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DE1071729B - Standing steam-heated heat exchanger with helically tightly wound heating pipes - Google Patents

Standing steam-heated heat exchanger with helically tightly wound heating pipes

Info

Publication number
DE1071729B
DE1071729B DE1955B0036841 DEB0036841A DE1071729B DE 1071729 B DE1071729 B DE 1071729B DE 1955B0036841 DE1955B0036841 DE 1955B0036841 DE B0036841 A DEB0036841 A DE B0036841A DE 1071729 B DE1071729 B DE 1071729B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating
heat exchanger
steam
heat
heated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE1955B0036841
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baelz & Sohn KG W
Original Assignee
Baelz & Sohn KG W
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Filing date
Publication date
Application filed by Baelz & Sohn KG W filed Critical Baelz & Sohn KG W
Priority to DE1955B0036841 priority Critical patent/DE1071729B/en
Priority to DEB37498A priority patent/DE1119883B/en
Publication of DE1071729B publication Critical patent/DE1071729B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Bei dampfbeheizten Wärmetauschern. für Wärmeverbrauchsanlagen besteht, insbesondere bei diskontinuierlichem Betrieb, also bei starkem Lastwechsel und insbesondere dann, wenn der Dampfdruck über dem Wasserdruck zu liegen kommt oder wenn das Wasser der Wärmeanlage ohne zusätzliche Pumpenleistung umgewälzt wird, die Möglichkeit einer Dampfbildung der beheizten Seite des Wärmetauschers, die durch örtliche Überwärme hervorgerufen wird und zu den bekanntlich äußerst unangenehmen und nachteiligen Geräuschen bzw. Dampf- und Wasserschlägen führt.With steam-heated heat exchangers. for heat consumption systems, especially in the case of discontinuous Operation, i.e. with strong load changes and especially when the vapor pressure is above the water pressure comes to rest or when the water of the heating system without additional pump power is circulated, the possibility of steam formation on the heated side of the heat exchanger, which is caused by local overheating and is known to be extremely unpleasant and disadvantageous Noises or steam and water hammer.

Infolge der durch die Dampfbildung hervorgerufenen Dampf- und Wasserschläge konnte unter anderem vor allem ein geschlossener Dampf-Kondensatkreislauf, also die Anstauung von Kondensat im Heizsystem nahezu in keinem Fall verwirklicht werden. Eine wirtschaftliche Wärmeausnutzung in dem Wärmetauscher war demzufolge und auch noch durch die bisher ungünstige Konstruktion des Heizrohrsysteins nicht möglich.As a result of the steam and water hammer caused by the steam formation, among other things above all a closed steam-condensate circuit, i.e. the accumulation of condensate in the heating system almost never be realized. An economical use of heat in the heat exchanger was consequently and also due to the previously unfavorable construction of the heating pipe system not possible.

Die Erfindung bezieht sich auf einen stehenden dampfbeheizten Wärmetauscher derjenigen Art, bei denen in bekannter Weise das Heizrohrsystem aus schraubenförmig eng gewundenen Heizrohren besteht und bei denen die zu erwärmende Flüssigkeit im Gegenstrom zum Dampf geführt wird. Um derartige Wärmetauscher im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Nachteile weiterhin zu verbessern, sind erfmdungsgemäß die Heizrohre derart ausgebildet, daß die wärmetauschende Oberfläche des Heizrohrsystems in der Richtung vom Dampfeirrtritt zum Kondensataustritt wenigstens im oberen Teil des Heizsystems zunimmt.The invention relates to an upright steam-heated heat exchanger of the type in which which in a known manner the heating pipe system consists of helically tightly wound heating pipes and in which the liquid to be heated is fed in countercurrent to the steam. To such According to the invention, further improving heat exchangers with regard to the disadvantages mentioned above the heating pipes are designed in such a way that the heat-exchanging surface of the heating pipe system in the direction from the steam outlet to the condensate outlet, at least in the upper part of the heating system increases.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die geraden Enden der schraubenförmigen Heizrohre einerseits an einem unteren Rohrboden befestigt und andererseits durch einen oberen in Richtung des Austrittsstutzens der erwärmten Flüssigkeit schräg nach oben verlaufenden Rohrboden hindurchgeführt. Diese Heizrohre ragen ferner noch in den Dampfraum oberhalb des Rohrbodens hinein. Die Anordnung kann hierbei so getroffen werden, daß die Windungen der einzelnen Heizrohre an-ihrem oberen Ende stufenweise in Richtung des Austrittsstutzens der erwärmten Flüssigkeit abnehmen. Vorteilhafterweise können die schraubenförmig gewundenen Heizrohre auch schrägstehend angeordnet werden. According to a further feature of the invention, the straight ends of the helical heating tubes are attached on the one hand to a lower tube sheet and, on the other hand, passed through an upper tube sheet running obliquely upward in the direction of the outlet connection of the heated liquid. These heating tubes also protrude into the steam space above the tube sheet. The arrangement can be devised such that the turns of the individual heating tubes at - its upper end gradually decrease in the direction of the outlet nozzle of the heated liquid. Advantageously, the helically wound heating pipes can also be arranged at an angle.

Tn der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 4 mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Tn the drawing several embodiments of the invention are shown in Figs. 1 to 4.

Bei dem Wärmetauscher 1 nach Abb. 1 besteht das Dampfheizsystem 2 aus einer Vielzahl von Heizrohren 3, die in bekannter Weise aus schraubenförmigen, eng gewundenen Windungen 4 bestehen. Die Stehender dampfbeheizter Wärmetauscher mit schraubenförmig eng gewundenen HeizrohrenIn the case of the heat exchanger 1 according to FIG. 1, the steam heating system 2 consists of a multiplicity of heating tubes 3, which consist of helical, tightly wound turns 4 in a known manner. The standing steam-heated heat exchanger with helically tightly wound heating pipes

Anmelder:Applicant:

W. Bälz & Sohn K.G., Heilbronn/Ne.ckarW. Bälz & Sohn K.G., Heilbronn / Ne.ckar

Herstellung der schraubenförmigen Heizrohre 3 kann derart erfolgen, daß gerade Rohre in dafür besonders geschaffenen Vorrichtungen zu einer Schraubenform gewickelt werden. Die mit einem unteren Rohrboden 5 und einem oberen Rohrboden 6 verbundenen Enden der Heizrohre 3 sind dagegen gerade. Sie weisen also keine Windungen auf. Durch ein derartiges schraubenförmige Heizrohre aufweisendes Dampfheizsystem wird vor allem gegenüber den Wärmetauschern mit geraden Rohren eine größere Heizfläche des Heizsystems und eine erhöhte Ausnutzung der dem Wärmetauscher zugeführten Wärmemenge erzielt.The helical heating pipes 3 can be produced in such a way that straight pipes are wound into a helical shape in devices specially created for this purpose. In contrast, the ends of the heating tubes 3 connected to a lower tube sheet 5 and an upper tube sheet 6 are straight. So you have no turns. Such a steam heating system having helical heating pipes achieves a larger heating surface of the heating system and an increased utilization of the amount of heat supplied to the heat exchanger, especially compared to the heat exchangers with straight pipes.

Das Heizrohrsystem des Wärmetauschers nach Abb. 1 bildet eine Heizstrecke, die in verschiedenen Höhenlagen auch verschiedene Temperaturen aufweist. Es ist augenscheinlich, daß für eine einwandfreie ArbeitsweisedesWärmetauschers verschiedenen Höhenlagen auch entsprechende. Temperaturen bzw. entsprechende Aufheizungswerte zugeordnet sind, d. h.. man muß bestrebt sein, dort eine kleine Heizfläche zu erzielen, wo mit Dampf sehr schnell die Wärme übertragen wird und dort eine große Heizfläche zu bilden, wo eine geringe Wärmemenge zur Verfügung steht. Die Heizstrecke muß demnach, um insbesondere Dampfschläge zu vermeiden, ein ganz bestimmtes Temperaturgefälle erhalten. Je nach dem einzelnenThe heating pipe system of the heat exchanger according to Fig. 1 forms a heating section, which in different Altitudes also has different temperatures. It is evident that for a flawless one Operation of the heat exchanger also corresponding to different altitudes. Temperatures or corresponding Heating values are assigned, d. h .. one must strive to have a small heating surface there Achieve, where the heat is transferred very quickly with steam and to form a large heating surface there, where a small amount of heat is available. The heating section must therefore, in particular To avoid steam hammer, maintain a very specific temperature gradient. Depending on the individual

Φ5 Bedarfsfall muß demzufolge dieses Temperaturgefälle gewählt werden. Φ5 If necessary, this temperature gradient must therefore be selected.

Die Wahl des Temperaturgefälles kann durch Abstufung der Heizfläche erreicht werden. Diese Abstufung wird beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 dadurch erreicht, daß die schraubenförmigen Heizrohre verschieden lang sind, und zwar nehmen deren Längen von rechts nach links zu. Man kann natürlich die Abstufung des Heizrohrsystems auch in einer anderen Weise als in Abb. 1 dargestellt, vornehmen.The choice of the temperature gradient can be achieved by grading the heating surface. This gradation is achieved in the embodiment of Fig. 1 in that the helical heating pipes are of different lengths, namely their lengths increase from right to left. Of course you can the staging of the heating pipe system can also be carried out in a different way than shown in Fig. 1.

909 690/392909 690/392

Claims (6)

Durch eine derartige Ausbildung und Beeinflussung der Heizstrecke des Wärmetauschers werden demnach die gewünschten Aufheizungswerte in dem Sinne erzwungen, daß bei einem plötzlichen Wärmebedarf bis zur vollkommenen Überflutung der Heizfläche eine kurzzeitige Überhitzung in der Nähe des Austritts des Warmwassers, insbesondere bei großen Wärmetauschern, nicht auftreten kann, wodurch die gefürchteten Dampfschläge vermieden werden können. Die schraubenförmig gewundenen Heizrohre des Wärmetauschers nach Abb. 1 sind ferner schräg gestellt. Der Vorteil der Schrägstellung der Heizrohre ist insbesondere in der besseren Turbulenz des zu erwärmenden Wassers zu sehen. Während bei senkrecht stehenden Heizrohren beispielsweise das von den unteren Heizrohrwindungen erwärmte Wasser nicht von diesem sofort weggeführt wird, sondern vielmehr an diesen mehr oder weniger von unten nach oben entlanggleitet, wodurch die Wärmeübertragung und die Strömungsgeschwindigkeit ungünstig beeinflußt wird, erfolgt bei schrägen Heizrohren ein Wegführen des erwärmten Wassers von den Heizrohrwindungen nach dessen Erwärmung, da dieses das Bestreben hat, senkrecht von unten nach oben zu strömen. Die Folge davon ist, daß gegenüber der Anordnung mit senkrecht stehenden Heizrohren die Wärmeübertragung intensiver und die Turbulenz erhöht wird. Durch die Schrägstellung der Heizrohre wird auch eine noch größere Länge bzw. eine größere Oberfläche des Heizrohrsystems erreicht. Diese Anordnung der Heizrohre bewirkt demgemäß eine weitere Verbesserung von Wärmetauschern mit einem sich entsprechend dem Temperaturgefälle in der Heizfläche verringernden Heizsystem. Aus Abb. 1 ist ferner ersichtlich, daß die geraden Enden 7 der Heizrohre 3 durch den oberen Rohrboden 6 hindurchgeführt sind und in den oberen Dampfraum 8 ragen, wobei der Rohrboden 6 schräg angeordnet ist. Wenn bei einer waagerechten Anordnung des Rohrbodens 6 das Kondensat plötzlich mit dem Rohrboden 6, der eine der Dampftemperatur entsprechend hohe Temperatur aufweist, in Berührung kommt, kann dieses leicht zum Verdampfen gelangen, wodurch Dampfschläge bzw. Geräusche auftreten. Bei der schrägen Anordnung des Rohrbodens 6 und vor allem bei der Herausführung der Heizrohrenden 7 aus dem Rohrboden 6 wird dagegen eine günstigere Wärmeabführung im oberen Teil des Heizrohrsystems erreicht, wodurch vor allem ein Brodeln und damit eine Dampfbildung des Kondensats in weitgehender Weise verhindert wird. Nach den Abb. 1 bis 3 sind ferner zwischen den oberen geraden Rohrteilen Wärmeleitmittel aus Metall vorgesehen. Solche Wärmeleitmittel können nach Abb. 1 aus Rohrstücken 9 oder nach Abb. 2 aus zwei eine Keilform bildenden Blechstreifen 10 oder auch aus Streifen 11 gemäß Abb. 3 gebildet werden. Derartige Wärmeleitmittel wurden bereits bei Wärmetauschern an sich vorgeschlagen. Der Zweck dieser Mittel ist eine erhöhte Wärmeabführung und damit eine eine Dampfbildung bzw. Dampf- und Wasserschläge verhütende Wirkung zu erzielen. Nach Abb. 4 ist der Wärmetauscher im oberen Teil des Behälters kegelförmig verengt, um eine maximale Wassergeschwindigkeit am Ausgang des Wärmetauschers bei wesentlich verringerter Heizfläche zu erzielen. Patentansprüche.Such a design and influencing the heating section of the heat exchanger accordingly enforce the desired heating values in the sense that if there is a sudden need for heat until the heating surface is completely flooded, brief overheating in the vicinity of the hot water outlet, especially in the case of large heat exchangers, cannot occur , whereby the dreaded steam hammer can be avoided. The helically wound heating pipes of the heat exchanger according to Fig. 1 are also set at an angle. The advantage of the inclined position of the heating pipes can be seen in particular in the better turbulence of the water to be heated. While in vertical heating pipes, for example, the water heated by the lower heating pipe windings is not led away from this immediately, but rather slides along them more or less from bottom to top, which has an unfavorable effect on the heat transfer and the flow rate, the inclined heating pipes lead away heated water from the heating pipe windings after it has been heated, as this tends to flow vertically from bottom to top. The consequence of this is that, compared to the arrangement with vertical heating pipes, the heat transfer is more intensive and the turbulence is increased. Due to the inclination of the heating pipes, an even greater length or a larger surface area of the heating pipe system is achieved. This arrangement of the heating tubes accordingly brings about a further improvement in heat exchangers with a heating system that decreases in accordance with the temperature gradient in the heating surface. From Fig. 1 it can also be seen that the straight ends 7 of the heating tubes 3 are passed through the upper tube sheet 6 and protrude into the upper vapor space 8, the tube sheet 6 being arranged at an angle. If, with a horizontal arrangement of the tube sheet 6, the condensate suddenly comes into contact with the tube sheet 6, which has a temperature corresponding to the steam temperature, it can easily evaporate, causing steam hammer or noises to occur. With the inclined arrangement of the tube sheet 6 and especially when the heating tube ends 7 are led out of the tube sheet 6, more favorable heat dissipation is achieved in the upper part of the heating tube system, which largely prevents the condensate from boiling and thus the formation of steam. According to FIGS. 1 to 3, heat conducting means made of metal are also provided between the upper straight pipe parts. Such heat conducting means can be formed from pipe pieces 9 according to FIG. 1 or from two sheet metal strips 10 forming a wedge shape according to FIG. 2 or from strips 11 according to FIG. 3. Such heat conductors have already been proposed per se for heat exchangers. The purpose of these means is to achieve increased heat dissipation and thus an effect that prevents the formation of steam or steam and water hammer. According to Fig. 4, the heat exchanger is conically narrowed in the upper part of the tank in order to achieve a maximum water velocity at the outlet of the heat exchanger with a significantly reduced heating surface. Claims. 1. Stehender dampfbeheizter Wärmetauscher mit schraubenförmig eng gewundenen Heizrohren, bei dem die zu erwärmende Flüssigkeit im Gegenstrom zum Dampf geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre derart ausgebildet sind, daß die wärmetauschende Oberfläche des Heizrohrsystems in der Richtung vom Dampfeintritt zum Kondensataustritt wenigstens im oberen Teil des Heizsystems zunimmt.1. Vertical steam-heated heat exchanger with helically tightly wound heating pipes which the liquid to be heated is fed in countercurrent to the steam, characterized in that that the heating tubes are designed such that the heat exchanging surface of the Heating pipe system in the direction from the steam inlet to the condensate outlet at least in upper part of the heating system increases. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Enden der schraubenförmigen Heizrohre einerseits an einem unteren Rohrboden befestigt und andererseits durch einen oberen in Richtung des Austrittsstutzens der erwärmten Flüssigkeit schräg nach oben auslaufenden Rohrboden hindurchgeführt sind und in den Dampf raum oberhalb dieses Rohrbodens hineinragen.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the straight ends of the helical heating pipes attached on the one hand to a lower tube sheet and on the other hand through an upper in the direction of the outlet connection of the heated liquid at an angle The tube sheet running out at the top is passed through and into the steam space above this tube sheet protrude. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der einzelnen Heizrohre an ihrem oberen Ende stufenweise in Richtung des Austrittsstutzens der erwärmten Flüssigkeit abnehmen.3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the turns of the individual Heating pipes at their upper end gradually in the direction of the outlet connection of the heated Lose liquid. 4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmig gewundenen Heizrohre schrägstehend angeordnet sind. 4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the helically wound heating pipes are arranged at an incline. 5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen schräg angeordneten Rohrboden auf der Seite der erwärmten Flüssigkeit zwischen den geraden Teilen der Heizrohre Wärmeleitmittel aus Metall, wie Rohre, Bleche u. dgl., angeordnet sind.5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that on upper obliquely arranged tube sheet on the side of the heated liquid between the straight Parts of the heating pipes, heat conducting means made of metal, such as pipes, metal sheets and the like. Are arranged. 6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter des Wärmetauschers an seinem oberen Teil kegelförmig verengt ist.6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the Container of the heat exchanger is conically narrowed at its upper part. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 212 014, 107 924;
britische Patentschrift Nr. 724 249.
Considered publications:
German Patent Nos. 212 014, 107 924;
British Patent No. 724 249.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DE1955B0036841 1955-08-12 1955-08-12 Standing steam-heated heat exchanger with helically tightly wound heating pipes Pending DE1071729B (en)

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