Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren, von einem ersten Medium durchströmten, in einem Gehäuse ineinander geschachtelten Kammern, zwischen denen als Trennwände von einem zweiten Medium durchströmte Rohrwendeln mit dicht zusammengefügten Windungen angeordnet sind.
Einfachste Bauformen solcher Wärmetauscher sind als Kühler für Flüssigkeiten bekanntgeworden, bei denen in einem zylindrischen Gehäuse mit Bogen, Deckel, Zuund Ablauf, mehrere Mantelrohre konzentrisch ineinandergesteckt sind, die infolge unterschiedlicher Durchmesser mehrere ineinander geschachtelte Kammern bilden (DBP 837 542). Die zu kühlende Flüssigkeit durchströmt die Kammern in wechselnden Richtungen. Eine Verbesserung der Kühlwirkung kann durch doppelwandige Mantelrohre mit innerem Hohlraum erzielt werden. Da solche Wärmetauscher von nur einem Medium durchströmt werden können, findet der Wärmetausch nur zwischen diesem Medium und den Wandungen der Kammern und des Gehäuses statt.
Wärmetauscher der genannten Bauart für mehrere strömende Medien besitzen hohle Kammerwandungen mit einem darin angeordneten Leitungssystem, welches von einem zweiten Medium durchströmt wird (DRP 522 962). Solche Wärmetauscher sind insbesondere als Dampferzeuger bekannt, bei denen das Heizmedium die Kammern und Wasser das Leitungssystem der Kammerwandungen durchströmt. Eine hierauf aufbauende Entwicklung hat bereits zu Konstruktionen geführt, bei denen die Kammerwandungen unmittelbar durch Rohrwendeln gebildet werden, deren Rohre eng aneinander liegen oder dicht miteinander verbunden sind, um eine Wand zu bilden (DRP 164 756, 293 360, 647 193, DBP 963 604, DAS 1 186 876 u.a.).
Bei diesen Ausführungen besteht ein Mantelrohr oder bestehen mehrere, koaxial ineinandergesteckte Mantelrohre, welche Kammertrennwände bilden, jeweils aus um die Längsachse des Wärmetauschers gewickelten Rohrschiangen, die von einem an dem Wärmetausch beteiligten Medium durchströmt werden. Es handelt sich hierbei meistens um Dampferzeager, bei denen Wasser durch diese Rohre strömt. Von diesen bekannten Konstruktionen geht die Erfindung aus, deren Aufgabe eine Verbesserung dieser bekannten und in der Wirkung gelobten Konstruktionen hinsichtlich der Anpassunlgsmöglichkeiten lan unterschiedliche Leistungsfonderungen, Herstellungsaufwand und Montageaufwand am Betriebsort ist.
Die gestellte Aufgabe soll erfindungsgemäss dadurch gelöst werden, dass der Wärmetauscher aus mehreren, in Ebenen quer zur Längsachse der im Querschnitt ringförmigen Kammern dicht miteinander verbundenen, in sich vollständigen Baueinheiten aufgebaut ist, von denen jede einen Längsabschnitt des Gehäuses, darin angeord nete Abschnitte, der die Kanunertrennwänlde bildenden Rohrwendeln sowie Armaturen und Nebenleitungen aufweist.
Sinngemäss soll diese etwas vereinfachte Ausdrucksform besagen, dass ein aus derartigen Baueinheiten aufgebauter Wärmetauscher nach dem Zusammenbau der Baueinheiten betriebsklar ist. Die Baueinheiten werden daher bei iherer Anfertigung je nach dem Bestimmungszweck des Wärmetauschers mit den für diesen Zweck erforderlichen Armaturen, - Zweigleitungen, Anschlüssen usw. ausgerüstet, so dass die Montage des Wärmetauschers am Betriebsort lediglich in einer Befestigung der Baueinheiten, in der Verbin dung der Baueinheiten untereinander und gegebenenfalls in dem Verlegen einiger Hilfsleitungen usw. besteht.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass der Wärmetauscher aus im Herstellerwerk vollständig oder doch wenigstens nahezu vollständig gefertigten Baueinheiten besteht. Diese Vorfertigung der Baueinheiten in den Werkstätten des Herstellerwerkes ist nicht nur kostensparender, weil umfangreiche Monta geaufwendungen entfallen, sondern ermöglicht auch einen erheblich besseren Gütegrad der Arbeitsausführung und der davon abhängigen Eigenschaften des Wärmetauschers, weil die Herstellung der Baueinheiten in den Werkstätten des Herstellerwerkes unter den bestmöglichen Bedingungen erfolgt.
Gleichrangig mit diesen Vorzügen ist zu bewerten, dass die erfindungsgemässe Ausbildung des Wärmetauschers eine Anpassung ein und derselben Grundkonstruktion an unterschiedliche Leistungsforderungen ermöglicht. Zur Anpassung an solche unterschiedlichen Leistungsforderungen werden lediglich Baueinheiten in der erforderlichen Zahl montiert. Dadurch können Baueinheiten nach der Erfindung auf Vorrat hergestellt werden, so dass bei Bedarf nach den aufgegebenen Leistungsdaten ein diesen Daten entsprechender Wärmetauscher zusammengestellt werden kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit, jederzeit einzelne Banein- heiten eines Wärmetauschers z. B. für Reparaturzwecke, schnell mit wenig Aufwand auszuweehseln. Sogar eine nachträgliche Vergrösserung oder Verkleinerung eines erfindungsgemässen Wärmetauschers kann vorgenommen werden.
Zur Vervollständigung des angestrebten Zieles ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass einander entsprechende Rohrwendelabschnitte der einzelnen Baueinheit über die gesamte Länge des Wärmetauschers miteinander in Serie geschaltet sind; es ergibt sich demzufolge gleichsam eine durchgehende Rohrwendel, die nur ein Einlaufende und ein Auslaufende aufweist. Diese Massnahme vereinfacht die Konstruktion und ist für die meisten Verwendungszwecke ausreichend, denn in der Regel erfolgt der Wärmeausch in solchen Geräten zwischen zwei Medien, von denen eines die Kammern und eines die die Kammertrennwände bildenden Rohrwendeln durchströmt.
Falls mehrere Medien an dem Wärmetausch in einem Gerät beteilgt sind, lassen sich dafür besondere Rohrschlangen schaffen, wie es später noch erläutert wird, oder können Rohrschlangen verschiedener Baueinheiten an verschiedene Kreisläufe angeschlossen werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die beiden Enden jedes Rohrwendelabschnittes jeder Baueinheit aus dem Gehäuse herausgeführt sein, wobei das Auslaufende oder jedes der in Serie geschalteten Rohrwendelabschnitte der einzelnen Baueinheiten jeweils mit dem Einlaufende des entsprechenden Rohrwendelabschnittes der benachbarten Baueinheit verbunden ist.
Diese Verbindung ergibt eine Reihenschaltung, bei der das Auslaufende des Rohrwendelabschnittes der einen Baueinheit und das Einlaufende des Rohrwendelabschnittes der benachbarten Baueinheit, z. B. durch Elan- sche, miteinander verbunden sind, so dass die Rohrwendelabschnitte der einzelnen Baueinheiten nacheinander durchströmt werden. Aus wärmetechnischen Gründen ist eine solche Lösung vielfach nicht angebracht.
Vorzugsweise ist für solche Fälle vorgesehen, dass die Rohrwendelabschnitte jeder Baueinheit miteinander in Serie geschaltet sind und die sich so ergebenden Rohrwendelabschnitkombinationen aller Baueinheiten parallel geschaltet sind und dass ei;nerseits die Einlaufenden aller Rohrwendelabschnittkombinationen in einen gemeinsamen Einlaufsammler und andererseits die Auslaufenden aller Rohrwendelabschnitt)kombinationen in einen gemeinsamen Auslaufsammler münden.
Sowohl der Einlaufsammler als auch der Auslaufsammler wird vorteilhaft ausserhalb des Gehäuses angeordnet. Bei gleichsinniger Paralleldurchströmung wird der Einlaufsammler und der Auslaufsammler als über alle Baueinheiten durchgehend ausgebildet. Bei äusserer Anordnung können die beiden Sammler in individueller Weise gestaltet werden, und ihre Lage sowie ihre Form beeinflussen den Bau der Baueinheiten selbst nicht.
Sollten die Temperaturverhältnisse im Wärmeaustauscher gegenüber der äusseren Umgebung eine Isolierung erforderlich machen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese Isolierung auf die Aussenfläche jeder einzelnen Baueinheit aufgebracht ist. Jede Baueinheit soll also mit einer in sich selbständigen Isolierung versehen sein, deren Materialien je nach dem Verwendungszweck ausgewählt sein können. Erreicht wird dadurch, dass eine eventuell erforderliche Isolierung den durch die Erfindung angestrebten Zweck nicht behindert. Es entstehen zwar zwischen den Isolierungen der einzelnen Baueinheiten im Bereich der Verbindungsebenen dieser Baueinheiten ringförmige Zwischenräume ohne Isolierung, aber diese Zwischenräume sind meistens nicht hinderlich oder können nachträglich mit einem geeigneten Isolierstoff ausgefüllt werden.
Zur Erzielung einer stabilen und zweckmässigen Ausbildung der Verbindung der einzelnen Baueinheiten untereinander wird ergänzend vorgeschlagen, dass jede Baueinheit an beiden Enden des zugehörigen Gehäuselängs abschnittes einen nach aussen gerichteten Flansch aufweist. Diese Flansche können dann unter Einschaltung einer Dichtung unmittelbar aneinander befestigt werden, jedoch wird sich die Montage der Verbindung schneller und leichter ausführen lassen, wenn anstelle unzählig vieler Bolzen für jede einzelne Flanschverbindung durchgehende Anker verwendet werden, die die einzelnen Flansche durchsetzen und an ihren Enden mit aufschraubbaren Muttern oder gegebenenfalls mit Treibkeilen o. dgl. versehen sind.
Insbesondere bei grossen Ausführungen und liegender Anordnung des Wärmetauschers ist es empfehlenswert, jede Baueinheit mit eigenen Stützgliedern auszurüsten, die auf einer Unterlage, z. B. einem Fundament, befestigbar sind.
Wärmetauscher der erfindungsgemässen Art können zum Kühlen oder Heizen von Flüssigkeiten oder Gasen bzw. Flüssigkeiten und Gasen Verwendung finden. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmetauschers wird darin gesehen, dass er als Heiss wasserbereiter, oder als Schnelldampferzeuger ausgebildet ist, in der Form, dass die Kammern von einem Heizmittel und die die Kammertrennwände bildenden Rohrwendelabschnitte von Wasser durchströmt werden.
Als Heizmittel ist im ersten Fall z. B. Dampf geeignet, aber auch Abgase, Rauchgase 0. dgl. können insbesondere im zweiten Fall Verwendung finden. Durch den wärmetechnisch günstigen Aufbau des erfindungsgemässen Wärmetauschers wird der genannte Verwendungszweck besonders nahegelegt. Es bereitet keine grossen Schwierigkeiten, insbesondere keine das durch schnittliche Können eines Fachmannes übersteigenden Schwierigkeiten, den vorgeschlagenen Wärmetauscher als MehrzugS ammrohr-Rauchrdhrketssel mit Wasserrohren auszubilden. Bei einer solchen Ausführungsform bildet eine mittige Kammer mit im wesentlichen rundem Querschnitt das Flammrohr, die um diese mittige Kammer angeordneten, im Querschnitt ringförmigen Kammern die Rauchrohre und die die Kammern voneinander trennenden Rohrwendelabschnitte die Wasserrohre.
Eine solche Konstruktion ist ausserordentlich wirtschaft lich, wobei das schon herausgestellte Merkmal einer leichten Anpassung an unterschiedliche Leistungsforderungen besonders zur Geltung kommt. Ein Kessel dieser Art kann auch mit einem Überhitzer gebaut werden. Zu diesem Zweck werden zwischen den die Kammertrennwände einzelner oder mehrerer Baueinheiten bildenden Rohrwendelabschnitte zusätzlich Rohrschlangen angeordnet, die in den die Rauchgaszüge darstellenden Kammern frei aufgehängt und an den Überhitzerkreislauf angeschlossen sind. Die Stirnseiten des Gehäuses werden zweckmässig aus einem feuerfesten Gestein aufgemauert, wobei eine der beiden Stirnmauern als Feuerung z.
B. einen Ölbrenner aufnimmt, dessen Flamme in die mittige, das Flammrohr darstellenden Kammer gerichtet ist.
Zur Herstellung der Umkehrungen für die Rauchgaszüge lassen sich an den äusseren Seiten der zu äusserst befindlichen Baueinheiten zwischen ihren die Kammertrennwände bildenden Rohrwendelabschnitten und dem Mauerwerk freie Durchgänge schaffen. Der letzte Rauchgaszug wird vorteilhaft von den äusseren Rohrwendelabschnitten und der Wand jedes Gehäuselängs abschnittes umschlossen, wobei die genannten Rohrwendelabschnitte mit radialem Abstand von der Wand jedes Gehäuselängsabschuittes angeordnet sind.
Die spezielle Art der im Querschnitt ringförmigen Kammern mit über die gesamte Länge gleichNeibendem Querschnitt gibt dem Konstrukteur die Möglichkeit, die Kammerquerschnitte von Kammer zu Kammer von innen nach aussen kleiner werden zu lassen, mit dem Ziel, dass, wenn die ringförmigen Kammern von einem Gasstrom durchflossen werden, in allen Kammern eine gleichbleibende Gasgeschwindigkeit erreicht wird. Die dazu nötigen Querschnitte lassen sich leicht errechnen.
Man hat dann glatte Kammerwände, gleichbleibenden Kammerquerschnitte und keine in die Kammern hineinragenden Vorsprünge als Voraussetzung für die genannte Massnahme. Bisher war eine gleichbleibende Gasgeschwindigkeit bei solchen als HeiZkessel verwendeten Wärmetauschern nicht ohne weiteres möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt des Erfindungsgegenstandes und
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
Das auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Heizkessel, in der Bauart eines Mehrzug-Flammenrohr- Rauchrohikessels.
Das Gehäuse 1 dieses Kessels ist auf der Zeichnung mit dicken Linien dargestellt. Es hat die Form eines Rohres mit waagerechter Mittelachse. Die Fig. 1 zeigt die Unterteilung des Gehäuses in mehrere Längsab- schnitte 2 mit parallel zueinander und senkrecht zur erwähnten horizontalen Mittelachse liegenden Unterteilungsebenen. Die Enden jedes Gehäuselängsabschnittes 2 sind mit einem nach aussen gerichteten Flansch 3 versehen, so dass die einzelnen Gehäuseteile 2 beispielsweise durch Schrauben unter Zwischenschaltung einer Dichtung miteinander veribindbar sind. In jedem Gehäu selängsabschnitt 2 bzw.
Heizkessel abschnitt sind zwei koaxial ineinander gesteckte Kammerwandabschnitte 4 und 5 angeordnet, die je aus einem Rohrwendelabschnitt mit eng aneinanderliegenden und dicht miteinander verbundenen Windungen gebildet sind, so dass die Gesamtheit der durch die Hilfslinie 6 angedeuteten Kammerwandabschuitte 4 und die Gesamtheit der Idurch die Hilfslinie 7 angedeuteten Kammerwand bschnitte 5 je eine Kammerwand bilden, wobei im Falle des Ausführungsbeispieles diese Kammerwände die Rauchgaszüge einschliessen. In jedem Gehäuselängsabschnitt 2 können natürlich mehr als zwei solche koaxial inein ander gesteckte Kammerwandabschnitte 4 und 5 an,ge- ordnet sein.
Die Zugrichtung der Rauchgase ist zum besseren Verständnis mit dünnen Pfeilen in Fig. 1 angegeben. Zwischen den beiden durch die Hilfslinien 6 und 7 angedeuteten Kammerwänden sind weitere Rohrschlangen 8 erkennbar, deren Windungen jedoch nicht eng aneinanderhegen und, bezogen auf das Beispiel, Abschnitte einer Überhitzerschlange sein können, die in einem der Rauchgaszüge angeordnet ist. Bei der Gestaltung der Kammerwandabschnitte aus Rohrwendelalb- schnitten kann man so vorgehen, dass alle Rohrwendelabschnitte 4 miteinander in Serie geschaltet werden, desgleichen alle Rohrwendelabschnitte 5. Als Verbindungselemente können handelsübliche Rohrkupplungen oder einfache Verbindungsflansche benutzt werden.
Jeder Gehäuseiängsabschnitt 2 bildet zusammen mit den darin angeordneten Rohrwendelabschnitten 4, 5 und 8 und mit den für den Betrieb notwendigen Armaturen und Nebenleitungen und mit den notwendigen Stützteilen eine Baueinheit.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Konstruktion, bei welcher der einen äusseren Kammerwandàbschnitt bildende Rohrwendelabschnitt 4 und der einen inneren Kammerwandabschnitt bildende Rohrwendelabschnitt 5 jeder Baueinheit zu einer durchgehenden Rohrschlange miteinander verbunden sind, deren Enden aus dem Gehäuse herausgeführt wurden, derart, dass das Einlaufende dieser Schlange an einen über alle Heizkesselabschnitte bzw. Baueinheiten durchgehenden Einlaufsammler 9 und das Auslaufende dieser Schlange an einen ebenfalls über alle Heizkesselabschnitte bzw.
Baueinheiten durchgehenden, auf der Zeichnung nicht erkennbaren Auslaufsammler angeschlossen sind. Bei dieser konstruktiven Lösung werden die Rohrwendelabschnitt Kombinationen 4, 5 der einzelnen Baueinheiten parallel durchströmt. Die Anordnung der beiden Sammler ausserhalb des Gehäuses ergibt eine einfachere Lösung und ermöglicht eine baukastenartige Erweiterung bzw. auch Verkleinerung des Kessels, wobei lediglich andere Sammler angefertigt werden müssen.
Der von den Rohrwendelabschnitten bzw. Kammer wandabschnitten 5 umschlossene Raum 10 bildet das Flammrohr. Die beiden Stirnenden des Gehäuses 1 sind je durch ein feuerfestes Mauerwerk 11 bzw. 12 abgeschlossen, wobei das Mauerwerk 12 eine mittige Öff- nung 13 für die Anordnung einer geeigneten Feuerung, z. B. eines Ölbrenners, aufweist. Diese beiden feuerfesten Mauerwerke 11 und 12 bilden an den äusseren
Enden der beiden anschliessenden Baueinheiten zwi schen sich und den die Kammerwandabschnitte bilden den Rohrwendelabschniuen 4, 5 freie Durchgänge 14 und 15, welche als Umkehrungen für die Rauchgaszüge dienen.
Der letzte Rauchgaszug K 1 wird dadurch gebildet, dass die Wand jedes GehäusellängsaAbschnittes 2 mit einigem Abstand die äusseren Kammerwandab schnitte bzw. Rohrwendelabschnitte 4 umgibt. Die Durchströmung in sich abwechselnden Richtungen von innen nach aussen lässt die Rauchgase aus diesem letzten Rauchgaszug K 1 in den Abzug 16 (Fig. 2) gelangen. Man erkennt, dass es relativ einfach ist, den ringförmigen Rauchgaszügen K 1, K 2 einen Querschnitt zu geben, bei dem in allen Rauchgaszügen eine gleichbleibende Gasgeschwindigkeit erreicht wird, wie es eingangs schon erläutert wurde.
Die bei einem Heizkessel erforderliche Isolierung ist so ausgebildet, dass jede Baueinheit auf der Aussenfläche ihres Gehäuselängsteiles 2 eine in sich selbständige Isolierung 19 trägt. Am Aufstellungsort sind daher nur noch die einzelnen Baueinheiten sowie die erforderlichen Überleitungen miteinander zu verbinden, denn jede Baueinheit kann in der Werkstatt vollständig, und zwar einschliesslich aller für den Kesselbetrieb nötigen Hilfseinrichtungen hergestellt und montiert werden.
Um jederzeit, auch nachträglich, eine Erweiterung des Kessels, z. B. in Anpassung an höhere Leistungsforderungen, vornehmen zu können, ist bei der gezeigten liegenden Anordnung vorgesehen, dass jede Baueinheit mit eigenen, auf einem Fundament 17 befestigbaren Stützgliedern 18 ausgerüstet ist.
Schliesslich sind als vorteilhafte Lösung für die Verbindung der einzelnen Baueinheiten untereinander verhältnismässig lange Anker, z. B. Schraubenanker, vorgesehen die parallel zur Gehäusewand alle Verbindungsflansche 3 durchsetzen und lediglich an einem Ende, z. B. mit Hilfe von Muttern oder Keilen, unter Zugspannung gesetzt werden.
Obwohl die Erfindung hier an einem Kessel beispielsweise erläutert wurde, ergibt sich aus der Beschreibung und insbesondere auch aus der schematischen Darstellung der Zeichnung, dass die durch die beschriebenen Gestaltungsregeln für alle Wärmetauscher benutzt werden können, die mehrere, durchströmte, in einem Gehäuse ineinander geschachtelte Kammern aufweisen, deren Wände aus ebenfalls durchströmten, dicht miteinander verbundenen Rohrwendelabschnitten gebildet sind.
Heat exchanger
The invention relates to a heat exchanger with several chambers, through which a first medium flows and nested in a housing, between which coils of tubing with tightly joined turns are arranged as partition walls through which a second medium flows.
The simplest designs of such heat exchangers have become known as coolers for liquids, in which a cylindrical housing with bend, cover, inlet and outlet, several casing pipes are plugged concentrically into one another, which form several nested chambers due to different diameters (DBP 837 542). The liquid to be cooled flows through the chambers in alternating directions. The cooling effect can be improved by using double-walled casing pipes with an internal cavity. Since only one medium can flow through such heat exchangers, the heat exchange takes place only between this medium and the walls of the chambers and the housing.
Heat exchangers of the type mentioned for several flowing media have hollow chamber walls with a line system arranged therein, through which a second medium flows (DRP 522 962). Such heat exchangers are known in particular as steam generators, in which the heating medium flows through the chambers and water flows through the pipe system of the chamber walls. A development based on this has already led to constructions in which the chamber walls are formed directly by pipe coils, the pipes of which lie close to one another or are tightly connected to one another to form a wall (DRP 164 756, 293 360, 647 193, DBP 963 604 , DAS 1 186 876 et al).
In these designs there is a jacket tube or several, coaxially nested jacket tubes, which form chamber dividing walls, each made of pipe loops wound around the longitudinal axis of the heat exchanger through which a medium involved in the heat exchange flows. Most of these are steam reactors with water flowing through these pipes. The invention is based on these known constructions, the object of which is to improve these known constructions, which have been praised in terms of their effectiveness, with regard to the possibilities of adaptation to different performance requirements, production costs and installation costs at the operating site.
The object of the invention is to be achieved in that the heat exchanger is constructed from several complete structural units, which are tightly interconnected in planes transversely to the longitudinal axis of the chambers, which are annular in cross section, each of which has a longitudinal section of the housing, sections arranged therein, the Has coils forming the canal partition walls as well as fittings and secondary lines.
This somewhat simplified form of expression is intended to mean that a heat exchanger constructed from such structural units is operational after the structural units have been assembled. When they are made, the units are therefore equipped with the fittings, branches, connections, etc. required for this purpose, depending on the purpose of the heat exchanger, so that the assembly of the heat exchanger at the place of operation is simply a fastening of the units, in the connection of the units with each other and, if necessary, in laying some auxiliary lines etc.
An essential advantage of the invention is seen in the fact that the heat exchanger consists of structural units that are completely or at least almost completely manufactured in the manufacturing plant. This prefabrication of the structural units in the workshops of the manufacturer is not only more cost-effective, because extensive assembly costs are omitted, but also enables a considerably better quality of the work execution and the properties of the heat exchanger that depend on it, because the manufacture of the assemblies in the workshops of the manufacturer is among the best possible Conditions takes place.
Equally important to these advantages is that the design of the heat exchanger according to the invention enables one and the same basic construction to be adapted to different performance requirements. To adapt to such different performance requirements, only the required number of structural units are installed. As a result, structural units according to the invention can be produced in stock, so that, if required, a heat exchanger corresponding to these data can be put together according to the given performance data. This makes it possible to use individual banunits of a heat exchanger at any time. B. for repair purposes, to be changed quickly with little effort. Even a subsequent enlargement or reduction of a heat exchanger according to the invention can be undertaken.
To complete the desired goal, it is provided in an advantageous embodiment that corresponding coiled tubing sections of the individual structural unit are connected in series with one another over the entire length of the heat exchanger; consequently, a continuous coiled tubing results, as it were, which has only one inlet end and one outlet end. This measure simplifies the construction and is sufficient for most purposes, because the heat exchange in such devices usually takes place between two media, one of which flows through the chambers and one of which flows through the coiled tubing that forms the chamber dividing walls.
If several media are involved in the heat exchange in one device, special pipe coils can be created for this, as will be explained later, or pipe coils of different structural units can be connected to different circuits. In a further embodiment of the invention, the two ends of each coiled tubing section of each structural unit can be led out of the housing, the outlet end or each of the series-connected coiled tubing sections of the individual structural units being connected to the inlet end of the corresponding coiled tubing section of the adjacent structural unit.
This connection results in a series connection in which the outlet end of the coiled tubing section of one structural unit and the inlet end of the coiled tubing section of the adjacent structural unit, e.g. B. by Elansche, are interconnected so that the coiled tubing sections of the individual structural units are flowed through one after the other. Such a solution is often not appropriate for thermal reasons.
For such cases it is preferably provided that the coiled tubing sections of each structural unit are connected in series with one another and the resulting coiled tubing section combinations of all structural units are connected in parallel and that on the one hand the inlet ends of all tubular coil section combinations in a common inlet collector and on the other hand the outlet ends of all tubular coil section combinations in lead to a common outlet collector.
Both the inlet collector and the outlet collector are advantageously arranged outside the housing. With parallel flow in the same direction, the inlet header and the outlet header are designed to be continuous across all structural units. When arranged externally, the two collectors can be designed individually, and their position and shape do not influence the construction of the structural units themselves.
Should the temperature conditions in the heat exchanger make insulation necessary with respect to the external environment, it is preferably provided that this insulation is applied to the outer surface of each individual structural unit. Each structural unit should therefore be provided with an independent insulation, the materials of which can be selected depending on the intended use. What is achieved is that any insulation that may be required does not hinder the purpose aimed at by the invention. It is true that ring-shaped gaps without insulation arise between the insulation of the individual structural units in the area of the connecting levels of these structural units, but these gaps are usually not a hindrance or can be subsequently filled with a suitable insulating material.
To achieve a stable and expedient construction of the connection between the individual structural units, it is additionally proposed that each structural unit have an outwardly directed flange at both ends of the associated longitudinal housing section. These flanges can then be fastened directly to one another with the use of a seal, but the assembly of the connection will be quicker and easier if, instead of countless many bolts, continuous anchors are used for each individual flange connection, which penetrate the individual flanges and at their ends Screw-on nuts or optionally with drive wedges or the like. Are provided.
In particular for large versions and a horizontal arrangement of the heat exchanger, it is advisable to equip each structural unit with its own support members that are placed on a base, e.g. B. a foundation can be fastened.
Heat exchangers of the type according to the invention can be used for cooling or heating liquids or gases or liquids and gases. A preferred embodiment of the heat exchanger according to the invention is that it is designed as a hot water heater or as a high-speed steam generator, in the form that the chambers are flowed through by a heating means and the coiled tubing sections forming the chamber dividing walls are flowed through by water.
As the heating means in the first case, for. B. steam is suitable, but also exhaust gases, flue gases, etc. can be used especially in the second case. Due to the thermally favorable construction of the heat exchanger according to the invention, the stated purpose is particularly obvious. There are no major difficulties, in particular no difficulties exceeding the average skill of a person skilled in the art, to design the proposed heat exchanger as a multi-pass ammrohr-Rauchrdhrketssel with water pipes. In such an embodiment, a central chamber with a substantially round cross-section forms the flame tube, the chambers arranged around this central chamber, which are annular in cross-section, form the smoke tubes and the coiled tubing sections separating the chambers form the water tubes.
Such a construction is extremely economical, whereby the feature of easy adaptation to different performance requirements, which has already been highlighted, comes into its own. A boiler of this type can also be built with a superheater. For this purpose, coiled tubing, which are freely suspended in the chambers representing the flue gas passages and connected to the superheater circuit, are additionally arranged between the chamber dividing walls of individual or several structural units. The front sides of the housing are expediently bricked up from a refractory stone, one of the two front walls as a furnace z.
B. receives an oil burner, the flame of which is directed into the central chamber representing the flame tube.
To produce the reversals for the flue gas passages, free passages can be created on the outer sides of the structural units that are on the outermost part between their coiled tubing sections forming the chamber partition walls and the masonry. The last flue gas flue is advantageously enclosed by the outer coiled tubing sections and the wall of each longitudinal housing section, said coiled tubing sections being arranged at a radial distance from the wall of each longitudinal housing section.
The special type of chambers, which are ring-shaped in cross-section and have the same cross-section over the entire length, give the designer the option of reducing the cross-section of the chamber from chamber to chamber from the inside to the outside, with the aim of ensuring that a gas stream flows through the ring-shaped chambers a constant gas velocity is achieved in all chambers. The necessary cross-sections can be easily calculated.
You then have smooth chamber walls, constant chamber cross-sections and no projections protruding into the chambers as a prerequisite for the measure mentioned. Up to now, a constant gas velocity was not easily possible with such heat exchangers used as heating boilers.
An embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it:
1 shows a schematic longitudinal section of the subject matter of the invention and
FIG. 2 shows a schematic cross section along the line II-II in FIG. 1.
The embodiment shown in the drawing shows the application of the invention to a boiler, of the type of a multi-pass flame tube smoke tube boiler.
The housing 1 of this boiler is shown in the drawing with thick lines. It has the shape of a tube with a horizontal central axis. 1 shows the subdivision of the housing into several longitudinal sections 2 with subdivision planes lying parallel to one another and perpendicular to the aforementioned horizontal central axis. The ends of each longitudinal housing section 2 are provided with an outwardly directed flange 3 so that the individual housing parts 2 can be connected to one another, for example by means of screws, with the interposition of a seal. In each housing longitudinal section 2 or
Boiler section, two coaxially nested chamber wall sections 4 and 5 are arranged, which are each formed from a coiled tubing section with closely spaced and tightly interconnected turns, so that the entirety of the chamber wall sections 4 indicated by the auxiliary line 6 and the entirety of the I indicated by the auxiliary line 7 Chamber wall sections 5 each form a chamber wall, in the case of the exemplary embodiment these chamber walls including the flue gas passages. In each longitudinal housing section 2, more than two such chamber wall sections 4 and 5 inserted coaxially into one another can of course be arranged.
The direction in which the flue gases are drawn is indicated by thin arrows in FIG. 1 for better understanding. Further pipe coils 8 can be seen between the two chamber walls indicated by the auxiliary lines 6 and 7, but their turns are not closely spaced and, based on the example, can be sections of a superheater coil which is arranged in one of the flue gas ducts. When designing the chamber wall sections from coiled tubing sections, you can proceed in such a way that all coil tubing sections 4 are connected in series with one another, as are all coil tubing sections 5. Commercially available pipe couplings or simple connecting flanges can be used as connecting elements.
Each longitudinal housing section 2 forms a structural unit together with the coiled tubing sections 4, 5 and 8 arranged therein and with the fittings and secondary lines required for operation and with the necessary support parts.
The embodiment shows a construction in which the coiled tubing section 4, which forms an outer chamber wall section, and the coiled tubing section 5, which forms an inner chamber wall section, of each structural unit are connected to one another to form a continuous pipe coil, the ends of which are led out of the housing, in such a way that the inlet end of this coil is connected to one another Inlet collector 9 passing through all boiler sections or structural units and the outlet end of this queue to a likewise over all boiler sections or
Structural units are connected to continuous discharge collectors that cannot be seen in the drawing. In this structural solution, the coiled tubing section combinations 4, 5 of the individual structural units are traversed in parallel. The arrangement of the two collectors outside the housing results in a simpler solution and enables the boiler to be expanded or reduced in size in a modular manner, with only other collectors having to be made.
The space 10 enclosed by the coiled tubing sections or chamber wall sections 5 forms the flame tube. The two front ends of the housing 1 are each closed by a fireproof brickwork 11 and 12, the brickwork 12 having a central opening 13 for the arrangement of a suitable furnace, e.g. B. an oil burner. These two refractory masonry 11 and 12 form on the outer
Ends of the two adjoining structural units between themselves and the chamber wall sections form the coiled tubing sections 4, 5 free passages 14 and 15, which serve as reversals for the flue gas passages.
The last flue gas pass K 1 is formed in that the wall of each longitudinal housing section 2 surrounds the outer chamber wall sections or coiled tubing sections 4 at some distance. The flow through in alternating directions from the inside to the outside allows the flue gases from this last flue gas pass K 1 to pass into the flue 16 (FIG. 2). It can be seen that it is relatively simple to give the annular flue gas flues K 1, K 2 a cross section in which a constant gas velocity is achieved in all flue gas flues, as was already explained at the beginning.
The insulation required in a heating boiler is designed in such a way that each structural unit has an independent insulation 19 on the outer surface of its longitudinal housing part 2. At the installation site, therefore, only the individual structural units and the necessary transitions need to be connected with one another, because each structural unit can be completely manufactured and assembled in the workshop, including all auxiliary equipment required for boiler operation.
In order to expand the boiler at any time, even afterwards, e.g. B. in adaptation to higher performance requirements, it is provided in the shown horizontal arrangement that each structural unit is equipped with its own support members 18 that can be fastened to a foundation 17.
Finally, as an advantageous solution for connecting the individual structural units to one another, relatively long anchors, e.g. B. screw anchors, provided that enforce all connecting flanges 3 parallel to the housing wall and only at one end, for. B. with the help of nuts or wedges are placed under tension.
Although the invention was explained here on a boiler, for example, it emerges from the description and in particular from the schematic representation of the drawing that the design rules described can be used for all heat exchangers that have multiple chambers nested in one housing have, the walls of which are formed from coiled tubing sections that are also flowed through and are tightly interconnected.