Gaserhitzer mit je aus einem Rohr mit Einlagekörper bestehenden Erhitzerelementen Die Erfindung betrifft einen Gaserhitzer mit je aus einem Rohr mit Einlagekörper bestehenden, vom zu erhitzenden Gas durchströmten Erhitzerelementen, bei welchen der Einlagekörper als ein in der Achs richtung des Rohres sich erstreckendes, verdrilltes Band von der Breite des innern Rohrdurchmessers ausgeführt ist.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung in Er hitzerrohren für Gase oder Dämpfe ist schon das Vor sehen von Einlagen im Rohrinnern vorgeschlagen worden. Diese Einlagen können beispielsweise rein als Verdrängungskörper wirken und dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit des zu erhitzenden Me diums längs der Rohrwand zu erhöhen. Ausserdem können solche Einlagekörper auch Strahlungswärme der Rohrwand auffangen und diese durch Berührung an das Strömungsmedium weitergeben. Es ist auch eine Ausführung eines Erhitzerelementes bekannt, bei welcher in einem Rohr als Einlagekörper ein in dessen Achsrichtung sich erstreckendes, verdrilltes Band von der Breite des innern Rohrdurchmessers angeordnet ist.
Bei allen diesen bekannten Erhitzerelementen strömt das zu erhitzende Gas stets in der gleichen Richtung durch das Rohr. Infolge der Temperatur zunahme des im Innern strömenden, zu erhitzenden Gases wird aber das Rohr nun nicht auf seiner ganzen Länge in gleicher Weise gekühlt. Während die einen Teile des Rohres bis zur äussersten Grenze ausgenützt sein können, wäre es sehr wohl möglich, andere Teile des Rohres noch weiter zu belasten.
Die Erfindung bezweckt nun, einen Gaserhitzer zu schaffen, welcher für eine besonders starke Aus- nützung bezüglich Wärmebelastung geeignet ist, und bei welchem auch die Möglichkeit besteht, hochhitze beständige Sonderbaustoffe zu verwenden.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Rohr am einen Ende abgeschlossen ist und auf der Seite dieses Endes in den Brennraum des Erhitzers hineinragt, und dass das entsprechende Ende des verdrillten Bandes zwischen sich und dem Rohr abschluss einen Zwischenraum freilässt und das offene Ende des Rohres auf einer Seite des Bandes mit einem Zufluss und auf der andern Seite des Bandes mit einem Abfluss für das durch das Rohr strömende Gas in Verbindung steht.
Das auf einer Seite des Bandes am offenen Rohr ende in das Rohr eingeführte Gas strömt dann längs einer Schraubenlinie gegen das abgeschlossene Rohr ende, tritt dort durch den Zwischenraum zwischen Bandende und Rohrabschluss auf die andere Seite des Bandes über und kehrt hernach auf dieser Seite wieder längs einer Schraubenlinie zum offenen Rohrende zu rück.
Nachdem das zu erhitzende Gas das Rohr in Achs richtung durchströmt hat, wird es also hierbei durch das gleiche Rohr wieder in Richtung gegen die Ein trittsstelle zurückgeführt. Es tritt also auf der ganzen Rohrlänge ungefähr die gleiche mittlere Gastempera tur auf. Die Verdrillung des eingelegten Bandes ist in dem Sinne von besonderer Bedeutung, dass nun nicht die eine Rohrseite allein von kälterem Gas und die andere von heisserem Gas beaufschlagt ist, sondern dass sowohl das kältere wie auch das heissere Gas längs des ganzen Rohrumfanges geführt wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein an einen gasführenden Kanal eines Erhitzers angeschlos senes Erhitzerelement, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele für den Anschluss des offenen Rohrendes des Erhitzerelemen- tes an gasführende Kanäle, Fig.5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Gaserhitzer,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5 und Fig.7 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Gaserhitzers. Das in Fig. 1 dargestellte Erhitzerelement besteht aus einem Rohr 1 mit einem Einlagekörper 2. Die ser ist als ein in der Achsrichtung des Rohres 1 sich erstreckendes verdrilltes Band von der Breite des innern Rohrdurchmessers ausgebildet. Am einen Ende ist das Rohr 1 durch eine mit diesem aus einem Stück bestehende Halbkugelhaube 3 abgeschlossen.
Das verdrillte Band 2 reicht indessen nicht bis zum abgeschlossenen Rohrende, sondern das entspre chende Bandende 4 lässt zwischen sich und dem Rohr abschluss, das heisst der Haube 3, einen Zwischenraum 5 frei. Zur Erhöhung der Wärmeübertragung an der Aussenseite ist ferner das Rohr 1 mit die Oberfläche vergrössernden Ansätzen versehen, welche als in Achs richtung verlaufende Rippen 6 ausgebildet sind.
Die Erhitzerelemente werden im Gaserhitzer so angeordnet, dass die Rohre auf der Seite ihres ab geschlossenen Endes in den Brennraum des Erhitzers hineinragen.
Gemäss Fig. 1 ragt anderseits das offene Ende 7 des Rohres 1 in einen in Abteile unterteilten gas führenden Kanal 8 hinein, welcher durch Wände 9 und 10 begrenzt ist. Das Rohr 1 verläuft durch eine Öffnung der Wand 9, und das Rohrende 7 ist mit der Kanalwand 9 über eine Hülse 11 verbunden, welche den in den Kanal 8 hineinragenden Rohrteil an der Durchtrittstelle durch die Wand 9 mit Spiel umgibt. Das verdrillte Band 2 weist auf der Seite des offenen Rohrendes ein Verlängerungsstück 12 auf, welches quer durch den Kanal 8 hindurchgeführt und mit der Wand 10 verschweisst ist. Es ist so ausge bildet, dass es den unmittelbaren Durchtritt des Gases in der Längsrichtung des Kanals 8 verhindert.
Beispielsweise vom linken Abteil her kommendes, zu erhitzendes Gas, wird infolge dieser Anordnung des Verlängerungsstückes 12 gezwungen, auf der einen Seite des Bandes 2 in das Rohr 1 einzutreten und längs einer Schraubenlinie gegen das geschlossene Rohrende zu strömen. Hierauf durchströmt es den Zwischenraum 5 zwischen dem Bandende 4 und der Abschlusshaube 3 des Rohres 1, gelangt auf die andere Seite des Bandes 2 und kehrt hernach auf dieser Seite wieder längs einer Schraubenlinie zum offenen Rohrende zurück, um schliesslich durch dieses Rohrende auszutreten und im rechten Abteil des Kanals 8 weiterzuströmen.
Eine solche Anordnung ist insbesondere geeignet, wenn das aufzuheizende Gas mehrere Erhitzerele- mente nacheinander zu durchströmen hat. Es können dann gleichartige Erhitzerelemente nacheinander in der in Fig. 1 gezeigten Weise im Kanal 8 angeordnet werden. Um möglichst hohe Temperaturdifferenzen für die Wärmeübertragung ausnützen zu können, ist es vor teilhaft, mindestens das Rohr 1 des Erhitzerelementes aus einer Sintermetallegierung, z. B. Molybdän-Silicit, herzustellen.
Das beschriebene Erhitzerelement ist für die Verwendung solchen Baustoffes besonders ge eignet, da es bisher erst gelang, daraus Rohrstücke von beschränkter Länge, von verhältnismässig grossem Durchmesser und grosser Wandstärke, ohne die Mög lichkeit von Schweiss- oder Lötverbindungen herzu stellen.
Wird als Baustoff für das Rohr 1 eine solche Sintermetallegierung vorgesehen, so wird für die Her stellung der Verbindung des Rohres 1 mit der Hülse 11 zweckmässig das Rohr 1 vorerst in der Nähe seines offenen Endes an einer Stelle 13 mit einer Hart chromschicht belegt. Dadurch wird die Verbindung des Rohres 1 mit der Hülse 11 durch eine Hart lötung ermöglicht. Da die Hülse 11 mit dem Rohr ende 7 in den Kanal 8 hineinragt, ist dafür gesorgt, dass die Lötstelle nur etwa auf die Temperatur des aufgeheizten, aus dem Erhitzerelement austretenden Gases gebracht wird, während der der Flamme des Erhitzers ausgesetzte Teil des Rohres 1 auf weit höhere Temperatur kommt.
Fig. 3 zeigt einen Einbau des Erhitzerelementes, welcher für eine Parallelschaltung mehrerer solcher geeignet ist. Es sind zwei Kanäle 14 und 15 vor gesehen, von denen der erste das zu erhitzende Gas und der zweite das die Erhitzerelemente verlassende erhitzte Gas führt. Der Kanal 15 ist vom Brenn- raum des Erhitzers durch eine Wand 16 getrennt. Das Rohr 1 des betreffenden Erhitzerelementes ragt mit seinem offenen Ende 7 in den Kanal 15 hinein. Für die Verbindung des Rohrendes 7 mit der Wand 16 ist eine Hülse 17 vorgesehen, welche wieder den in den Kanal 15 hineinragenden Rohrteil an der Durch dringungsstelle durch die Wand 16 mit Spiel umgibt.
Die Hülse 17 ist aber nun über das Rohrende 7 hinaus verlängert, und das Band 2 weist einen Ver längerungsteil 18 auf, welcher das Innere der Hülsen verlängerung in zwei Räume 19 und 20 unterteilt. Die Kanäle 14 und 15 sind durch eine Wand 21 vonein ander getrennt, und die Verlängerung der Hülse 17 erstreckt sich bis zur Wand 21 und ist mit dieser verschweisst. Die Verlängerung 18 des Bandes 2 ist an ihrem Ende umgebogen, und der Raum 19 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem Kanal 14 für den Zufluss des in das Rohr 1 zu leitenden Gases. Der Raum 20 steht dagegen über eine Öffnung 22 der Hülse 17 mit dem Kanal 15 in Verbindung, so dass das auf der Seite des Raumes 20 aus dem Rohr 1 austretende erhitzte Gas durch diesen Raum 20 und den Kanal 15 abfliessen kann.
Werden nun mehrere Erhitzerelemente in dieser Weise angeordnet, so werden sie parallel von dem durch den Kanal 14 eintretenden Gas durchflossen, wobei das die Elemente verlassende Gas im Kanal 15 wieder gesammelt wird. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist ein gasführen der Kanal 23 vorgesehen, welcher durch Wände 24 und 25 begrenzt ist. Das Rohr 1 des betreffenden Erhitzerelementes durchdringt eine Öffnung der Wand 24 und ragt mit seinem offenen Ende 7 in den Kanal 23 hinein. Für die Verbindung des Rohrendes mit der Kanalwand 24 ist eine Hülse 26 vorgesehen, welche wiederum den die Wand 24 durchdringenden Teil des Rohres 1 mit Spiel umschliesst und über das Rohrende 7 hinaus verlängert ist.
Sie geht durch die Wand 25 hindurch und ist längs ihres Umfanges mit dieser verschweisst. Die Verlängerung der Hülse 26 ist an ihrem Ende 27 abgeschlossen, und eine Ver längerung 28 des Bandes 2 erstreckt sich bis zum abgeschlossenen Hülsenende und teilt das Innere der Hülse in zwei Räume 29 und 30. Der Raum 29 bzw. 30 ist durch eine Öffnung 31 bzw. 32 mit entsprechenden Abteilen des Kanals 23 verbunden.
Werden nun mehrere Erhitzerelemente in dieser Weise angeordnet, so ist es möglich, durch entspre chende Anordnung von nicht dargestellten Trenn wänden zwischen den Hülsen 26 und den Kanal wänden die einzelnen Erhitzerelemente vom zu er hitzenden Gas in Parallel- oder in Hintereinander schaltung zu beaufschlagen. Strömt beispielsweise das zu erhitzende Gas im Kanal 23 von links zu, und wird durch eine entsprechende Trennwand ein direkter Zutritt zu einem benachbarten Erhitzerelement 33 verhindert, so strömt es durch die Öffnung 31 in den Raum 29 und von dort auf der einen Seite des Ban des 2 in das Rohr 1.
Nach Durchströmen des Er hitzerelementes verlässt das Gas das Rohr 1 über den Raum 30 und die Öffnung 32, wobei es wieder in ein Abteil des Kanals 23 gelangt. Steht nun eine Öffnung 34 der Hülse 35 eines benachbarten Erhitzer elementes 33 ebenfalls mit diesem Kanalabteil in Verbindung, so kann das das Erhitzerelement 1 ver lassende Gas aus diesem Kanalabteil in dieses benachbarte Erhitzerelement 33 übertreten. Die bei den Erhitzerelemente werden in diesem Falle in Nach einanderschaltung vom zu erhitzenden Gas beauf- schlagt.
In den Fig. 5 und 6 ist ein Gaserhitzer mit im wesentlichen zylindrischem Brennraum 36 dargestellt. Einem in der Achse des Brennraumes 36 angeord neten Brenner 37 liegen Erhitzerelementenrohre 1 der beschriebenen Art gegenüber. Die Achsen der Erhitzerelemente sind parallel zur Strömungsrich tung der Verbrennungsgase angeordnet, und die Rohre 1 ragen entgegengesetzt zu dieser Richtung in den Brennraum hinein. Die geschlossenen Rohrenden sind der Flamme zugekehrt.
Die Erhitzerelemente sind in sternförmig angeordneten Eintrittsrohren 38 eingesetzt, und die je in einem solchen Eintrittsrohr 38 eingesetzten Erhitzerelemente werden vom zu er hitzenden Gas nacheinander durchströmt, wobei das Gas zuerst in das äusserste Element gelangt und nach Verlassen des innersten Elementes in einem Austrittsrohr 39 wieder nach aussen geführt wird. Die Erhitzerelemente weisen eine bezüglich ihrer Lage im Brennraum 36 von aussen nach innen abnehmende Länge auf.
Die Zu- und Ableitungsrohre werden auf der dem Brennraum 36 abgewendeten Seite abge stützt, und die Erhitzerelemente entziehen den Brenn- gasen so viel Wärme, dass diese nicht mehr imstande sind, die Abstützungen auf schädliche Temperatur aufzuheizen.
Gemäss Fig. 7 verlaufen die Achsen der in den zylindrischen Brennraum 40 eines Gaserhitzers hinein ragenden Erhitzerelementenrohre 1 quer zur Strö mungsrichtung der von einem in der Erhitzerachse angeordneten Brenner 41 ausgehenden Verbren nungsgase. Das zu erhitzende Gas tritt durch einen Kanal 42 ein. Die quer zur Achsrichtung des Erhit- zers gelegenen Erhitzerelemente werden parallel vom zu erhitzenden Gas durchströmt, und das erhitzte Gas wird hernach in einem Kanal 43 gesammelt. Die in den Brennraum 40 hineinragenden Rohre 1 der Er hitzerelemente weisen eine in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase zunehmende Länge auf.
An den Kanal 43 schliesst ein nach den Rohren 1 von den Verbrennungsgasen im Querstrom beaufschlagtes Rohrbündel 44 an. Dieser im wesentlichen durch Berührung mit den Verbrennungsgasen beheizte Er hitzerteil wird von den in den Brennraum 40 hinein ragenden Rohren 1 der Erhitzerelemente gegen die Strahlung der Flamme im Brennraum 40 abge schirmt.