radiator oder Konvektor) verbunden ist.
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In das Mammutrohr 32 ragt, wie bsi den vorhergehenden Beispielen,
das Tauchrohr 2 des Tauchbrenners 3 hinein und im Betrieb ergibt sich die durch
die Pfeile gekennzeichnete Umwälzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit. Das Mammutrohr
32 ist an seinem oberen Ende mit einem Stutzen 9 tür den Austritt der Abgase versehen.
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Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Wärmetauscher von
einer weitgehend gasfreien Flüssigkeit durch- bzw.
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überströmt, da die Abgas. vorher von der Flüssigkeit getrennt und
gesondert abgeführt werden. Dadurch wird ein besserer Wirkungsgrad des Wärmetausches
erreicht und es wird außerdem in den Fällen, in denen der Wärmetauscher von der
Wärmeübertragungsflüssigkeit durchströmt wird, also bei den Ausführungen gemäß den
Fig. 5 und 6, die Gefahr einer Kavitation vermieden.
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Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen kOnnen mit sehr hoher Leitung
gefahren werden. Bei einem ausgeführten Gerät beträgt die Leistung 2,5.106 Kcal,
wobei Abgase in der Größenordnung von 3 000 m³/h anfallen. Es ist verständlich,
daß hierbei das im Mammutrohr befindliche Abgas-Flüssigkeitsgemisch einen sehr hohen
Gasanteil enthält, der bis zu 70% betragen kann. Bei der üblichen Anordnung des
Wärmetauschers im Mammutrohr wird daher infolge dieses hohen Gasanteiles ein verhältnismäßig
schlechter Wärmeübergang erzielt, sodaß der Wirkungsgrad gegenüber dem erfindungsgemäßen
Vorschlag erheblich geringer ist.
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- Patentansprüche -