DE867861C - Waermeaustauscherelement - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscherelement Die Erfindung bezweckt, einWärmeaustauscherelemen.t zu schaffen, das aus minderwertigem Guß hergestellt werden kann und das den Anforderungen der neuzeitlichen Technik und weitgehendsten Wärmeentkernung des Stromes des. an ihm vorbeiziehenden Wärmaustauschmittels entspricht. Es .eignet sich insbesondere zur Herstellung von überhitzern; Rauchgasvorwärmern, Lufterhitzern usw. Außerdem kann. es auch in solchen Wärmeaustauschern vorgesehen werden, bei denen statt Wasser, Luft und Rauchgase andere flüssige bzw. gasförmige Wärmeaustauschmittel zur Anwendung kommen.
• Es ist bekannt, auf glatten Rohren gu.ßei@serne Rippenstücke oder taschenbildende Rippenplatten durch Verschraubungen festzuhalten. Auch sind zusammenschraubbare Rippenschalen, welche zur gleich zwei benachbarte parallele Rohre eines Speisewasservo@rwärmers umschließen, bekanntgeworden. Die neuzeitliche Feuerungstechnik arbeitet mit hohen Dampfdrücken und hohen Luftaufwärmungen, wodurch die Wärmeau.stauscher hohen Temperaturschwankungen, z. B. bei Stillstand und maximaler Belastung, ausgesetzt sind. Starre Verschrau: bangen folgen diesen Schwankungen nicht mehr und führen entweder zu Undichtigkeiten und schlechter Wärmeübertragung oder zu Materialschäden.
• Bekannt sind ferner unterteilte parallele Rippen mit und ohne abgebogene Enden sowie um eine halbe Rippenteilung gegeneinander versetzt angeordnete Querrippen benachbarter, in der Längsachse geteilter und abgeflachter Rohre wie auch beiderseits einer Platte ungleichartige Rippen.
• Mit diesen Mitteln kann unter Umständen erreicht werden, daß die Wärmekernhülle des RauchgaseinzeIstromes schlangenartig die Rippen bespült und seine Breite bis zur halben Rippenentfernung zerspaltet wird, nicht aber, daß der darin eingeschlossene Wärmekern die Rippen berührt. Diese Nachteile entfallen bei der Anwendung eines Wärmeaustauscherelementes gemäß der Erfindung. Er besteht aus zwei Schalen, die so aneinandergefügt sind, daß sie einen geschlossenen Durchlaß für das eine der !beiden Wärmeaustauschmittel bitldern und die an ihrer äußeren -Oberfläche mit Rippen versehen sind. Erfindungsgemäß sind die Rippen in Eintritts-, Düsen- und Austrittsr rippen reihenförmig unterteilt und derart versetzt angeordnet, daß der aus einem Kernstrom und beiderseitigen Hüllströmen durch die Eintrittsrippen gebildete Teilstrom des außen an den Rippen vorbeiziehenden gasförmigen Wärmeaustauschmittels nach Durchströmender Düsenrippen in der Austrittsrippenreih e die ehemalige Stellung des Kern- und Hüllstromes wechselt.
• Die erfindungsgemäße Anordnung der Rippen :gestattet ungeachtet der Rippenabstandsbreite, welcher herstellun@gstechniseh Grenzen- gestellt sind, beliebige Zers,paltung des Stromes des an den Schalen vorbeiziehenden Wärmeaustauschmittels und erzwingt daher eine Rippenberührung des Wärmekernes.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Schalen an ihren Enden mit schrägkantigen Flanschen versehen; dadurch ist es möglich, die Wärmeäustau@scherelemente wabenförmig aufeinander anzuordnen, @so daß die eingangs: erwähnten Verschraubungen entfallen, da die Schalen durch ihr Eigengewicht zusämmengepreßt werden.
• Ausführungsbeispsele von Wärmeaustauschern gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. I in ihrer oberen Hälfte einen aus Wärmeäustauscherelementen gemäß der Erfindung zusammengebauten Wärmeaustauscher für wärmetaufne'hmen@den Wasserdurchgang, Fig. II in der Ansicht ein Stück eines. Wärmeaus.tauscherelementes gemäß der Erfindung mit eingesetztem Rohr und mit eingezeichnetem Rauchgaseinzelstrom und den Weg des Wärmekernes, Fig. III im Schnitt ein erfindungsgemäßes Wärmeaustauscherelement als Rauohgasvorwärmerelement, Fig. IV im Schnitt eine Hälfte eines Wärmeaustausc'herelementes mit neuartigen Außenrippen und schräg gestellten Innenrippen, als Luftvorwärmerelement.
• Die Außenrippen dies in Fäg. II gezeigten Elementes bestehen aus Eintritts.- 1, Düsenr- 2 und Austrittsrippen 3. Der durch. zwei Eintrittsrippen i gebildete Rauchgasteilstrom q: durchströmt die atrahldüsemähuliche Rippenführung 5 und zum Teil die anliegendem streudüsenähnlichen Rippenführun-;gen 6 und gelangt mit benachbarten Rauchgasteilströmen zwischen die Austrittsrippen 3.: Somit besteht die dort weiterziehende Wärmekernhülle aus Rauchgasteilströmen 8' und 8" und der Wärmekern aus 7' und 7". Die erfindungsgemäße Rippenform und Rippenanordnung verhindert, däß die durch die Eintrittsrippen i gebildete Wärmekernhülle 8 an den Austrittsrippen 3 als Wärmekernhülle 8' und 8" weiterzieht, und zwar ist dies dadurch erreicht, :daß der Wärmekern 7 bei seinem Durchgang durch die Strahldüse 5 einen Geschwin digkeitszuwachs erhält, der stets den Rauchgasstrom aus ,den benachbarten Streudüsen 6 von der Austrittsrippe 3 wegdrückt, wobei der Wärmeikern 7 selbst zu den Hüllen 8' und 8" wird. Die frühere WärmekernhüJle 8 zieht nun als wärmeärmerer Kern 7' und 7" zwischen den Austrittsrippen weiter. Dieses Spiel wiederholt sich auf dem ganzen Weg des Rauchgasstromes, so daß eine voll-,ständige Zerhackung des ursprünglichen Rauchgtaseinzelstromes erzielt wird.
• Die Wärmeaustauscherelemente bestehen aus je zwei Rippenschalen 9 bzw. 1o (Fig. III und IV); deren zusammenfügbare Stellen mit Feder und Nut und dazwischenliegender Dichtung l i versehen werden können. Die Rippenschalenenden haben schrägkantige Flansche 12 (Fig. I bis IV). Diese bei aus einem ungeteilten Stück bestehenden Rippenrohrflanschen an sich bekannte Flan:schform hat bei der Wabenanoränung der geteilten Flansche (Fig.I) den Vorteil, däß die Rippenschalen durch das Gewicht der oberen. Schalen keilartig dicht aneinandergepreßt werden. Zur Sicherung vollkommener Dichtung auf der ganzen Rohrlänge bzw. zur Verbesserung des Kontaktes zwischen den Rahrumkleidüngs@ schalen 9 und dem wärmeaufnehmenden Rohr 13 (Fig. II, III) werden tin Abständen auf der Längsochse zusätzliche flanschähnliche schrägkantige Zwischenstücke bzw. Stützwarzen 14 angeordnet bzw. Bindemittel angewendet.
• Die Innenseite der Wärmeaustauschersc'halenelemente wird dem Verwendungszweck angepaßt. Sollen die Rauchgase die durchströmende Luft erwärmen, so erhalten die Schalen Innenrippen 15 (Fig.IV). Diese werden schräg zur Luftdurchgangsachse vorzugsweise nach Sinuskurve angebracht, so -daß die durchströmende Luft Wellenbewegungen erhält.
• Der Schalenkörper kann beliebige Form aufweisen. Fig.I zeigt einen aus runden Rippenschalen 16 zusammengebauten Luftvorwärmer. In Fig. IV hat die Rippenschale eine in der Querachse verlängerte strornlinienartige Form.
• Wird oder Wärmeaustauscher für stark verunreinigte Luft oder zum Erwärmen von Wasser, Dampf u. dgl. gebraucht, so bleibt die Innenseite der Schale ohne Rippen.
• Der zur Erwärmung von Wasser dienende Wärmeaustauscher besteht aus mit Rohrschalen uniklei@deten glatten Rauchgasvorwärmerstahlrohren 13 (Fig. Il und III). Die Wärmeübertragung von den Rohrschallen an die Stahlrohre erfolgt vorzugsweise auf dem Kontaktwege. Zur Steigerung der Wärmeübertragung dienen leicht deformierbare wärmeleitende Zwischenlagen. Die Rohrschalen werden mittels der Endflansche 12 und den flanschähnlichen Zwischenstützen 14 fest an: .das Stahlrohr angedrückt. Durch Druckschrauben 17, 18 (Fig. I) wird der Kontaktdruck verstärkt. Die Druckschrauben 17 verstärken den seitlichen und die Druckschrauben 18 .den vertikalen Druck auf die Flansche 12 bzw. Stützwarzen 14. Die unterste Reihe der Wärmeaustauscherelemente lagert auf dem mit zickzackförmiger Oberfläche ausgeführten Bodenbalken ig, während ein auf der obersten Reihe liegender, beweglicher, an einer Unterfläche gezackter Querbalken 2o den von den Schrauben 18 vertikalen Druck auf die Schalenflansche überträgt. Um die zwischen den Wärmeaustauscheredementen von Temperaturschwankungen: entstandenen Drücke auszugleichen, werden elastische Zwischenlagen 21 verwendet.
• Das. mit Rohrschalen umkleidete- glatte Stahlrohr 13 vereinigt die Vorteile des gußei,sernen Rauchgasvorwärmers mit denen des Stahlrauchgasvorwärmers, weil es die Festigkeit und Sicherheit des letzteren bietet und durch billigste Gußschalen m.it durch Rippen oder anderen Ansätzen eine vergrößerte Heizfläche und bessere Wärmeentkernurng sichert und: den Rauchgasen mit korrosionsfestem Werkstoff entgegentritt.
• Es, steht nichts im Wege, unter Beibehaltung der beschriebenen Rippenform und -anordnung, anstatt Schalen ungeteilte Rippenrohre zu verwenden bzw. in das Rippenrohr ein Stahlrohr einzugießen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wärmeaustauscherelement, bestehend aus zwei Schalen., die so aneinandergefügt sind, daß sie einen geschlossenen Durchlaß für das eine der beiden Wärmeaustauschmittel bilden, und die an ihrer äußeren Oberfläche mit Rippen versehen sind, dadurch ,gekennzeichnet, daß die Rippen in Eintritts- (i), Düsen- (2) und Austritts:rippen (3) reihenförmig unterteilt und derart versetzt angeordnet sind, d'aß der aus einem Kernstrom (7) und beiderseitigen Hüllströmen (8) durch die Eintrittsrippen gebildete Teilstrom (4) des außen an den Rippen vorbeiziehenden gasförmigen Wärmeaustauschmittels nach Durchströmen der Düsenrippen (5, 6) in der Austrittsrippenreihe (3) die ehemalige Stellung des Kern- (7) und Hüllstromes (8', 8") wechselt.
2. 2. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch i, .dadurch gekennzeichnet, daß je ein Paar nebeneinander befindlicher Rippen (2) der Düsenreihe abwechselnd eine strahl- (5) und eine streudüsenähnliche (6) Führung bildet.
3. 3. Wärmeaustauscherelement nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit schrägkantigen Flanschen versehen ist, die etwa in Wabenordnung aufeinandergesetzt sind.
4. 4. Wärmeaustauscherelement nach den Ansprüchen, i bis 3, gekennzeichnet durch in Abständen auf der Längsachse angeordnete flansch" ähnliche schrägkantige Zwischenstücke bzw. Stützwarzen (i4).
5. 5. Wärmeaustauscherelement nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Innenrippen versehen ist und runde (i6) oder in der Querachse verlängerte, beispielsweise stromli.nienartige'Form (Fig. IV) hat.
6. 6. Wärmeaustauscherele-ment nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen derart schräg gestellt sind, daß die Strömung wellenförmig etwa nach der Sinuskurve läuft.
7. 7. Wärmeaustauscherelement nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zur wärmedurchleitenden Umkleidung von glatten Rohren, insbesondere Einzelrohren (i3), dient. B. Aus Wärmeaustauscherelementen nach den Ansprüchen i bis 7 zusammengesetzter Wärmeaustauscher, dadurch, gekennzeichnet, daß das Festhalten der Schalen durch Anwendung von auf die Schalenflansche wirkenden Druckschrauben (i7) bzw. von auf bewegliche Zackenbalken (2o) wirkenden Druckschrauben (i8) b.zw. Bindemittel bewirkt oder verstärkt wird. g. Wärmeaustauscherelement nach den Ansprüchen i bis. 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der beiden Scharlen ein ungeteiltes Rippenrohr, gegebenenfalls mit eingegossenem Stahlrohr, angewendet wird. io. Wärmeaustauscherelemente nach den Ansprüchen 7 und 9, gekennzeichnet durch Anwendung als Kessel-, Überhitzer-, Verdampfungseconomiser-, Rauch,gasvorwärmerrohre u. dgl. für Nieder- bis Höchstdrücke. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 637 434.