DE910544C - Waermeaustauscher - Google Patents

Waermeaustauscher

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DE910544C DER6195A DER0006195A DE910544C DE 910544 C DE910544 C DE 910544C DE R6195 A DER6195 A DE R6195A DE R0006195 A DER0006195 A DE R0006195A DE 910544 C DE910544 C DE 910544C
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Description

Die Erfindung- betrifft einen Wärmeaustauscher mit Rohrwandungen für den Durchfluß des einen, d.h. des inneren der Wärmeaustauschmittel und mit einer einen abnehmenden Querschnitt aufweisenden Leitung· für das zweite, d. h. das äußere der Wärmeaustauschmittel.
Wärmeaustauscher mit gleichlaufenden, zweckmäßig voneinander getrennten Rohren für das innere Wärmeaustauschmittel, die äußerlich in Querrichtung zur Rohrenachse umspült werden, sind bereits bekannt.
Bei solchen Wärmeaustauschern kann jedoch keine nennenswerte Turbulenz im Strom des äußeren Wärmeaustauschmittels und daher auch keine, vorteilhafte Wärmeübergangszahl erzielt werden, ohne daß 'man zu Hilfswandungen bzw. zu Leitwänden für die Zuleitung und Führung des äußeren Wärmeaustausch'mittels greifen muß. Dazu kommt, daß, da im Fall von Rippenrohren die Wärmeübergangszahl jene von Glattrohren ohne weiteres unterschreitet, 'man sich gezwungen sieht, häufige Reinigungen vorzunehmen, indem der zwischen zwei angrenzenden Rippen vorgesehene Spalt oder Zwischenraum so begrenzt ist, daß selbst ein ganz dünner Rußniederschlag (im Fall, daß das äußere Wärmeaustauschirnittel die Rauchgase eines Dampferzeugers od. dgl. sind) dazu führt, die Wärmeübergangszahl und den Durchflußquerschnitt des Außenstroms zu vermindern.
Die obengenannten Nachteile werden nun seitens des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers restlos behoben, indem derselbe im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet ist, daß er eine bzw. mehrere aus rohrförmigen Elementen gebildete Rohrwandungen für das innere Wärmeaustauschmittel aufweist und weiter die Rohrelemente längs einer Erzeugenden miteinander so verbunden sind, daß die dadurch, gebildeten Leitwände, mindestens teilweise, die Leitung des äußeren Wärmeaustanschmittels begrenzen, wobei der Leitungsquerschnitt im Sinne der Stromrichtung des äußeren Wärmeaustauschmittels abnimmt und man auf diese Weise jederzeit über eine hohe Durchflußgeschwindigkeit des äußeren Wärnieaustiauschrnittels und folglich auch über eine hohe Wärmeübergangszahl verfügen kann.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des, erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, veranschaulicht.
Fig. ι bis 3 zeigen im Seiten- bzw. im Grund- und im Stirnaufriß einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger;
Fig. 4 zeigt im Grundriß eine Dampferzeugereinzelheit in einer Ausführungsvariante;
Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen einen Rauchgasvorwärmer in Seiten- bzw. im Grund- und im Stirnaufriß;
Fig. 8 zeigt ein zweites Ausfüfarungsbeispiel des Rauchgasvorwärmers im Grundriß;
Fig. 9 und 10 zeigen im Auf- und Grundriß einen Rauchgasvorwärmer mit verjüngten Rohrwandungen; Fig. 11 zeigt im Schnitt einen Rauchgasvorwärmer mit abnehmenden Rauchdurchgangssegmenten, die durch Rohrwände mit Rohren verschiedenen Durchmessers gebildet sind;
Fig. 12, 13, 14 zeigen im Stirnaufriß bzw. im Seitenaufriß und im Grundriß eine weitere Ausführungsvariante des Rauchgasvorwärmers;
Fig. 15 zeigt im Schnitt eine Rohrwandeinzelheit mit doppelter Schweißnaht.
In den Fig. 1 bis 3 sind mit A die Kesselsiederohrwandungen bezeichnet.-
Die vier veranschaulichten Flachrohrwände weisen Vertikalrohrachsen auf und sind gemäß den Seiten eines Vierecks angeordnet, in dessen Rahmen die VerbrennungskammerB, die z.B. aus einem oder mehreren Brennstoffinjektoren C gespeist wird, begrenzt ist. Vier weitere, aus Fallrohren gebildete äußere Flachrohrwände D. sind von den Siederohren so getrennt, daß sie die Rauchgasdurchgangsspalten E und P schaffen.
Die an der Rauchgasabzugsseite zum Kamin vor-So gesehene Rohrwand^ weist Rohre auf, die sämtlich bzw. teilweise voneinander getrennt angeordnet sind, so daß sie den Rauchgasabzug gestatten.
Entsprechend zur genannten Rohrwand ist äußerlich ein Wärmeaustauscher angeordnet, der den aus drei untereinander sowie zur Rohrwand D1 parallelen Rohrwänden F gebildeten Speisewasservorwärmer darstellt.
Der Dampferzeuger weist in seinem Oberteil das Rohrelement G auf, das als Abscheide- und Sammelkammer arbeitet und mit geneigten Rohrwänden// versehen ist, die den oberen Verschluß der Verbrennungskammer B bilden. Die Rauchgase steigen in der Verbrennungskammer B im Pfeilsinn X nach oben, dringen seitlich durch den Spalt E, und zwar an der dem Kaminabzug gegenüberliegenden Seite, Rohrwand Di1, und strömen dann im Pfeilsinn F nach unten. Gleichzeitig verbreiten sich die Rauchgase fächerartig, um dann in waagerechter Richtung längs den beiden Seiten des Spalts/5 (Pfeile'#) ihren Weg zu verfolgen. Die Breite des Spalts E überschreitet jene der beiden Seitenspalte P, so daß sich die Rauchgase über die ganze Spalthöhe verteilen, auf weiche Weise eine Rauchgasabzugsleitung geschaffen wird, deren abnehmender Querschnitt den allmählich durch den Kamin abziehenden Rauchgasen eine hohe Geschwindigkeit verleiht.
Die Rauchgase strömen schließlich durch die Rohrwand D1 und verziehen sich, indem sie ein S beschreiben, in Querrichtung längs der Rohrwand F des Vorwärmers (Pfeile Z), bis sie durch den Kamin entfliehen.
Die Rohrwände stehen mit rohrförmigen Endsammelkammern L in Verbindung, und desgleichen münden die Rauchgasvorwärmerrohre in die rohrförmigen Endsammelkammern M.
Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsvariante der Fig. 2, in der die den oben beschriebenen entsprechenden Teile mit den gleichen Vorzeichen, plus Index, angedeutet sind.
Die gegenüber der Kaminabzugsseite angeordnete, nicht fortlaufende Siederohrwand S wird durch Öffnungen unterbrochen, durch welche die aus der Verbrennungskammer B kommenden Rauchgase in den Spalt E' übergehen und von da in Querrichtung, d. h. in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung, in die Seitenspalte P' und U gelangen. In Fig. 4 ist unten eine Fallrohrwand T veranschaulicht, die nicht fortlaufend ist (die Fallrohre sind voneinander getrennt angeordnet), so daß die Rauchgase die Rohre T vollkommen umspülen und sich dann in dem seitens der Siederohrwand A und des Generatorenaußengehäuses begrenzten Spalt U verteilen.
Gemäß der in den Fig. 5, 6, 7 veranschaulichten Darstellung besteht der Rauchgasvorwärmer aus fünf mit horizontalen Endsammelkammern 4 verfeundenen Rohrwänden 2, deren Ebenen untereinander geneigt sind, so daß Durchgänge für die Abgase (im Pfeilsinn Z) geschaffen werden, deren entsprechend dem Bewegungssinn der Abgase abnehmender Querschnitt eine gleichbleibend hohe Geschwindigkeit der Abgase im L[aufe ihrer fortschreitenden Bewegung bewirkt, wobei sowohl die Temperatur als auch das Volumen der Abgase vermindert wird. Es wird auf diese Art und Weise eine hohe Wärmeübergangszahl erzielt.
Die Rohrwände sitzen in einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung 6 und eine Austritts öffnung 8 für die Abgase und weiter eine Innenleitwand 10 aufweist, die dazu dient, den Rauchgasstrom längs der Längsseite des Gehäuses, an der die Eintrittsöffnung 6 vorgesehen ist, zu verteilen. Auf diese Weise können die Rauchgase von oben über die ganze Länge der ersten Rohrwand normal zur Rohienachse vordringen.
In der Fig. 8 sind die Rohrwände 12 so vorgesehen, daß ein abwechselnd zentraler und seit-
licher Rauchgasdurchgang mit abwechselnd auseinander- und zusammenlaufenden Strömungen normal zur Rohrenachse geschaffen wird. Auch in diesem Abbildungsfall rücken die Rohrwände einander allmählich näher, was die Verminderung des Durchgangsquerschnitts bewirkt und damit eine dauernd hohe Abgasgeschwindigkeit zusichert.
In den Fig. 9 und 10 verlaufen die Rohrwandungen 14 schräg aufeinander zu, so daß Rauchgasdurchgänge ,mit vermindertem Querschnitt geschaffen werden.
Die Endsammelkammern 1 5 der Rohrwandungen 14 sind mit Querwänden 17 versehen, die dazu dienen, dem Durchflußstrom des inneren Wärmeaustauschmittels eine Hinundherbewegung (d. h. in abwechselnder Richtung) zu verleihen, auf welche Weise sämtliche Wandungsrohre durchströmt werden. Der Durchflußweg des inneren Wärmeaustauschmittels wird durch die Pfeile V angedeutet.
*o In der Ausführungsvariante gernäß den Fig. 12 und 14 sind gleichlaufende Rohrwände 18 und eine Hinundherbewegung der Rauchgase vorgesehen, wobei die stufenweise Annäherung der Rohrwände der Rauchgasbewegung entspricht, so daß eine alias mähliche Verminderung des Durchgangsquerschnitts erzielt wird.
In der Darstellung gemäß Fig. 11 sind parallele Rohrwände 16 vorgesehen, wobei die Querschnittsminderung in den Rauchgasdurchgängen zweck - mäßig durch Steigerung des Rohrdurchmessers erhalten wird.
Fig. 15 zeigt im Schnitt eine Einzelheit, die die Verbindimg zwischen den Rohrenden 20 und der rohrförmigen Sammelkammer 22 betrifft. Die Rohre 20, aus welchen die Rohrwand gebildet ist, weisen einen verminderten Enddurchmesser auf und stehen miteinander längs einer Erzeugenden 24 in Berührung.
Die geminderten Querschnittenden sitzen in entsprechenden Bohrungen der Sammelkammer 22, an deren gegenüberliegender Seite die gleichachsig zu den Rohren 20 vorgesehenen Gewindemuffen 26 einen für die Reinigung der einzelnen Rohre dienenden abnehmbaren Verschlußpfropfen festhalten. Die Gewindemuffen 26 und die Rohre 20 sind an der Sammelkammer 22 verschweißt. Bei Hochdruckaus-, führungen ist eine Doppelschweißnaht, d. h. eine Innenschweißnaht 28 und. eine Außenschweißnaht 30, angezeigt. Es ist klar, daß die Innenschweißnähte 28 zunächst an der Gewindemuffe 26, und zwar vor Einbau der Rohre 20 und erst dann an diesen Rohren selbst durch die Muffenbohrung auszuführen sind.

Claims (18)

  1. Patentansprüche:
    i. Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß er eine bzw. mehrere aus rohrförmigen Elementen gebildete Rohrwandungen für den Durchfluß des einen, d.h. des inneren der Wärmeaustauschmittel aufweist, die untereinander längs einer Erzeugenden so verbunden sind, daß Leitwände geschaffen werden, die wenigstens zum Teil die Durchflußleitung für das zweite, d. h. das äußere der Wärmeaustauschmittel begrenzen und so angeordnet sind, daß die Leitungen in der Durchflußrichtung einen abnehmenden Querschnitt aufweisen.
  2. 2. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwände von dem äußeren der Wärmeaustauschmittel in wesentlich normaler Richtung zur Rohrenachse und tangential zu den Rohrwänden selbst umspült werden.
  3. 3. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwände seitens des äußeren der Wärmeaustauschmittel in wesentlich paralleler Richtung zur Rohrenachse umspült werden.
  4. 4. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsminderung der Durchflußleitung wenigstens teilweise durch Verjüngung der seitens der Rohrwände begrenzten Kanäle erzielt wird.
  5. 5. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsminderung der Durchflußleitung wenigstens teilweise durch die Änderung des Wandrohrdurchmessers erzielt wird.
  6. 6. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsminderung der Diurchflußleitung wenigstens teilweise durch die stufenweise abnehmende Entfernung zwischen den gleichlaufenden, vom äußeren der Wärmeaustauschmittel umspülten Rohrwänden erzielt wird.
  7. 7. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandungen so angeordnet sind, daß sie dem äußeren der Wärmeaustauschmittel eine Hinundherbewegung verleihen.
  8. 8. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandungen so angeordnet sind, daß sie dem äußeren der Wärmeaustauschmittel eine abwechselnd auseinander- und zusammenfließende Bewegung erteilen.
  9. 9. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwände aus wesentlich parallelen Rohren gebildet sind, deren Enden einen geminderten Durchmesser aufweisen und mit zwei röhrenförmigen Endsammelkammern in Verbindung stehen.
  10. 10. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endsammelkammern mit Querwänden versehen sind, die dem inneren der Wärmeaustauschmittel eine Hinundheirbewegung, d. h. eine Bewegung in abwechselnder Richtung erteilen. iao
  11. 11. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Rohrenden und der Sammelkammer mit Hilfe einer an der Sammelkammer vorgesehenen Außen- und Innenschweißnaht erhalten werden kann.
  12. 12. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch i, 9 und ii, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sammelkammer gegenüber von den Rohrenden je eine für einen abnehmbaren Verschlußpfropfen bestimmte Gewindemuffe vorgesehen ist.
  13. 13. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemuffe an der Sammelkammer mit Hilfe einer an derselben äußerlich und einer an derselben innerlich ausgeführten Schweißnaht befestigt ist.
  14. 14. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er im besonderen als Rauchgasvorwärmer für einen Dampferzeuger vorgesehen und in einem Gehäuse enthalten ist, das Ein- und Austrittsörfnungen für die Rauchgase aufweist sowie Innenleitwände zur Verteilung der Rauchgase über die Rohrwandungen normal zu den Wandungsrohren selbst gemäß einer vorbestimmten Durchflußrichtung besitzt.
  15. 15. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 und 2, insbesondere Dampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandungen wenigstens teilweise aus den Siede- und Fallrohren bestehen und so angeordnet sind, daß sie die Verbrennungskammer und die Rauchquerdurchzüge begrenzen.
  16. 16. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Rauchgasvorwärmer gemäß einem bzw. mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung· steht.
  17. 17. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasdurchgänge wenigstens teilweise durch die aus den Fall- und Siederohren gebildeten Rohrwände begrenzt sind, wobei die Abgase, von oben eingeführt, sich fächerartig über eine der Dampferzeugerwände verbreiten und dann in Querrichtungüber die beiden angrenzenden Wände bis zum Kaminabzug, an der. dem Rauchgaseintritt entgegengesetzten Rohrwandseite, weiterströmen.
  18. 18. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 15, dadurch gekeninzeichnet, daß der mindestens teilweise durch die Fall- und Siederohrwände begrenzte .Rauchdurchgang über eine nicht kontinuierliche Siederohrwand und weiter in Querrichtung über die angrenzenden Rohrwände in den seitens der Rohrwände und/oder des Dampferzeugergehäuses begrenzten Spalten fließt.
    Angezogene Druckschriften:
    Schweizerische Patentschrift Nr. 265 298.
    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
    9515 4.54
DER6195A 1950-06-21 1951-06-22 Waermeaustauscher Expired DE910544C (de)

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