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Wärmeaustauscher
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit einem zylindrischen Gehäuse, das nahe seinen Enden mit Ein- und Auslässen für ein Medium versehen ist sowie mit einer Anzahl von spiral- förmigen Rohren, die in Ebenen angeordnet sind, welche sich im wesentlichen rechtwinklig zur Längs- achse des zylindrischen Gehäuses erstrecken ; diese Ebenen sind entlang der Längsachse des Gehäuses nach einem regelmässigen Muster angeordnet und einander entsprechende, in benachbarten Ebenen liegende Rohre sind durch Umkehrbögen in der Nähe der Längsachse bzw. der Wand des Gehäuses hintereinandergeschaltet ; ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um ein zweites Medium durch die Rohre zu leiten.
Infolge der Verwendung eines zylindrischen Gehäuses ist ein Wärmeaustauscher der vorstehend geschilderten Art besonders geeignet, hohen Drücken standzuhalten.
Wegen der Verwendung spiralförmiger Rohre, die nach einem regelmässigen Muster im kreisrunden Querschnitt des zylindrischen Gehäuses angeordnet sind, wird eine gute Wärmeübertragung zwischen dem das zylindrische Gehäuse in der Längsrichtung durchströmenden Medium und dem durch die Rohre strömenden Medium erzielt, weil die Abstände zwischen den in einer Ebene liegenden Rohren an allen Punkten im wesentlichen gleich gross sind und ausserdem das Verhältnis zwischen der auf den kreisrunden Querschnitt des zylindrischen Gehäuses projizierten Rohrfläche und dem Flächeninhalt des Querschnitts einen hohen Wert hat.
Ein Wärmeaustauscher dieser Bauart ist bereits aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 402, 881 bekannt.
Bei diesem Wärmeaustauscher ist der die Längsachse zwischen den Rohren umgebende zentrale Raum mittels eines mit einem isolierenden Material gefüllten flexiblen Beutels abgeschlossen. Hiedurch wird verhindert, dass ein Teil des den Wärmeaustauscher durchströmenden Mediums unmittelbar bzw. auf dem kürzesten Wege durch den zentralen Raum hindurchströmt und daher nicht mit den den zentralen Raum umgebenden Rohren in Berührung kommt.
Ein Ziel der Erfindung besteht nun darin, eine einfachere Massnahme zu treffen, um zu verhindern, dass das die Rohre umströmende Medium auf dem kürzesten Wege durch den zentralen Raum des Wärmeaustauschers strömt.
Zu diesem Zweck sind gemäss der Erfindung die in der Nähe der Längsachse vorgesehenen Umkehrbögen, welche die Rohre in zwei einander benachbarten Ebenen miteinander verbinden, abwechselnd in der Nähe der Längsachse und in einem Abstand von ihr angeordnet.
Bei dieser erfindungsgemässen Anordnung wird zwar der Querschnitt des erwähnten zentralen Raumes nicht auf Null herabgesetzt, doch wird er in einem solchen Ausmass verkleinert, dass die Strömungsgeschwindigkeit des diesen von Hindernissen freien Teil passierenden Mediums im wesentlichen gleich der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist, das an andern Stellen zwischen den Rohren hindurchströmt. Die Verwendung des Ausdruckes "von Hindernissen freier zentraler Teil" bedeutet hiebei, dass der Wärmeaustauscher in der Nähe seiner Längsachse nicht mit Füllkörpern, Führungsorganen u. dgl. versehen ist. Da in dem zentralen Kanal kein Kern oder Kernkörper vorhanden ist, ist es bei dieser Konstruktion ausserdem leicht möglich, undichte Teile der Sätze von Rohren aus dem zylindrischen Gehäuse zu entfernen.
Zu diesem Zweck sind in den Sätzen von Rohren Umkehrbögen in regelmässigen Abständen in der Nähe der Gehäusewand vorgesehen, und diese Umkehrbögen erstrecken sich grösstenteils in der Richtung der Längsachse ; ferner ist das Gehäuse jeweils auf der Höhe dieser Umkehrbögen mit durch Deckel verschlossenen Handlöchern versehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 ist ein Querschnitt durch das zylindrische Gehäuse eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers und lässt die spiralförmigen Rohre erkennen. Fig. 2 ist ein Teil eines Längsschnittes durch das zylindrische Gehäuse längs der Linie II-II in Fig. 1 und lässt zwei der im Gehäuse angeordneten Sätze von Rohren erkennen.
Das zylindrische Gehäuse 1 enthält mehrere Sätze von Rohren ; beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwölf derartige Sätze von Rohren vorgesehen. Jeder Satz umfasst spiralförmig gebogene Rohre 4, die durch Umkehrbögen 2 und 3 miteinander verbunden sind. In Fig. 1 ist jeweils ein spiralförmiges Rohr jedes Satzes zu erkennen. Die spiralförmigen Rohre 4, die in einer gemeinsamen, recht-
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winklig zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses 1 verlaufenden Ebene liegen, sind nach einem regelmässigen Muster derart angeordnet, dass zwischen benachbarten Rohren an allen Punkten im wesentlichen die gleichen Abstände vorhanden sind. Es werden zwei Arten von spiralförmigen Rohren 4 verwendet, die sich voneinander durch die Anordnung der Umkehrbögen 2 in bezug auf die Längsachse des Gehäuses 1 unterscheiden.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Umkehrbögen abwechselnd in der Nähe der Gehäuselängsachse und in einem Abstand von ihr angeordnet sind. Infolgedessen hat der zentrale Raum 5 zwischen den Umkehrbögen 2 einen kleinen Querschnitt, und der diesen Raum oder Kanal passierende Strom des Mediums ist einem Widerstand ausgesetzt, der annähernd gleich dem Strömungswiderstand ist, den das Medium zwischen den spiralförmigen Rohren zu überwinden hat.
In Fig. 2 ist der Wärmeaustauscher in einem Längsschnitt dargestellt, der jedoch nur zwei von den zwölf aus Fig. 1 ersichtlichen Sätzen von Rohren erkennen lässt. Die spiralförmigen Rohre 4 jedes Satzes von Rohren sind zu einer Anzahl von Abschnitten 6, 6', 6" usw. zusammengefasst. Die zu einem Abschnitt
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selbst sind durch Umkehrbögen 7 so miteinander verbunden, dass sich eine durchlaufende Rohrleitung ergibt. Die Abschnitte 6, 6', 6" usw. sämtlicher Sätze von Rohren sind im Gehäuse 1 jeweils in gleichen
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Wenn ein Rohr 4 z. B. wegen einer Undichtigkeit ausgetauscht werden muss, öffnet man die Handlöcher oberhalb und unterhalb des Abschnittes, zu dem das betreffende Rohr 4 gehört. Die Räume 8 oberhalb und unterhalb des in Frage kommenden Abschnittes sind dann über diese Handlöcher zugänglich, so dass man den Abschnitt des betreffenden Satzes von Rohren, der das auszutauschende Rohr enthält, dadurch freimachen kann, dass man die Umkehrbögen 7 oberhalb und unterhalb dieser Gruppe bei dem betreffenden Satz von Rohren durchschneidet oder durchsägt. Dies kann z. B. an den in Fig. 2 mit 11 und 12 bezeichneten Stellen geschehen. Der Abschnitt 6, der das auszutauschende Rohr enthält, wird dann in den Raum 8 hinein angehoben und danach wird je nach der Höhe des Raumes 8 der gesamte Abschnitt 6 oder ein Teil desselben (z.
B. die obersten drei spiralförmigen Rohre 4, nachdem einer der Umkehrbögen bei 13 durchschnitten oder durchgesägt worden ist) durch den Raum 8 und das Handloch 9 hindurch entfernt. Hierauf wird ein neuer Abschnitt 6 durch das Handloch 9 in den Raum 8 eingeführt und nach unten bewegt, so dass er den Platz des ausgebauten Abschnittes 6 einnimmt. Nunmehr werden die Umkehrbögen 7 und 7'an den Punkten 11 und 12 wieder in den Rohrstrang eingeschweisst und nach Beendigung der Instandsetzungsarbeiten werden die Deckel 10 und 10'wieder in die Handlöcher 9 und 9' eingesetzt.
Es sei bemerkt, dass sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf Wärmeaustauscher oder Boiler der hier dargestellten Art beschränkt, bei denen die Abschnitte jeweils sechs spiralförmige Rohre umfassen, sondern dass man diese Zahl erhöhen oder vermindern kann.
Da im zentralen Kanal zwischen den Umkehrbögen 2 keine weiteren Bauteile vorhanden sind, ist es nach dem Anheben eines vollständigen Abschnittes zum Zwecke der Instandsetzung möglich, ent-
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ganzen Abschnitt oder einen Teil desselben über die Handlöcher ohne Schwierigkeiten auszubauen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher mit einem nahe seinen Enden mit Ein- und Auslässen für ein Medium versehenen zylindrischen Gehäuse, einer Vielzahl von spiralförmigen Rohren, die in zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses im wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Ebenen liegen und längs der Gehäuselängsachse nach einem regelmässigen Muster angeordnet sind wobei einander entsprechende, in benachbarten Ebenen liegende Rohre mittels nahe der Gehäuselängsachse sowie nahe der Gehäusewand angeordneter Umkehrbögen hintereinandergeschaltet sind sowie mit Einrichtungen zum Hindurchleiten eines zweiten Mediums durch die Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass die nahe der Gehäuselängsachse vorgesehenen, die Rohre (4) in zwei benachbarten Ebenen miteinander verbindenden Umkehrbögen (2)
abwechselnd in der Nähe der Gehäuselängsachse und in einem Abstand von dieser angeordnet sind, so dass während des Betriebes die Strömungsgeschwindigkeit des den von Hindernissen freien zentralen Raum (5) passierenden Mediums im wesentlichen gleich der Strömungsgeschwindigkeit des an andern Stellen zwischen den Rohren (4) hindurchströmenden Mediums ist.
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