-
Gaserwärmer Die Erfindung betrifft einen neuartigen und besonders
vorteilhaften Gaserwär.mer vom Wärmestrahlungstyp.
-
Bei bisher bekannten Ausführungsformen von Strahlungswärmeaustauschern
für Gase bestehen dieselben aus einer Anzahl von im wesentlichen lotrechten, in
einem lotrechten Schacht angeordneten Rohren für das zu erwärmende Gas, wobei der
Schacht mit an je einem Ende eines zentralen freien Raumes im Schacht angeordneten
Zu- und Abfuhrorganen für das Heizgas ausgestattet ist. Die Rohre sind kreisförmig
um den freien Raum herum angeordnet und. zwischen einem oberen und einem unteren
Sammelkasten parallel geschaltet, und zwar derart, daß ein zusammenhängender, als
eine Einheit zu handhabender Rohrkorb entsteht, wobei die Rohre im Abstand voneinander
liegen und den freien Raum in Form eines einziges Ringes umgeben.
-
Die Wärmeübertragungsfläche eines derartigen Gaserwärmers läßt sieh
aus dem Produkt von Rohrdurchmesser sowie Länge und Anzahl der Rohre ermitteln.
Nun können Rohrdurchmesser und Anzahl der Rohre nicht über ein gewisses Höchstmaß
hinaus gesteigert werden. Wenn also die Wärmeübertragungsfläche über einen gewissen
Betrag hinaus vermehrt werden soll, muß die Länge der Röhre vergrößert werden. Da
aber die Rohre derartiger bekannter Gaserwärmer durch das Gewicht des an ihnen hängenden
unteren Sammelkastens sowie durch ihr Eigengewicht einer starken Beanspruchung ausgesetzt
sind, können sie nicht
länger gewählt werden als das Dreifache des
RohrkoTbdurchmessers. Genügt die durch die größtmögliche Länge der Rohre gebotene
Wärmeübertragungsfläche noch immer nicht, was recht oft der Fall ist, müssen in
bisher bekannter Weise zwei getrennte Schächte vorgesehen werden.
-
Der erfindungsgemäße Gaserwärmer läßt diesen erheblichen Nachteil
einer doppelten Schachtanordnung vermeiden, und zwar dadurch, daß die Rohrsatzvorrichtung
in mehrere im Schacht untereinander angeordnete Rohrsatzeinheiten aufgeteilt ist,
welche miteinander in bezug auf den Strom des zu erwärmenden Gases in Reihe geschaltet
sind.
-
In der Zeichnung ist ein Gaserwärmer der erfindungsgemäßen Art in
einer beispielsweisen Ausführungsform im Vertikalschnitt schematisch veranschaulicht.
An Hand dieser Zeichnung werden auch weitere zusätzliche Kennzeichen der Erfindung
beschrieben und gewisse nicht unerhebliche weitere Vorteile aufgewiesen, welche
die Erfindung mit sich bringt, die jedoch bisher noch keine Erwähnung gefunden haben.
-
Der erfindungsgemäße Gaserwärmer. besteht im ,vesentlichen aus drei
Hauptteilen, nämlich dem Schacht, dem das Heizgas leitenden System und dem das zu
erwärmende Gas leitenden System.
-
Die Wand 7 des Schachtes ist aus verschiedenen Schichten gebildet,
die aus wärmeabstrahlenden -und -isolierenden Materialien und aus einer letztere
umhüllenden Eisenblechschale bestehen.
-
Der Schacht besteht in seinem oberen Teil aus der im Schachtkopf 12
angeordneten Zufuhrleitung z, die in den zentralen Raum i des Schachtes übergeht.
Der Schachtkopf 12 stützt sich am ringförmigen U=Eisen 39 ab, das von den am Ring
38 ruhenden Platten 4o getragen wird. D.er Ring 38 liegt an der Oberfläche der Wand
7. Die Heizgase strömen von oben durch die Zufuhr :2 in den Schacht hinein, um nach
Abgabe ihrer Wärme unten bei 5 aus dem Schacht wieder abzuziehen.
-
Das zu erwärmende Gas wird bei der veranschaulichten Ausführungsform
durch zwei Rohrsatzeinheiten geführt. Die obere Rohrsatzeinheit 41 ist mittels ihres
oberen Sammelkastens io, der an den Platten 4o befestigt ist, in den Schacht eingehängt.
Dieser Sammelkasten ist von rechteckigem Querschnitt und weist ein Gaszuleitungsrohr
47' auf, das waagerecht das obere Ende der Wand 7 durchsetzt. Da der unterhalb der
oberen Rohrsatzeinheit befindlicht Raum durch die untere Rohrsatzeinheit 43 eingenommen
ist, geht das Ableitungsrohr 44 aus dem unteren Sammelkasten i i der oberen Rohrsatzeinheit
waagerecht durch eine in lotrechter Richtung verlängerte Öffnung 45 der Wand 7,
wobei diese Öffnung hoch genug ist, um eine lotrechte Be--,vegung des Ableitungsrohres44
infolge thermischer Längenveränderungen der Rohre 6 zu ermöglichen. Die um das Rohr
44 'herum befindlichen Teile der Öffnung 45 können gegen Gasaustrifit in beliebiger
bekannter Weise abgedichtet werden.
-
Die untere Röhrsatzeinheit 43 ist an einer Schulter 46 der Wand 7
im mittleren Teil des Schachtes aufgehängt, indem der obere Sammelkasten io dieser
Rohrsatzeinheit auf dieser Schulter ruht; diesem Sammelkasten ist ein Rohr 47 angeschlossen,
das sich durch eine Öffnung 48 der Wand nach außen erstreckt. Nachdem der Kasten
io praktisch keine lotrechte Bewegung im Verhältnis zu der Wand ausführt, braucht
die Öffnung 48 nur mit einem sehr kleinen Betrag größer als das Rohr 47 zu sein.
Die Rohre 6 und der untere Sammelkasten i i (der, ebenso wie der untere Sammelkasten
der oberen Rohrsatzeinheit 41, von kreisrundem Querschnitt ist) der unteren Röhrsatzeinheit
hängen frei vom oberen Sammelkasten io dieser Einheit in den Schacht hinab. Nachdem
im allgemeinen wenig Platz zur Anordnung von Gaszufuhr- und -abfuhrorga.nerl ünterhäib
des Gaserwärmers zur Verfügung steht, verläuft das Verbindungsrohr 44 des unteren
Sammelkastens i i ähnlich wie das entsprechende Bauelement der oberen Rohrsatzeinheit
41 durch eine Öffnung 5o der Wand 7. Diese Verbindung kann jedoch, wenn Platz vorhanden
ist, auch. durch den Boden des Schachtes in vertikaler Richtung herausgeführt werden.
-
Bei der veranschaulichten Anordnung der Anschlußrohre 44, 44 , 47
und 47', die die Wand 7 durchsetzen, kann das zu -erwärmende Gas auf verschiedene
Art und Weise durch. den Erwärmer geleitet werden, indem ein beliebiges der Anschlußrohre
als Zufuhr und ein beliebiges Anschlußrohr der anderen Rohrsatzeinheit als Abfuhr
dienen kann, wobei die übrigen Rohre miteinander zu verbinden sind. So kann z. B.,
wie in der Zeichnung veranschaulicht, das dem oberen Sammelkasten io der unteren
Rohrsatzeinheit 43 angeschlossene Rohr 47 als Zufuhr für das zu erwärmende Gas dienen,
wobei das dem unteren Sammelkasten ii der oberen Rohrsatzeinheit 41 angeschlossene
Rohr 44 die Abfuhr bildet und die Rohre 44' und 47' miteinander verbunden sind,
um das Gas aus dem unteren Sammelkasten der unteren Rohrsatzeinheit dem oberen Sammelkasten
der oberen Rohrsatzeinheit zuzuleiten. Sollte es erwünscht sein, den unteren Sammelkasten
ii der oberen Rohrsatzeinhei.t 41 mit dem oberen Sammelkasten io der unteren" Rohrsatzeinheit
43 in direkte Verbindung zu bringen, so daß das Gas die beiden Einheiten in einer
Strecke durchströmt, so können diese Sammelkästen vorzugsweise innerhalb des Schachtes
miteinander verbunden werden, so, daß dLie Öffnungen 45 und 48 in- der Schachtwand
entfallen.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt die Verbindung der verschiedenen Sammelkästen
mittels an sich bekannter biegsamer Metallschläuche.
-
Im mittleren Teil des Schachtes ist eine Abschirmung 51 angebracht,
um den unteren Sammelkasten i i der oberen Rohrsatzeinheit 41 und den oberen Sammelkasten
io der unteren Rohrsatzeinheit43 zu schützen. Diese Anordnung besteht aus einem
beispielsweise aus Eisenblech bestehenden Träger 52, der unten mit einem einwärts
ragenden. Flansch 53 ausgestattet ist, der die aus wärmeabstrahlendem Material bestehende
Bekleidung 57 trägt. Auf der Außenseite des Trägers 52, ungefähr an seinem mittleren
Teil, ist ein nach außen ragendes
Winkelstück 54 vorgesehen, das
am oberen Sammelkasten io der unteren Rohrsatzeinheit abgestützt ist. Dadurch kann
ein an der Schachtwand befestigter Träger für die Abschirmung 51 erspart werden,
wobei sich die Konstruktionshöhe verringert. Die Aufgabe der Bekleidung 57 ist es,
den Träger 52 gegen die Strahlung und das Aufschlagen seitens des Heizgases zu schützen;
in der Nähe der äußeren Unterkante der Bekleidung 57 ist eine Rille 55 zur Aufnahme
des Flansches 53 vorgesehen.
-
Teils an den unteren Sammelkästen i i und teils an der Abschirmung
51 und einer Schulter 56 der Wand 7 liegen wärmerückstrahlende Platten 30. Dadurch
sind die Sammelkästen i i geschützt, ohne daß ihre vertikale Bewegung behindert
wird, wobei die im oberen inneren Ring liegenden Platten gleichzeitig auch den Oberteil
des Trägers 52 schützen.
-
Durch die beschriebene Anordnung mit der doppelten Rohrsatzeinheit
werden außer den oben angedeuteten auch verschiedene weitere Vorteile erreicht.
Abgesehen von der mehr oder minder bedeutenden Ersparnis an erforderlicher Bodenfläche
und an Schachtbaumaterial sowie an Rohren zum Gastransport bietet die Anordnung
der zweiten Rohrsatzeinheit unterhalb der ersten Rohrsatze,inheit und in demselben
Schacht wie diese - an Stelle der seitlichen Anordnung der zweiten Rohrsatzeinheit
in einem getrennten Schacht - eine größere Kühlfläche zur Aufnahme der von der Zone
i ausgehenden Strahlung. In dieser Zone i ist die stärkste Strahlung vorhanden,
und ein Teil der Strahlung aus dieser Zone i geht durch den zentralen Kanal der
Abschirmung 51 auf die Rohre der unteren Rohrsatzeinheit über. Ist ein solcher die
Wärmestrahlung aufnehmender Raum unterhalb der oberen Rohrsatzeinheit nicht vorhanden,
so wird ein großer Teil dieser Strahlung zu dieser einzigen Rohrsatzeinheit und
insbesondere zu deren oberen, der heißen Zone I nahe liegenden Teilen zurückgestrahlt,
wo diese Teile doch schon infolge direkter Bestrahlung von der heißen Zone i aus
ohnehin einer starken Beanspruchung unterworfen sind. Eine solche Rückstrahlung
wird vermieden oder zumindest verringert, wenn man die in der Zeichnung gezeigte
erfindungsgemäße Anordnung ver--,vendet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
die Abschirmung 51 den Heizgasstrom ansammelt und somit in hohem :Maße verhindert,
daß dieses Gas an den Rohren direkt aufschlägt, was im Fall sehr langer Rohre sonst
leicht vorkommen könnte. Die Anordnung zweier Rohrsatzeiriheiten untereinander ist
auch deshalb vorteilhaft, weil dadurch ermöglicht wird, daß das zu erwärmende Gas
das System nach Wahl in verschiedenen Kombinationen von gleich- und entgegengerichteten
Strömungsrichtungen durchlaufen kann. Im allgemeinen wird die beste Methode die
in der Zeichnung gezeigte sein, bei der das Heizgas oben in den Schacht eingeleitet
und das zu erwärmende Gas dem oberen Sammelkasten der unteren Rohrsatzeinheit 43
zugeleitet wird. Das zu erwärmende Gas strömt nun durch die untere Rohrsatzeinheit
und wird ihr durch den unteren $ammelkasten i i entnommen; hiernach wird dasselbe
dem oberen Sammelkasten io der oberen Rohrsatzeinheit 41 zugeführt und nach Durchströmen
dieser Roh.rsatzeinheit aus dem unteren Sammelkasten i i derselben abgenommen. Es
ist aber oft vorteilhaft, das zu erwärmende Gas dem unteren Sammelkasten der unteren
Rohrsatzeinheit zuzuführen, so daß dasselbe im Gegenstrom zum Heizgas diese Einheit
durchläuft. Ein noch weiterer Vorteil der Unterteilung des Systems in zwei Röhrsatzeinheiten
besteht darin, d-aß die untere Rohrsatzeinheit, die ja keinen so hohen Wärmebeanspruchungen
wie die obere ausgesetzt ist, aus billigerem Material hergestellt werden kann.
-
Da Gase einen recht minderwertigen Kühleffekt aufweisen, können Sammelkästen
von der oben beschriebenen Art durch die Hitze, der sie ausgesetzt sind, arg beschädigt
werden, insbesondere an den Stellen, an denen die Rohre mit den Kästen verschweißt
sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden die Sammelkästen gegen Überhitzung
in wirksamer Weise dadurch geschützt, daß oberhalb und in der Nachbarschaft der
Mündungen 62 der Rohre 6 innerhalb der Sammelkästen Verengungs- oder Ableitungsplatten
61 angeordnet werden. Die Platten 61 sind an der Wand des betreffenden Sammelkastens
durch Halter 63 befestigt, die ,an diejenigen Teile der Wände angeschlossen sind,
die keiner direkten Bestrahlung von der Heizquelle her ausgesetzt oder im allgemeinen
nicht der Einwirkung von zu viel Wärme unterworfen sind. Die erwähnten Platten haben
in der Nachbarschaft der Kastenwandungen eine solche Form und Lage, daß sie enge
Durchlässe 64 bilden, durch welche die gesamte Menge des zu erwärmenden Gases fließen
muß. Die Menge und Geschwindigkeit des einen bestimmten Flächenteil der Kastenwandung
passierenden Gases wird hierdurch beträchtlich erhöht, was wieder den Kühleffekt
des Gases vervielfacht. Obwohl die Platten 61 nur im oberen und im unteren Sammelkasten
der oberen Rohrsatzeinheit 41 veranschaulicht worden sind, ist es klar, daß ähnliche
Platten auch in den Sammelkästen der unteren Rohrsatzeinheit 43 angeordnet werden
können.
-
Die Verengungsplatten verbessern auch die gleichmäßige Verteilung
des Gases zu den einzelnen Rohren, wodurch der Wärmeaustauschquotient sämtlicher
Rohre gleichmäßig wird, was mi-t einer der Hauptzwecke der Erfindung ist.
-
Zum zusätzlichen Schutz des oberen Sammelkastens io der oberen Rohrsatzeinheit
41 gegen unzulässige Wärmebeanspruchung von unten her wird die Schachtwand 7 bei
42 nach innen konisch verdickt. Eine ähnliche Aufgabe erfüllt die Schulter 46 im
Zusammenhang mit dem oberen Sammelkasten io der unteren Rohrsatzeinheit 43.
-
Es ist bisher keine Anordnung bekannt, die einen Wärmeaustauscher
mit so hoher Wärmeleistung darstellt. Erst durch die erfindungsgemäße Anordnung
ist es gelungen, einen Gaserwärmer vom Wärmestrahlungstyp zu schaffen, der die Verwendung
höherer Gastemperaturen gestattet und sich trotzdem einfacher und wirtschaftlicher
herstellen
läßt als alle bisher bekannten derartigen Anordnungen.