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Rohrelement für Wärmetauscher
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrelement für Wärmetauscher, bestehend aus einem vorzugsweise lotrechten, an einen unteren Verteiler und oberen Sammler angeschlossenen Rohr mit innerhalb des Rohres im Abstand voneinander gelegenen Abschluss- bzw. Drosselstellen und mit mehreren, in den Strom eines wärmeabgebenden Mediums hineinragenden, im Strom des wärmeaufnehmenden Mediums parallelgeschalteten Rohren, die von dem lotrechten Rohr ausgehen.
Bei einem bekannten Rohrelement gehen von einem lotrechten Rohr mehrere jeweils U-förmige Rohre aus, wobei zwischen dem Aus- und Eintritt dieser Rohre im lotrechten Rohr jeweils eine Abschlussbzw. Drosselstelle vorgesehen ist. Die im Kühlmittelstrom parallel geschalteten, U-förmigen Rohre bilden in sich eine Heizfläche mit einer gewissen Höhe, wobei jedoch diese Höhe insofern beschränkt ist, als das innerste U-förmige Rohr mit seinen Anschlussenden möglichst nahe der Abschlussstelle liegen soll, um im lotrechten Rohr auf ganzer Länge die Kühlung aufrechtzuerhalten, und insofern, als angestrebt wird, die Erstreckung der lotrecht liegenden Teile der U-förmigen Rohre möglichst gering zu wählen, um die vom Heizmittel parallel angeströmten Rohrstrecken wegen des dabei schlechteren Wärmeübergangs kurz zu halten.
Hiedurch ergibt sich eine nur geringe Auftriebshöhe in der Heizfläche selbst. Es sind jedoch grössere Auftriebshöhen erwünscht, da diese einen gesicherten Kühlmittelumlauf ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Rohrelemente für Wärmetauscher zu schaffen, die in sich selbst eine grosse Auftriebshöhe aufweisen. Es wird weiterhin angestrebt, die Vorteile der bekannten U-förmigen Heizflächen zu erhalten und die Kühlung des Anschlussrohres für die in den Heizmittelstrom ragenden Rohre auf ganzer Länge sicherzustellen.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird bei einem Rohrelement der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, dass die in den Strom des wärmeabgebenden Mediums hineinragenden Rohre zu einem Mäanderband gebogen sind und unterhalb einer Abschluss- bzw. Drosselstelle von dem lotrechten Rohr ausgehen und oberhalb der nächstfolgenden Abschluss- bzw. Drosselstelle in das lotrechte Rohr einmünden, wobei das von den Abschluss-bzw. Drosselstellen begrenzte Rohrstück in den Umlauf des wärmeaufnehmenden Mediums einbezogen ist.
Man erhält damit eine grosse Heizfläche mit einer in sich selbst vorhandenen grossen Auftriebshöhe, einerseits, und es ist anderseits die Kühlung des zwischen den Abschlussstellen bzw. Drosselstellen gelegenen Stückes des lotrechten Rohres gesichert.
Um das von den Drossel-bzw. Abschlussstellen eingeschlossene Rohrstück ausreichend zu kühlen, kann an dieses Rohrstück kühlmittelaus-und-eintrittsseitigje ein U-förmig gebogenens Rohr angeschlossen sein, das innerhalb der mäanderartig gebogenen Rohre liegt.
Der Wasserumlauf in einem derartigen Rohrelement kann dadurch wesentlich gesteigert und verbessert werden, dass jedes Rohrelement mit einer eigenen Kurzschlussleitung, die oberhalb der oberen
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Drossel-bzw. Abschlussstelle beginnt und unterhalb der unteren Drosselstelle wieder in das lotrechte Rohr einmündet, versehen ist.
Hiebei kann das von den Abschlussstellen eingeschlossene Rohrstück in die Kurzschlussleitung einbezogen werden. Wenn in diesem Rohrstück dann auch die Strömung nach abwärts gerichtet ist, so besteht dennoch kaum die Gefahr einer Beschädigung, da es möglich ist, die unmittelbare Einstrahlung des wärmeabgebenden Mediums abzuschirmen, indem z. B. das diesem Rohrstück zunächst gelegene Mäanderbandrohr möglichst dicht herangelegt wird.
Eine andere Möglichkeit, die konstruktiv einfacher und für den Wasserumlauf günstiger ist, besteht
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dieser zunächst gelegenen beheizten Rohres vom lotrechten Rohr abzuzweigen und diese oberhalb des unteren Verteilers wieder in das lotrechte Rohr eintreten zu lassen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen drei verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Rohrelementes in Ansicht.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist ein lotrechtes Rohr-l-an den unteren Verteiler --2-- und
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geschlossene Scheiben ausgebildet oder mit einer kleinen Öffnung, vorzugsweise auf der beheizten Rohrseite, versehen sind.
Unterhalb der Drosselstelle-5-zweigen von dem lotrechten Rohr xmehrere zu einem Mäanderband gebogene Rohre --4-- ab, die in den Strom des wärmeabgebenden Mediums hineinragen.
Diese Rohre münden oberhalb der der Drosselstelle --5-- im Rohr --1-- mit Abstand folgenden Drosselstelle --5'-- in das Rohr-l-ein.
Das von den Drosselstellen --5, 5'- eingeschlossene Rohrstück --1"-- wird dadurch mit Kühlmittel versorgt, dass ein U-förmiges Rohr-4'-auf der Austrittsseite des Kühlmittels in das Rohrstück einmündet und ein ebensolches U-förmiges Rohr--4"-von diesem ausgeht, die beide innerhalb der mäanderartig gebogenen Rohre --4-- liegen.
Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist zwischen der oberen Abschluss-bzw. Drosselstelle und der Einmündung des dieser zunächst gelegenen Rohres --4"-- eine unbeheizte Kurzschlussleitung-6- an das lotrechte Rohr-l-angeschlossen, welches oberhalb des unteren Verteilers --2-- wieder in das Rohr--l--eintritt.
Bei dem Beispiel nach Fig. 3 beginnt bei dem von dem zwischen dem Sammler --3-- und dem obersten Rohr --4-- liegenden Rohrstück --1'''-- die Kurzschlussleitung --6'--, die kurz unterhalb der Abschlussstelle--5'-in das Rohrstück einmündet und kurz oberhalb der Abschlussstelle --5--, durch eine weitere Leitung --6"-- ergänzt, wieder austritt, um oberhalb des unteren Verteilers - 2-in das Rohr-l-wieder einzumünden, d. h., das Rohrstück ist ein Teil der Kurzschlussleitung.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass sich die Heizfläche über eine grössere Höhe erstrecken kann und somit selbst eine grössere Auftriebshöhe mit den damit zusammenhängenden Vorteilen für den Umlauf des Kühlmittels aufweist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die einfache Herstellung derartiger Heizflächen gewahrt bleibt, da, wie von U-förmigen Heizflächen bekannt, die Biegeradien aller Rohre gleich bleiben. Gegenüber den bekannten Heizflächen ergibt sich ferner der Vorteil, dass die mäanderartig gebogenen Rohre alle nahezu gleiche Gesamtlängen aufweisen, was eine praktisch gleichmässige Erwärmung des in diesen strömenden Kühlmittels mit sich bringt.
Durch die mögliche Erhöhung des Wasserumlaufes mittels eigener Kurzschlussleitungen der Rohrelemente kann die beheizte Fläche jedes Rohrelementes gross gewählt werden und es kann dennoch zur Bildung einer dichten Rohrwand durch die lotrechten Rohre eine Einziehung dieser an dem jeweiligen Sammler und Verteiler vorgenommen werden, durch welche der Ausströmquerschnitt des lotrechten Rohres verkleinert wird. Wie praktische Versuche ergeben haben, steigt besonders durch den Anschluss der Kurzschlussleitung an der Stelle zwischen dem Austritt des innersten beheizten Rohres und der oberen Abschluss- bzw. Drosselstelle die Geschwindigkeit des in der Kurzschlussleitung nach unten strömenden Wassers, was wesentlich zur Erhöhung und Verbesserung des Umlaufes beiträgt.
Ein Vorteil liegt auch darin, dass die Rohre der Kurzschlussleitung zum Tragen der Isolierung oder einer Blechummantelung herangezogen werden können, da sie immer auf der dem Druck entsprechenden Sattdampftemperatur liegen, sofern derartige Rohrelemente bei einem Dampferzeuger verwendet werden, und da sie sich dadurch gleichmässig mit den andern Teilen des Wärmeaustauschers ausdehnen, wobei auch die Dehnung eines anliegenden Blechmantels dann angeglichen ist.