Wär meaustauselier. Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, der sich auszeichnet durch mindestens ein aus zwei zusammen hängenden, in entgegengesetztem Drehsinn von innen nach aussen gewundenen Rohr spiralen gebildetes Rohrelement.
Je ein Ende mehrerer Rohrelemente kann an eine Zuführungsleitung und die andern Enden der Rohrelemente an eine Abfüh- rungsleitung angeschlossen sein. Es können aber auch mehrere Rohrelemente durch Ver bindung ihrer Enden einzeln oder in Grup pen in Reihe geschaltet sein. Schliesslich können auch Gruppen von in Reihe geschal teten Rohrelementen parallel geschaltet sein. Vorteilhafterweise sind mehrere Rohr elemente über einen Verdrängungskörper ge schoben. Dabei kann der Verdrängungskörper gleichzeitig als Zuführungsleitung oder als Abführungsleitung eines Wärmeträgers aus gebildet sein.
Die Zuführungsenden der Rohrelemente können in umgekehrter Reihen folge an eine Zuführungsleitung angeschlos sen werden als wie die Abführungsenden an eine Abführungsleitung. Für den Wärme- austauscher kann mindestens ein flüssiger oder mindestens ein dampfförmiger oder mindestens ein gasförmiger Wärmeträger verwendet werden. Die Rohrelemente können natürlich auch entweder durch Strahlung oder durch Leitung mittelst einer Feuerung beheizt werden.
Der Wärmeaustauscher kann dadurch als Dampferzeuger ausgebildet sein, dass durch erhitzte Flüssigkeit, welche die Rohrelemente durchströmt, aus Flüssigkeit, welche die Rohrelemente umgibt, Dampf er zeugt wird. Dabei kann an das Gefäss des Wärmeaustauschers ein als Dampfraum aus gebildetes Gefäss angeschlossen sein. Die Rohrelemente können dadurch hergestellt werden, dass ein Rohrstrang auf zwei mitein ander verbundenen Kegeln schraubenförmig aufgewickelt wird und die Rohrschrauben nach Entfernen der Kegel in flache Spiralen umgeformt werden.
Die Rohrelemente kön nen auch so hergestellt werden, dass' vorerst die erste Spirale zwischen zwei Platten, und dann die zweite Spirale zwischen zwei Plat- ten gewickelt wird, wobei die beim Wickeln der zweiten Spirale zwischen den Spiralen angeordnete Platte geteilt ist.
Die Zeichnung zeigt mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Wärmeaustauschers ge mäss dEr Erfindung.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt, und Fig. 2 den Querschnitt eines Beispiels; Fig. 3 zeigt die Ansicht von oben, Fig. 4 den Querschnitt, Fig. 5 die Ansicht von un ten eines Rohrelementes des ersten Beispiels.
Durch die Fig. 6 und 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel und durch die Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel des Ver fahrens gemäss Patentanspruch II veran schaulicht.
Schliesslich zeigt Fig. 9 ein weiteres Aus führungsbeispiel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung.
Der Wärmeaustauscher nach Fig. 1 und 2 besitzt ein Gefäss 1, welchem durch den Leitungsanschluss 2 ein Wärmeträger zu geführt wird. Der Abschluss des Gefässes 1 erfolgt durch den Deckel 3., welcher mittelst Flanschen mit dem Gefäss verbunden ist und einen Leitungsanschluss 4 besitzt, welcher den durch den Leitungsanschluss 2 zugeführ ten Wärmeträger wieder fortleitet. Am Deckel 3 ist ein Verdrängungskörper 5 be festigt, über welchen die Rohrelemente 6, 7 usw. bis 9 gestülpt sind.
Den Deckel 3 durchdringen eine Zuführungsleitung 10 für einen zweiten Wärmeträger und eine ent sprechende Abführungsleitung 11, welche den zweiten Wärmeträger wieder aus dem Wärmeaustauscher abführt. Die Zuführungs leitung 10 ist zunächst am Umfang der Rohr elemente nach unten geführt und kehrt durch den Krümmer 12 wieder in den aufsteigen den Teil 13, an welchen die Zuführungsen den 14 der Rohrelemente angeschlossen sind. Die Abführungsenden 14' der Rohrelemente sind an fdie Abführungsleitung 11 an geschlossen.
Ein jedes der Rohrelemente 6 bis 9 wird also in Parallelschaltung durch den durch die Leitung 10 zugeführten zwei ten Wärmeträger durchströmt. Zum Druck ausgleich im Verdrängungskörper 5 sind an seinem obern Ende kleine Bohrungen 15 an geordnet, welche einen Druckausgleich zwi schen .dem Innern des Gefässes 1 und dem Innern des Verdrängungskörpers herstellen. Zur Aufnahme des Gewichtes der Rohr elemente sind am Verdrängungskörper 5 ausserdem noch die Arme 17, beispielsweise durch Schweissung angefügt, auf welchen die Rohrelemente unter Einfügung nicht ge zeichneter Zwischenlagen abgestützt sind.
Zur Entleeerung des Gefässes 1 ist an seinem Grund eine Entleerungsleitung 16, welche durch ein nicht gezeichnetes Ventil ab geschlossen werden kann, angebracht. Ferner ist auch an einer Verlängerung 18 die Zu führungsleitung 10 bezw. die Abführungs- leitung 11 abgestützt.
Ein Rohrelement, beispielsweise das Rohrelement 6, ist in drei Projektionen in den Fig. 3 bis 5 dargestellt. Der das Rohr element durchströmende Wärmeträger wird durch die Leitung 10 zugeführt, welche durch den Krümmer 12 an die Steigleitung 13 angeschlossen ist. Die Entnahme des Wärmeträgers erfolgt durch die Abfüh- rungsleitung 11. Die obere Rohrspirale 19 ist mit ihrem Anschlussende 14 an die Zu führungsleitung 13 angeschlossen und führt .den Wärmeträger im Sinn der eingezeichne ten Pfeile in der Spirale einwärts, bis an die innerste Stelle 20, an welcher die untere Rohrspirale 12 an die obere Rohrspirale 19 anschliesst.
In der untern Spirale 21 strömt der Wärmeträger wieder auswärts und ver lässt am Abführungsende 14' das Rohr element, um durch die Abführungsleitung 11 abgeführt zu werden. Der Wärmeträger durchströmt also das Rohrelement bezüglich seiner Spiralachse von Anfang bis ans Ende im selben Drehsinn. Die beiden Rohrspiralen 19 und 21 müssen daher bezüglich der Spiral- achse umgekehrten Drehsinn aufweisen. Sie sind also in umgekehrtem Sinn von innen nach aussen gewunden.
Durch die Fig. 6 und 7 ist dargestellt, wie ein Rohrelement nach den Fig. 3 bis 5 aus einem Rohrstrang hergestellt wird. Zu nächst wird zwischen einer ungelochten Platte 2 2 und einer schräg durchbohrten Platte 23 eine erste Rohrspirale 19 gewun den. Zu diesem Zweck wird der Rohrstrang ungefähr bis zur Hälfte durch die Bohrung 24 der Platte 23 hindurchgesteckt, in der Weise, dass die die beiden Spiralen mitein ander verbindende Rohrstrecke 20 in der Bohrung liegt.
Hernach wird auf einer Seite der Platte der Rohrstrang parallel zur Platte gebogen, durch eine Bohrung im Mittel in der Achse der herzustellenden Spirale ein Bolzen 25 durchgesteckt und auf den Bolzen ein Kernstück 26, welches dem freien Raum in der Spirale entspricht auf den Bolzen 25 aufgeschoben.. Zuletzt wird die Platte 22 über den Bolzen geschoben und das Ganze finit einer Mutter 27 gegeneinander festgezo gen. Das Kernstück 26 muss dabei eine grö ssere Stärke besitzen, als der Rohrdurchmes ser, so dass über dieses Kernstück der gerade Teil des Rohrstranges als Spirale aufgewun den werden kann.
Nach Entfernen der beiden Platten 22 und 23 wird der noch gerade Teil des Rohr stranges durch die sehiefe Bohrung 28 einer geteilten Platte 29 hindurchgeschoben, wie der in der Weise, dass die Stelle 20 in der Bohrung 28 liegt. Im Zentrum der Spirale ist wiederum ein Kernstück 30 vorgesehen, welches mit einem Bolzen zwischen die ge teilte Platte 29 und die Platte 31 mittelst dem Bolzen 32 geklemmt wird. Nachdem über das Kernstück 30 die Spirale 21 auf gewunden ist, kann die Platte 29 geteilt und zwischen den beiden Spiralen entfernt wer den. Durch Lösen des Bolzens 32 kann schliesslich auch das Kernstück 30 und die Platte 31 entfernt werden.
Nach Fig. 8 wird _ der Rohrstrang zu zwei kegeligen Schrauben 33 und 34 auf gewunden, nachdem die beispielsweise durch Bolzen erfolgende Befestigung zwischen den beiden Kegeln 33 und 34 gelöst ist, können die Kegel aus den Rohrschrauben entfernt und die Rohrschrauben zu flachen Spiralen umgeformt werden. In Fällen von. starkwan digen Rohren mit grösserem Durchmesser können -die Rohrschrauben vor dem Um- formen gewärmt werden, um die zur Ver formung notwendige Arbeit zu vermindern.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Wärme austauscher sind die einzelnen Rohrelemente mit ihren Zuführnngsen,den 14 in umgekehr ter Reihenfolge an die Zuführungsleitung 35 als wie die Abführungsenden 14' an die Ab führungsleitung 36 angeschlossen., um durch die einzelnen parallel geschalteten Rohr elemente einen gleichen Durchströmungs- widerstand zu erhalten. Es ist natürlich auch möglich, in entsprechender Weise die Zu führungsleitung zu biegen, wie dies in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist.
Es können natürlich auch mehrere Rohr elemente durch Verbindung ihrer Enden in Reihe geschaltet werden. Es wird dadurch der Vorteil erreicht, dass der 'V#Tärmeträger 3nit einer erhöhten Geschwindigkeit über die Heizflächen geführt werden muss, wobei der Wärmeübergang in entsprechender Weise gesteigert wird. In gewissen Fällen können einzelne Rohrelemente in Gruppen parallel geschaltet sein, wobei die Gruppen wiederum in Reihe geschaltet sind. Umgekehrt können aber auch mehrere Rohrelemente in Gruppen in Reihe geschaltet sein, wobei die einzelnen Gruppen dabei wieder parallel geschaltet sind.
Anstatt die Zuführungsleitungen au ssen an den Rohrspiralen vorzusehen, können diese auch im Innern vorgesehen werden, in der Weise, dass der zentrgle Verdrängungs körper entweder als Zuführungs- oder Ab führungsleitung ausgebildet ist. In beson deren Fällen kann natürlich sowohl die Zu führungsleitung, als auch die Abführungs- leitung in den zentralen Verdrängungskör per verlegt werden.
Durch entsprechende Vergrösserung der Wärmeaustauscher kön nen diese einen-so grossen Inhalt aufweisen, dass der darin sich befindliche Wärmeträger zugleich die Aufgabe einer Wärmespeiche rung übernimmt. Als Wärmeträger kommen nicht nur Flüssigkeiten, sondern auch dampf- förmige und gasförmige Mittel in Frage.
Es können auch die Rohrelemente durch eine Feuerung beheizt werden, wobei die Wärme übertragung .entweder durch Strahlung des Feuers oder durch Leitung der Rauchgase er zielt wird. Ausführungen dieser Art kommen insbesondere bei Hochdruckdampferzeugern in Frage, wobei .das, zu verdampfende Ar beitsmittel die Rohrelemente .durchströmt und die Feuergase von aussen die Wärme zufüh ren.
Der Wärmeaustauseher kann aber auch in der Weise als Dampferzeuger ausgebildet sein"dass,durch die Rohrelemente ein Wärme träger strömt, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein. @damp@fförmiges Mittel, wobei die .die Rohrelemente umgebende Flüssigkeit ver- .dämpft wird. Vorteilhafterweise wird dabei dem Gefäss des;
Wärmeaus:tauschers, beispiels weise durch Anschliessen eines weiteren Ge fässes oder durch entsprechende Vergrösserung des Gefässes .des Wärmeaustauschers, ein Dampfraum angegliedert, in welchem die Trennung von Wasser und Dampf stattfinden kann.
Would meaustauselier. The invention relates to a heat exchanger which is characterized by at least one pipe element formed from two coherent pipe spirals wound in opposite directions of rotation from the inside to the outside.
One end of a plurality of pipe elements can be connected to a feed line and the other ends of the pipe elements can be connected to a discharge line. However, several pipe elements can also be connected in series by connecting their ends individually or in groups. Finally, groups of tubular elements connected in series can also be connected in parallel. Advantageously, several pipe elements are pushed over a displacement body. The displacement body can be formed at the same time as a supply line or a discharge line of a heat transfer medium.
The feed ends of the pipe elements can be ruled out in reverse order to a feed line than as the discharge ends to a discharge line. At least one liquid or at least one vapor or at least one gaseous heat carrier can be used for the heat exchanger. The pipe elements can of course also be heated either by radiation or by conduction by means of a furnace.
The heat exchanger can be designed as a steam generator in that steam is generated by heated liquid which flows through the tube elements from liquid which surrounds the tube elements. A vessel formed as a vapor space can be connected to the vessel of the heat exchanger. The pipe elements can be produced in that a pipe string is helically wound onto two cones connected to each other and the pipe screws are formed into flat spirals after the cones have been removed.
The tubular elements can also be manufactured in such a way that first the first spiral is wound between two plates, and then the second spiral is wound between two plates, the plate arranged between the spirals when winding the second spiral being divided.
The drawing shows several exemplary embodiments of the heat exchanger according to the invention.
Fig. 1 shows the longitudinal section and Fig. 2 shows the cross section of an example; Fig. 3 shows the view from above, Fig. 4 shows the cross section, Fig. 5 shows the un th view of a tubular element of the first example.
6 and 7, a first embodiment and FIG. 8, a second embodiment of the process Ver illustrated according to claim II.
Finally, FIG. 9 shows another exemplary embodiment from the heat exchanger according to the invention.
The heat exchanger according to FIGS. 1 and 2 has a vessel 1 to which a heat transfer medium is fed through the line connection 2. The closure of the vessel 1 is effected by the cover 3, which is connected to the vessel by means of flanges and has a line connection 4 which again conducts the heat transfer medium supplied through the line connection 2. On the cover 3, a displacement body 5 is fastened, over which the pipe elements 6, 7, etc. to 9 are placed.
The cover 3 penetrate a supply line 10 for a second heat carrier and a corresponding discharge line 11, which discharges the second heat carrier from the heat exchanger. The supply line 10 is first guided down the circumference of the pipe elements and returns through the bend 12 again in the ascend the part 13 to which the Zuführungsen the 14 of the pipe elements are connected. The discharge ends 14 'of the pipe elements are closed to the discharge line 11.
Each of the tubular elements 6 to 9 is therefore flowed through in parallel by the two th heat transfer medium supplied through the line 10. To equalize pressure in the displacement body 5, small bores 15 are arranged at its upper end, which produce a pressure equalization between .dem inside the vessel 1 and the inside of the displacement body. To take up the weight of the pipe elements, arms 17 are also attached to the displacement body 5, for example by welding, on which the pipe elements are supported with the insertion of intermediate layers not ge.
To empty the vessel 1, a drain line 16, which can be closed by a valve, not shown, is attached to its bottom. Furthermore, on an extension 18, the feed line 10 respectively. the discharge line 11 is supported.
A tubular element, for example the tubular element 6, is shown in three projections in FIGS. 3 to 5. The heat transfer medium flowing through the pipe element is fed through the line 10 which is connected to the riser 13 through the bend 12. The heat transfer medium is withdrawn through the discharge line 11. The upper spiral pipe 19 is connected with its connection end 14 to the supply line 13 and guides the heat transfer medium inwards in the direction of the arrows drawn in the spiral up to the innermost point 20, at which the lower spiral tube 12 connects to the upper spiral tube 19.
In the lower spiral 21, the heat transfer medium flows outward again and ver leaves the pipe element at the discharge end 14 'to be discharged through the discharge line 11. The heat transfer medium therefore flows through the tubular element with respect to its spiral axis from the beginning to the end in the same direction of rotation. The two tube spirals 19 and 21 must therefore have the opposite direction of rotation with respect to the spiral axis. So, in the opposite sense, they are twisted inside out.
6 and 7 show how a pipe element according to FIGS. 3 to 5 is produced from a pipe string. To next a first spiral pipe 19 is between an unperforated plate 2 2 and an obliquely pierced plate 23 to win. For this purpose, the pipe string is pushed approximately halfway through the bore 24 of the plate 23, in such a way that the pipe section 20 connecting the two spirals with each other lies in the bore.
Afterwards, the pipe string is bent parallel to the plate on one side of the plate, a bolt 25 is pushed through a hole in the center of the axis of the spiral to be produced and a core piece 26, which corresponds to the free space in the spiral, is pushed onto the bolt 25 .. Finally, the plate 22 is pushed over the bolt and the whole thing finitely tightened against a nut 27. The core 26 must have a greater thickness than the pipe diameter, so that the straight part of the pipe string as a spiral over this core can be increased.
After removing the two plates 22 and 23, the still straight part of the pipe string is pushed through the deep hole 28 of a split plate 29, such as that in such a way that the point 20 lies in the hole 28. In the center of the spiral, a core piece 30 is again provided, which is clamped with a bolt between the ge divided plate 29 and the plate 31 by means of the bolt 32. After the spiral 21 is wound on the core piece 30, the plate 29 can be divided and removed between the two spirals who the. Finally, by loosening the bolt 32, the core piece 30 and the plate 31 can also be removed.
According to FIG. 8, the pipe string is wound into two conical screws 33 and 34, after the fastening between the two cones 33 and 34, for example by bolts, is loosened, the cones can be removed from the pipe screws and the pipe screws can be formed into flat spirals . In cases of. For thick-walled pipes with a larger diameter, the pipe bolts can be heated prior to forming in order to reduce the work required for deformation.
In the heat exchanger shown in Fig. 9, the individual tube elements with their Zuführnngsen, the 14 in reverse ter sequence to the supply line 35 than how the discharge ends 14 'connected to the discharge line 36. To through the individual parallel pipe elements a to get the same flow resistance. It is of course also possible to bend the feed line in a corresponding manner, as shown in FIGS. 1 to 5.
Of course, several pipe elements can be connected in series by connecting their ends. This has the advantage that the heat transfer medium 3n must be guided over the heating surfaces at an increased speed, the heat transfer being increased in a corresponding manner. In certain cases, individual pipe elements can be connected in parallel in groups, the groups in turn being connected in series. Conversely, however, several tube elements can also be connected in series in groups, the individual groups being connected in parallel again.
Instead of providing the feed lines on the outside of the pipe spirals, these can also be provided inside, in such a way that the central displacement body is designed either as a feed or discharge line. In special cases, both the supply line and the discharge line can of course be laid in the central displacement body.
By enlarging the heat exchangers accordingly, they can have such a large content that the heat transfer medium located in them also takes on the task of heat storage. Not only liquids can be used as heat transfer media, but also vapor and gaseous media.
The pipe elements can also be heated by a furnace, the heat transfer. Either by radiation from the fire or by conducting the flue gases it is aimed. Versions of this type are particularly suitable for high-pressure steam generators, where the working fluid to be evaporated flows through the pipe elements and the fire gases supply the heat from outside.
The heat exchanger can, however, also be designed as a steam generator in such a way that a heat carrier flows through the pipe elements, for example a liquid or a vaporous medium, the liquid surrounding the pipe elements being vaporized thereby the vessel of the;
Heat exchanger, for example by connecting a further vessel or by enlarging the vessel of the heat exchanger accordingly, a steam room is attached in which the separation of water and steam can take place.