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Wärmeaustauscher.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher für die Beheizung von Wasser höheren
Druckes durch überhitzten, nicht kondensierenden Dampf niedrigen Druckes und eignet sieh besonders für die Ladung von Hochdruckwärmespeichern oder für die Erzeugung von Hoehdruckdampf.
Bei derartigen Wärmeaustauschern spielen folgende Gesichtspunkte eine wichtige Rolle : Der die Wärme abgebende Dampf ist überhitzt und besitzt eine hohe Temperatur, jedoch niedrigen Druck.
Das zu erhitzende oder zu verdampfende Wasser steht unter sehr hohem Druck, hat aber niedrigere
Temperatur als der überhitzte Niederdruckdampf. Infolgedessen muss der Teil des Wärmeaustauschers, durch den das zu erhitzende oder zu verdampfende Wasser strömt, für sehr hohen Druck gebaut sein und es ist zur Verringerung der Herstellungskosten zweckmässig, den Durchmesser dieses Teiles möglichst gering zu wählen, um mit kleinen Wandstärken auszukommen. Der grosse Temperaturunter- schied zwischen dem die Wärme abgebenden Dampf und dem die Wärme aufnehmenden Wasser hat zur Folge, dass diejenigen Teile, durch die der überhitzte Dampf bzw. das Wasser strömt, grossen Temperaturunterschieden und daher entsprechend grossen Formänderungen unterworfen sind.
Um un- erwünschte Spannungen zu vermeiden, müssen sieh daher die beiden Teile relativ gegeneinander bewegen können.
Bei den bekannten Wärmeaustauschern für hohe Drücke sind diese Forderungen nicht erfüllt.
Bei einer bekannten Konstruktion sind die Rohre, durch die das wärmeabgebende Medium strömt, innerhalb einer Trommel von verhältnismässig grossem Durchmesser untergebracht. Die Rohre des wärmeabgebenden Heizmittels können sich zwar innerhalb dieser Trommel ausdehnen, jedoch muss die Trommel wegen ihres grossen Durchmessers mit erheblichen Wandstärken ausgeführt werden, was die Anschaffungskosten sehr erhöht.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Rohre, durch die das wärmeabgebende Mittel hin- durchströmt, innerhalb eines Mantelrohres, durch die das zu erhitzende Wasser fliesst, anzuordnen. In diesem Falle ist zwar der Durchmesser des Mantels wesentlich kleiner als bei der vorerwähnten bekannten Trommel ; es sind jedoch bei dieser Konstruktion die Wärmedehnungen der Rohre nicht berücksichtigt, so dass gefährliche Spannungen im Betriebe entstehen müssen.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, dass ein oder mehrere von Dampf durchströmte Rohre von einem Mantelrohr umgeben sind, in dem das zu beheizende Wasser sich befindet oder fliesst, und dass die dampfführenden Rohre so ausgebildet und solche Zwisehenräume zwischen den Rohren vorgesehen sind, dass sich die Länge der Rohre und ihr gegenseitiger Abstand sowie ihr Abstand gegenüber dem Mantelrohr ändern kann, ohne dass unzulässige Spannungen auftreten.
Eine sehr einfache Ausführung ergibt sich, wenn der aus einem oder mehreren dampfführenden Innenrohren und aus einem wasserführenden Mantelrohr bestehende Wärmeaustauscher aus zwei geraden Teilen besteht, welche mit Krümmern verbunden sind. Es ist ferner zweckmässig, die in einem geraden Mantelrohr liegenden dampfführenden Rohre in einer steilgängigen Schraubenlinie nach Art einer Schraubenfeder zu winden.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Es bedeuten : 1 das dampfführende Innenrohr, 2 das Mantelrohr. Der wärmeabgebende Heissdampf tritt bei a in den Wärmeaustauscher ein und bei b aus. Hiebei erhält mit Vorteil insbesondere der Dampfaustritt die Form eines Diffusors, wodurch der Austrittsverlust wesentlich verringert wird. Das Wasser des Speichers bzw. Kessels tritt bei o ein und bei d aus. Diese Form ist sehr einfach und lässt sieh beispielsweise leicht in
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eine bestehende oder neu zu verlegende Rohrleitung ohne wesentliche Erhöhung des Durchflusswider- standes auf der Dampfseite einbauen. Der Krümmungswinkel richtet sich hiebei nach den örtlichen Verhältnissen und kann z.
B. statt, wie gezeichnet, 90 , auch 50 oder 180 (U-Rohr) betragen.
Der Rohrkopf 7 wird mit Vorteil auf den Rohrboden 6 aufgesehraubt und warm aufgeschrumpft.
In Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens für relativ kleine Dampfmengen und grosse Heizwirkung dargestellt. Der Wärmeaustauscher besteht hier aus vier Dampfrohren, J, 3'und 4, 4 !, welche vom Mantelrohr umgeben sind. Der Dampf tritt bei a in die Dampfrohre 3 und. 3' ein, strömt in die Umkehrkammer 5 und verlässt bei b die Rohre 4 und 4'. Der Wassereintritt ist bei c, der Austritt des erhitzten Wassers oder Dampfwassergemisches bei d. Bei dieser Ausführungsart ist der auf dem Rohrboden 6 aufgesehraubte Rohrkopf 7 mittels eines Schrumpfringe 7'befestigt.
In den Fig. 4-6 ist eine weitere Ausführungsform des Wärmeaustauschers dargestellt. Durch die Verteilerkammer e im Flansch 8 tritt der Dampf durch die Bohrungen t in die vier Rohre 9, 10, 11 und 12 ein, kehrt am Ende in Krümmern oder Eckstücken 14 um und strömt durch die Rohre 9', 10', 11'und 12'und die Bohrungen g zur Sammelkammer h. Die Wärmeaustauscherrohre sind nach einer Schraubenlinie gewunden und dadurch imstande, die infolge von Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Ästen eines Dampfrohres auftretenden Längendehnungen ohne schädliche Materialspannungen aufzunehmen. Das Mantelrohr 2 ist hier in nahtlos geschmiedeter Ausführung dargestellt, der Boden 1. 3 ist mittels Gewinde k befestigt.
Das Wasser tritt, bei c in den Wärmeaustauscher ein, der Austritt befindet sich bei d.
Bei kleinen Mengen und geringen Temperaturdifferenzen können die Rohre 9-12 bzw. 9'-12' gerade ausgeführt werden.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Innerhalb des Mantelrohres 2 liegen die dampfdurchströmten Heizrohre 19, welchen der Dampf durch innenliegende Führungsrohre 20 von n aus zugeführt wird. Der Dampf strömt dann durch den Ringraum zwischen den Rohren 19 und 20 zur Sammelkammer o und verlässt bei p den Verteilerkopf 21. Das zu beheizende Wasser tritt bei c ein und bei d aus.
Es sind noch verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgedankens möglich, es können z. B. zwei oder mehrere Wärmeaustauscher parallel oder hintereinander geschaltet werden. Der Wärme- austauscher nach Fig. 7 kann unter Umständen mit Vorteil umgekehrt geschaltet werden, d. h. der Heizdampf strömt dann innerhalb des Mantelrohres, während das Wasser bei n eintritt und bei p austritt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher für die Beheizung von Wasser höheren Druckes durch überhitzten, nicht kondensierenden Dampf niederen Druckes, insbesondere für die Ladung von Hochdruckspeichern oder für die Erzeugung von Hochdruckdampf, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder'mehrere von Dampf durchströmte Rohre von einem Mantelrohr umgeben sind, in dem das zu beheizende Wasser sich befindet oder fliesst, und dass die dampfführenden Rohre so ausgebildet und solche Zwischenräume zwischen den Rohren vorgesehen sind, dass sich die Länge der Rohre und ihr gegenseitiger Abstand sowie ihr Abstand gegenüber dem Mantelrohr ändern kann, ohne dass unzulässige Spannungen auftreten.