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Heizmantel
| Die Erfindung erstreckt sich auf die Aus- |
| gestaltung von Heizmänteln, die zur Beheizung |
| von Kesseln, Behältern od. dgl. mittels Dampf |
| dienen. Sie bezweckt, eine solche Beheizung wir- |
| kungsvoller zu gestalten und den verwendetenDampf |
| wirtschaftlicher auszunutzen. |
| Bei den zur Beheizung derartiger Kessel üblichen |
| Heizmänteln werden die Heizflächen nur von |
| ruhendem Dampf beaufschlagt, wobei der Wärme- |
| übergang von Dampf zur Heizwand sehr schlecht |
| ist. 13ekantttlich ist der Wärmeübergang um so |
| günstiger, je größer die Geschwindigkeit ist, mit |
| der der Dampf entlang der Heizfläche bewegt wird. |
| Bekannt ist es durch besondere Dampfumwälz- |
| einrichtungen einen Kreislauf des Dampfes |
| zwischen Dampfeintritt und Dampfaustritt des |
| f leiztnatttels zu erzeugen und damit eine erhöhte |
| Dampfgeschwindigkeit im lleizmantel zu erzielen. |
Dabei hat der Dampf bei den üblichen Ausführungen jedoch die Möglichkeit, vom Eintritt
direkt zum Austritt 7u strömen, wobei allenfalls ein geringer Teil der Heizfläche
vom strömenden Dampf berührt wird, %vährend der größte Teil der Heizfläche auch
hier nur von ruhendem Dampf beaufschlagt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Heizmantels soll erreicht werden, ciaß der Dampf so durch den Heizmantel geleitet
wird, daß er die lleizflächen in ihrer ganzen Ausdehnung wirkungsvoll umspült. Zusätzlich
soll aber auch erreicht werden, daß die Dampfgeschwindigkeit möglichst groß wird.
Die üblichen Heizmäntel haben einen lichten Querschnitt, der gegenüber den angeschlossenen
Leitungen eine wesentliche Querschnitts,erweiterung bedeutet und somit eine beträchtlidhe
Verringerung derDampfgeschwindigkeit zur Folge hat. Erfindungsgemäß soll der Heizmantel
in
vom Heizdampf durchströmte Kanäle aufgeteilt werden, die sich in ihrem Querschnitt
den Abmessungen der angeschlossenen Leitungen nähern. Da aber andererseits geringere
Querschnitte auch eine Erhöhung der Leitungswiderstände bewirken können, sollen
in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Kanäle eine möglichst strömungsgünstige
Form erhalten und in ihrem Verlauf einen möglichst gleichbleibenden Querschnitt
aufweisen.
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Ein derart erfindungsgemäß ausgestalteter Heizmantel bietet besondere
Vorteile in Verbindung mit der erwähnten Dampfumwälzeinrichtung, da erst durch ihn
die Auswirkung der Dampfumwälzeinrichtung voll zur Geltung kommt.
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Bekannt sind Wärmeaustauscher, bei denen das Heizmedium ein durch
Rohrleitungen od. dgl. im Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom geführtes Medium
erwärmt und bei denen das Heizmedium durch Leitbleche so geführt wird, daß es im
gesamten Rohrleitungssystem zur Auswirkung kommt. Durch den grundsätzlichen Aufbau
derartiger bekannter Wärmeaustauscher und der darin enthaltenen Rohrschlangen ist
es bedingt, daß eine Führung des Heizmediums durch Kanäle von strömungsgünstiger
Form und gleichmäßigem Querschnitt gar nicht möglich ist.
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Bekannt ist es auch, Heizschlangen im Innern von Kochkesseln anzubringen;
jedoch ist diese Methode in den meisten Fällen mit Rücksicht auf das Kochgut nicht
anwendbar. Bekannt ist es ferner, Rohrschlangen, durch die Dampf geleitet wird,
innerhalb eines Heizmantels oder auch ohne einen besonderen Heizmantel außen um
den zu beheizenden Kessel zu legen. Der Wärmeübergang von der Rohrschlange zur Kesselwandung
ist dabei höchst unvollkommen, da die Rohrschlange die Kesselwandung bei den bekannten
Ausführungen entweder gar nicht oder nur mit einem kleinen Teil des Rohrumfanges,
im allgemeinen linienförmig entlang einer Schweißnaht, berührt.
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Schließlich wird in Weiterführung des Erfindungsgedankens eine Ausgestaltung
des Heizmantels vorgeschlagen, durch die das im Heizdampf enthaltene Wasser ausgeschieden
und durch zweckmäßig angeordnete Ablaufflächen von der Heizfläche fort zum Außenmantel
geleitet wird. Dadurch wird erreicht, daß die Heizflächen selbst nur mit kondensierendem
Dampf in Berührung kommen, wobei der Wärmeübergang bekanntlich wesentlich günstiger
ist als bei Berührung der Heizflächen mit Wasser. Das Ausscheiden des Wassers erfolgt
erfindungsgemäß dadurch, daß der Heizdampf beim Durchströmen der Heizkanäle in kreisende
Bewegung versetzt wird, wobei aus dem Dampf die spezifisch schwereren Wasserteile
durch die Zentrifugalkraft von den inneren Heizflächen fort nach außen geschleudert
werden.
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Bekannt sind Wasserabscheider, in denen gleichfalls der Dampf in kreisende
Bewegung versetzt wird, um ihn unter Einwirkung der Zentrifugalkraft von den mitgeführten
Wasserteilen zu befreien. Erfindungsgemäß soll jedoch dieser Vorgang in den Heizmantel
selbst verlegt werden, damit schon hier das Wasser, das bei der Wärmeabgabe von
Dampf an die Heizflächen ständig auskondensiert, vom Dampf getrennt und von den
Heizflächen entfernt wird. Anderenfalls würde das entstehende Dampfwasser an den
Heizflächen selbst abwärts fließen und diese mit einem Wasserfilm überziehen, der
den Wärmeübergang wesentlich behindert.
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Ausführungsbeispiele sind in den Abb. i bis 7 dargestellt. Gleiche
oder gleichartige Teile sind in allen Abbildungen mit den gleichen Buchstaben bezeichnet.
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Die Abb. i zeigt schematisch einen Heizkessel mit einem erfindungsgemäß
ausgestalteten Heizmantel, als Beispiel in Verbindung mit einer Dampfumwälzeinrichtung
beliebiger Bauart. Abb.2 zeigt einen Schnitt durch diesen Kessel auf der Linie 1-I.
Der Kessel A wird von dem Heizmantel B umgeben. Der Dampf tritt durch den Stutzen
C in den Heizmantel B ein und durch den Stutzen D aus diesem wieder
heraus. Die DampfurnwälzungseinrichtungE sorgt für eine lebhafte Umwälzungdes Heizdampfes,
indem sie Dampf aus dem Stutzen D absaugt und erneut dem Stutzen C zuführt. Durch
den Stutzen P wird das anfallende Dampfwasser über einen nicht dargestellten Dampfwasserableiter
abgeführt, während über den Stutzen G eine entsprechende Frischdarnpfmenge nachströmt.
Die Leitfläche F verhindert, daß der Dampf vom Eintritt C direkt zum Austritt D
fließt; sie zwingt den Dampf, in der oberen Hälfte des IIeiztnaiitels beiderseits
des Kessels A bis zu der dem Eintritt C entgegengesetzten Wandung zu strömen, wo
er durch die Oftnung H in der Leitfläche F zur unteren Hälfte des Heizmantels übertritt,
um von dort wiederum zu beiden Seiten des Kessels A zum Austritt
D zu gelangen. Die Heizfläche des Kessels A wird also in ihrer ganzen Ausdehnung
umspült. Der Weg des Dampfes ist in der Abbildung durch eine strichpunktierte Linie
gekennzeichnet, wobei die Strömungsrichtung durch Pfeile angedeutet ist.
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Eine gleichartige Ausführung zeigt Abb. 3, jedoch sind hier drei in
parallelen Ebenen untereinander angeordnete Leitflächen F vorgesehen. In jeder von
diesen' ist je eine Öffnung H ausgespart, jedoch sind diese Öffnungen jeweils wechselweise
um i8o° versetzt angeordnet, so daß der Heizdampf gezwungen ist, jeweils oberhalb
und unterhalb jeder Leitfläche den Kessel A auf seinem vollen Umfang zu umspülen,
um zu der nächsten Durchtrittsöffnung H zu gelangen. Dabei verläuft die Strömung
oberhalb und unterhalb jederLeitfläche F in entgegengesetzter Richtung. Gemäß einem
weiteren Erfindungsgedanken bilden dabei die Leitflächen F mit der Wandung des Kessels
A und der Wandung des Heizmantels B Kanäle, die in ihrem gesamten Verlauf vom Eintritt
C zum Austritt D angenähert gleichen Querschnitt haben. Dieser Querschnitt ist gegenüber
dem Querschnitt, der üblicherweise bei fehlenden Leitflächen im Heizmantel frei
ist, wesentlich geringer, die Dampfgeschwindigkeit dementsprechend wesentlich höher.
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Eine weitere _'1usführungsform des Erfindungsgedaiiketis
-zeigt
:\lili. 4. 1 fier sind die Leitflächen F wendelf<innig ausgeführt. Sie bilden
zusammen mit den Wandungen des Kessels A und des Heizinantels 1? einen wendelförmigen
Kanal, der sich vom Eintritt C zum Austritt D über die ganze Höhe des zu beheizenden
Kessels A windet. Öffnungen .H
in den Leitflächen sind hier nicht erforderlich.
Der Kanal hat über die gesamte Länge, in der er den Kessel titnsclilingt, einen
stets gleichbleibenden Querschnitt mit glatten Wandungen ohne Knicke, Vorsprünge,
tote l?cken oder sonstige den Dampfstrom ungtinstig beeinflussende Form- und Richtungsänderungen.
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Beim Durchströmen des wendelförmigen Kanals wird der Danipf in eine
kreisende Bewegung versetzt. Dabei werden die im Dampf mitgeführten spezifisch schwereren
Wasserteile nach außen gescliletidert. Infolgedessen koninit die nach innen gelegene
I teizfl@iclie titir mit Dampf in Berührung, der bei der Wä rineabgabe an die I-leizfläche
zu kondensierest hellinnt. In dieseln Zustand ergibt sich der beste @1;irmeültergang.
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Wie iti Abb. 4 gleichfalls dargestellt, sind die Leitflächen F zweclcni:ißig
gegenüber der Horizontalen hach ziußeti zu leicht abwärts geneigt. Dadurch wird
nctn@il@ einem weiteren Erfindungsgedanken erreicht, daß Glas an den Heizflächen
sich bildende Danilifw,tsser jeweils zutn äußeren Rand, also von der Fleizfl'iclie
fort. geleitet wird. Es wird dadurch verhindert. daß sich die Heizflächen in ihrer
ganzen _@usdelinung finit cineni den Wärmeübergang behindernden asserfilni überziehen.
Die gleiche Neigiltig der Leitflachen kann selbstverständlich bei sonst anderer
Gestaltung der Leitflächen, beispielsweise wie in i bis 3, mit dem gleichen Erfolg
ausgeführt werden.
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Abh. 5 zeigt schließlich eine ;Xusführung, die sich besonders dann
zweckmäßig anwenden läßt, wenn ein vorhandener, finit Ileizinatitel versehener Kessel
nachträglich finit erfindungsgetnäßen Leitflächen ausgeführt werden soll. Es werden
hier Leitflächen aus Blech in den Heizmantel eingelegt. Auch hier sind Leitflächeli
F vorgesehen, die im wesentlichen horizontal bzw. gegenüber der Horizontalen leicht
geneigt verlaufen. Sie können, wie in Abb.4, wendelf@irmi uni den Kessel A gewunden
ausgeführt werden und sind so in Ahb. 5 dargestellt; sie können alle l- auch entsprechend
Abb. 3 parallel zueinander angeordnet sein. Zusätzlich ist aber hier eine weitere
Leitfläche I eingebaut, die im dargestellten fleispiel vertikal angeordnet ist.
Sie hat dann dic# Forin eine; Zvlindermantels. Dieser' Zvlinderniantel liegt etwa
konzentrisch zum Kessel A und teilt den fleiztnalitel B etwa zur Hälfte in einen
äußeren Mantel B' und einen inneren 112tntel B". bzw. den durch die wendelförmige
Leitfläche l' gel>ildeteti wendelförmigen Kanal in je eine ä uLiere und ilinere
Wendel. Im Schnitt stehen die Flächen I' lind l kreuzweise aufeinander. Gegenüber
<lein Eintrittsstutzen C und deni Austrittsstutzen D sind Öffnungen h und L in
den Leitflächen J für den Zutritt I)zw. .Mistritt des Dampfes zu bzw. aus dein inneren
'fantel B" vorhanden. Der Dampf soll ini wesentlichen nur durch den inneren Mantel
B" strömen. Deswegen ist am Eintritt C der Zutritt des Dampfes zum äußeren Mantel
B' durch seitlich angeordnete Flächen M versperrt (s. Abb. 6, die einen Schnitt
auf der Linie II-11 darstellt).
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Abweichend von der zeichnerischen Darstellung können die Leitflächen
F und J auch unter einem anderen `Winkel zur Achse des Kessels A liegen, beispielsweise
unter 45°, wobei ebenfalls ein äußerer Mantel B' und ein innerer Mantel B" gebildet
wird, wie in Abb. 7 dargestellt.
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Zweck dieser Ausführung ist es, die Geschwindigkeit des Dampfes in
einem vorhandenen Heizmantel mit ungünstig großem Querschnitt zu erhöhen, indem
der Dampf nur durch den inneren, die Heizflächen des Kessels A berührenden Mantel
B" geleitet wird. Der Ouerschnitt des Kanals von B" wird zweckentsprechend den Bedürfnissen
angepaßt, d.li. so eng gewählt, daß die gewünschte Dampf-, erzielt wird,
jedoch nicht so eng, claß unzulässig hohe Strömungswideratände entstehen. Der äußere
Mantel B', der keinen Einfluß auf die Beheizung des Kessels A hat und nur eine utierwünsclite
Wärmeabgabe an die Außenwand des Heizmantels verursachen würde, wird nicht vom Heizdampf
durchflossen.
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In den vertikalen Leitflächen J sind Durchbre#chtingell
X angebracht. Sie dienen dazu, das sich ini inneren 'Mantel B" bildende und
auf den Leitflächen F abfließende Dampfwasser zum äußeren Mantel ß' hindurchtreten
zti lassen.
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Beschreibung und Abbildungen geben typische Ausführungsbeispiele.
Selbstverständlich kann der Erfindungsgedanke auch bei anders gestalteten Kesseln,
Behältern oder auch Körpern sinngemäß angewendet werden. Insbesondere gilt dies
auch dann, wenn nicht ein Körper von außen durch einen Heizmantel beheizt wird,
sondern wenn der zu beheizende Körper außen liegt und die Beheizung von innen, etwa
durch eine Heiztrommel erfolgt.
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Die Erfindung erstreckt sich bevorzugt auf die Verwendung von Dampf
als Heizmittel, kann aber auch bei Verwendung anderer Heizmedien in gleicher Weise
Anwendung finden.