DE102012108944A1 - Dampferzeuger - Google Patents

Dampferzeuger Download PDF

Info

Publication number
DE102012108944A1
DE102012108944A1 DE201210108944 DE102012108944A DE102012108944A1 DE 102012108944 A1 DE102012108944 A1 DE 102012108944A1 DE 201210108944 DE201210108944 DE 201210108944 DE 102012108944 A DE102012108944 A DE 102012108944A DE 102012108944 A1 DE102012108944 A1 DE 102012108944A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
boiler
steam generator
tube
steam
tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210108944
Other languages
English (en)
Inventor
Eckart Frehland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BIO SYSTEM GES fur ANWENDUNGEN BIOLOG VERFAHREN MBH
Bio-System Gesellschaft fur Anwendungen Biologischer Verfahren Mbh
Original Assignee
BIO SYSTEM GES fur ANWENDUNGEN BIOLOG VERFAHREN MBH
Bio-System Gesellschaft fur Anwendungen Biologischer Verfahren Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BIO SYSTEM GES fur ANWENDUNGEN BIOLOG VERFAHREN MBH, Bio-System Gesellschaft fur Anwendungen Biologischer Verfahren Mbh filed Critical BIO SYSTEM GES fur ANWENDUNGEN BIOLOG VERFAHREN MBH
Priority to DE201210108944 priority Critical patent/DE102012108944A1/de
Publication of DE102012108944A1 publication Critical patent/DE102012108944A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/22Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes of form other than straight or substantially straight
    • F22B21/28Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes of form other than straight or substantially straight bent spirally
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/061Construction of tube walls
    • F22B29/064Construction of tube walls involving horizontally- or helically-disposed water tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02Profiting from waste heat of exhaust gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Dampferzeuger (1) zur Erzeugung von Dampf mit Hilfe eines Energieträgermediums, insbesondere Abhitzedampferzeuger zur Anordnung hinter einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einer thermischen Dampfleistung von weniger als 51 MW, mit einem Kessel (5), welcher über einen Gaseinlass (3) und einen Gasauslass (40) verfügt, um ein Energieträgermedium durch einen mit einer Außenhülle (7) begrenzten Innenraum des Kessels (5) zu leiten, und einem in dem Innenraum des Kessels (5) angeordneten Rohr (42, 42.1) zur Durchleitung eines zu verdampfenden Mediums, wobei die den Innenraum begrenzende Außenhülle (7) den Genus Eins aufweist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger nach dem Anspruch 1 und die Verwendung eines Dampferzeugers nach dem nebengeordneten Anspruch.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Dampferzeuger bekannt, welche einen Wärmeübergang von einem Abgas zu einem zu verdampfenden Medium gewährleisten. So offenbart die DE 967 225 einen Abgaskessel, welcher hinter einer Brennkraftmaschine angebracht werden kann und in einem Zwangsumlauf ein Arbeitsmittel mit Wärme aus dem Abgas der Brennkraftmaschine erwärmen kann. Der Abgaskessel der genannten Veröffentlichung sieht Rohrschlangen vor, wobei Rohrgruppen vorgesehen sind, welche eine Windungsebene quer zu einem Gasstrom aufweisen. Die Rohre sind als von außen nach innen gewickelte Spiralen ausgebildet, welche von einem Verteiler ausgehen. In der Mitte der Spiralen sind jeweils Ableitungen vorgesehen, welche nach außen zu einem Sammler führen.
  • Der aus dem Stand der Technik beschriebene Abgaskessel ist schwierig herzustellen, insbesondere in einer großindustriellen Produktion. Problematisch sind hierbei beispielsweise sich permanent verändernde Rohrbiegedurchmesser der Spirale oder auch die geringen Biegeradien im Inneren der Spirale.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu lindern oder zu beheben, insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, einen Dampferzeuger bereitzustellen und eine Verwendung eines Dampferzeugers anzugeben, wobei der Dampferzeuger z.B. einen einfachen Aufbau aufweisen soll, welcher auch in großindustrieller Fertigung einfach herzustellen ist.
  • Die Aufgabe wird mit einem Dampferzeuger gemäß Anspruch 1 und einer Verwendung eines Dampferzeugers gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Merkmale typischer Ausführungsformen sind auch in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.
  • Typische Ausführungsformen von Dampferzeugern sind als Abhitze-Dampferzeuger zur Anordnung hinter einer Brennkraftmaschine ausgebildet, um Dampf zu erzeugen. Eine Brennkraftmaschine mit einem der hierin beschriebenen, nachgeschalteten Dampferzeuger ist ebenfalls ein Aspekt der Erfindung.
  • Typischerweise wird Dampf aus einem zu verdampfenden Medium erzeugt, beispielsweise einer Flüssigkeit wie Wasser oder einem Öl. Typische Ausführungsformen weisen eine thermische Dampfleistung von weniger als ein 5 MW, weniger als 1 MW, typischerweise geringer als 700 kW oder geringer als 500 kW auf. Bei geringen thermischen Dampfleistungen des Dampferzeugers spielt die einfache großindustrielle Herstellbarkeit eine übergeordnete Rolle, um Aufwendungen und Schwierigkeiten bei der Herstellung möglichst gering zu halten. Weitere Ausführungsformen sind für größere thermische Dampfleistungen ausgelegt oder beispielsweise zu einer Anordnung hinter einer Kolbenmaschine oder einer Turbine. Weitere verwendbare Wärmequellen können auch Feuerungen sein.
  • Typische Ausführungsformen umfassen einen Kessel mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass und zumindest einem in dem Kessel angeordneten Rohr zur Durchführung eines zu verdampfenden Mediums oder Arbeitsmittels. Typischerweise weist der Kessel eine Außenfläche oder eine Außenhülle mit Genus 1 auf. Dabei bezeichnet der Ausdruck „Außenhülle mit Genus 1“ üblicherweise Hüllen, welche wie ein Donut oder wie ein Zylinder mit einem axialen Durchgang geformt sind. Umgangssprachlich würde ein Kessel mit einer Außenhülle mit dem Genus 1 als Kessel bezeichnet, welcher einen Durchgriff oder eine vom Innenraum abgeschlossene Durchgangs-Öffnung aufweist. Typische Kessel weisen zwei konzentrisch angeordnete Zylinderflächen auf, welche eine Außenwand und eine Innenwand des Innenraums bilden und zwischen denen der Innenraum angeordnet ist.
  • Typische Formen des Kessels weisen eine zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Außenwand auf mit einer axialen Öffnung. Die axiale Öffnung wird üblicherweise von einer zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Innenwand begrenzt. Innenwand und Außenwand sind typischerweise koaxial zueinander und Teil der Außenhülle. Typischerweise weist der Kessel zumindest im Wesentlichen eine Zylinderform mit einer axialen Öffnung auf. Dadurch bedeutet „zumindest im Wesentlichen“ typischerweise, dass der Zylinder auch die Form einer Ellipse oder einer unregelmäßigen Ringform, welche sich auch in axialer Richtung ändern kann, aufweist. Die axiale Richtung bezeichnet typischerweise die Hochachse des Kessels, wobei der Kessel auch liegend angeordnet werden kann.
  • Das zumindest eine Rohr ist typischerweise zumindest im Wesentlichen Helix-förmig. Helix-förmig bedeutet typischerweise, dass der Radius des Rohres über zumindest 90% der Länge des Rohres oder über zumindest 95% oder zumindest 98% der Länge des Rohres eine Biegeradius aufweist, welcher innerhalb geringer Toleranzgrenzen, beispielsweise innerhalb einer Toleranzgrenze von ±20%, ±10% oder ±5% liegt. Die Helix-Form bietet den Vorteil, dass eine Herstellung in großindustriellen Maßstab einfach ist, da ein zumindest im Wesentlichen gleichbleibender Biegeradius des Rohres einfach herzustellen ist. Das Rohr ist typischerweise innerhalb des Kessels angeordnet, wobei bei Ausführungsformen auch Teile des Rohres außerhalb des Kessels angeordnet sein können, beispielsweise falls ein Verteiler oder Sammler außerhalb des Kessels angeordnet wird.
  • Bei Ausführungsformen werden Rohre verwendet, welche als Endlosrohr ausgebildet sind. Ein Endlosrohr zeichnet sich typischerweise dadurch aus, dass es über seinen Verlauf keine Schweißnähte oder eine maschinell hergestellte Schweißnaht aufweist. Die Verwendung von Endlosrohren ist bei Ausführungsformen möglich, da zumindest ein Großteil der Rohre mit einem konstanten Biegeradius ausgeführt werden.
  • Typischerweise weist das Rohr oder jedes der Mehrzahl der Rohre an jeder Stelle einen Biegeradius auf, welcher mindestens 40% eines maximalen Außenradius des Kessels entspricht. Darunter fallen bei üblichem Verständnis auch gerade Abschnitte des Rohres. Typischerweise betragen die genannten Biegeradien zumindest 60% des maximalen Außenradius des Kessels. Dies bietet den Vorteil, dass große Biegeradien erreicht werden und die Rohrlängen der einzelnen Helix nicht zu große Längenunterschiede aufweisen. Mit dem Kessel mit Außenfläche von Genus 1 ergibt sich der besondere synergistische Effekt, dass über den Gaseinlass eingeführtes Energieträgermedium in dem durch die Außenhülle des Kessels begrenzten Innenraum des Kessels auf die Rohre trifft, wobei in der Rohr-losen Mitte, die Öffnung der Außenhülle mit Genus 1 angeordnet ist. Als Energieträgermedium kommen Fluide wie Abgas, Heißgas oder erwärmte Flüssigkeiten in Betracht.
  • Typischerweise beträgt die Wandstärke des Rohres weniger als 10% des Rohraußendurchmessers. Bei weiteren Ausführungsformen beträgt die Wandstärke des Rohres weniger als 7% oder 5% des Rohraußendurchmessers. Geringe Wandstärken bieten den Vorteil einer kostengünstigen, effizienten und leichten Konstruktion. Insbesondere der Wärmdurchgang durch die Rohrwand wird erheblich gegenüber einem dickwandigen Rohr verbessert. Typischerweise ist die Wandstärke des Rohres über zumindest 95% oder 98% der Länge oder über die gesamte Länge des Rohres konstant. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit.
  • Vorzugsweise umfasst der Dampferzeuger eine Pumpe, die auch als Speisewasserpumpe bezeichnet werden kann, zum Pumpen eines Mediums durch das Rohr oder durch die Mehrzahl der Rohre. Auf diese Weise wird ein Zwangsumlauf aufrechterhalten. Besonders bei Dampferzeugern kleiner Leistung ist der Aufwand für eine Pumpe gering, wobei durch die Pumpe zwar ein Wirkungsgrad verschlechtert werden kann, auf der anderen Seite allerdings bei Ausbildung der Geometrie des Dampferzeugers geringere Rücksicht auf natürliche Konvektion genommen werden muss. Weitere Ausführungsformen weisen keine Pumpe auf und bieten damit den Vorteil eines geringeren Verbrauchs zum Betreiben von Aggregaten des Dampferzeugers.
  • Typische Ausführungsformen des Dampferzeugers weisen eine Mehrzahl von Rohren, welche als Rohrbündel in dem Kessel angeordnet sind, auf. Auf diese Weise wird ein Dampferzeuger mit mehreren parallel geschalteten Einzelrohrkesseln gebildet. Typischerweise weisen die Rohre zumindest zu 80% oder zumindest 95% den gleichen Durchmesser oder die gleiche Wandstärke auf. Dies bietet Vorteile für die großindustrielle Fertigung. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Durchmesser der Rohre unterschiedlich, beispielsweise um unterschiedlichen thermischen Bedingungen an verschiedenen Stellen Rechnung zu tragen.
  • Typischerweise sind die Rohre als Rohrbündel in dem Kessel derart angeordnet, dass sie im Betrieb zumindest im Wesentlichen quer angeströmt werden. Damit wird ein guter Wärmeübergang erreicht. Bei typischen Ausführungsformen sind der Gaseinlass und der Gasauslass derart angeordnet und ist der Kessel derart ausgeführt, dass ein Energieträgermedium zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Kessel strömt. Die Rohre, welche Helix-förmig in dem Kessel angeordnet sind, sind mit der Helix derart angeordnet, dass die Achse der Helix und die Mittelachse des Kessels typischerweise zusammenfallen. Auf diese Weise kann eine Queranströmung erreicht werden.
  • Typischerweise weisen die Rohre über zumindest 90% ihrer Länge untereinander in dem Rohrbündel einen Abstand auf, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser oder größer ist als 20% ihres Außendurchmessers. Weitere typische Maße sind kleiner als 80% des Außendurchmessers oder kleiner als 70% des Außendurchmessers oder größer als 30% oder größer als 40% des Außendurchmessers. Auf diese Weise wird ein guter Kompromiss zwischen niedrigem Druckverlust und gutem Wärmeübergang erreicht.
  • Typischerweise sind die Rohre in dem Rohrbündel in Helix-förmig ansteigenden oder im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Lagen angeordnet, welche durch Abstandhalter getrennt sind. Als Abstandhalter kann ein Draht oder ein Blech verwendet werden, mit einer Dicke oder einem Durchmesser von mindestens 20% oder höchstens 80% des Rohrdurchmessers. Bei typischen Ausführungsformen beträgt die Dicke oder der Durchmesser des Abstandhalters zumindest 35% oder zumindest 45% des Rohrdurchmessers oder maximal 55% oder maximal 65% des Rohrdurchmessers. Die Lagen sind typischerweise versetzt zueinander, typischerweise auf Lücke versetzt, angeordnet oder liegen lose auf den Abstandhaltern auf. Versetzte Lagen von Rohrbündeln können zu einem besseren thermischen Übergang von dem Energieträgermedium zu dem Medium führen. Die lose Anordnung ist einfach herzustellen. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Lagen nur geringfügig versetzt, weitere Ausführungsformen weisen Rohrbündel auf, welche mit den Abstandhaltern fixiert verbunden sind. Eine Fixierung gewährleistet eine höhere Lagesicherheit.
  • Typischerweise ist stromaufwärts des Gaseinlasses ein Bypass zum Umgehen des Dampferzeugers vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich die thermische Leistung des Dampferzeugers schnell und einfach steuern oder regeln, insbesondere heruntersteuern. Bei weiteren Dampferzeugern gemäß Ausführungsform ist der Gaseinlass ohne Abblasöffnung und mittelbar mit einer Brennkraftmaschine verbunden.
  • Bei typischen Ausführungsformen ist der Kessel ausgeführt, so dass im Betrieb der Gaseinlass an einem oberen Ende des Kessels oder der Gasauslass an einem unteren Ende des Kessels angeordnet ist. Eine Anordnung des Gaseinlasses an einem oberen Ende des Kessels bietet den Vorteil, dass bei einem Gegenstromverfahren das zu verdampfende Medium entsprechend seiner natürlichen Konvektion durch den Kessel des Dampferzeugers geführt wird. Typischerweise ist an einem unteren Ende des Kessels ein Verteiler auf die Rohre und an einem oberen Ende des Kessels ein Sammler für das erhitzte Medium aus den Rohren angeordnet.
  • Ein weiterer unabhängiger Gegenstand stellt die Verwendung eines Dampferzeugers in einer der oben beschriebenen typischen Ausführungsformen zur Erzeugung von Dampf dar, wobei ein Energieträgermedium durch den Kessel geführt wird und gleichzeitig ein Medium zur Dampferzeugung durch das mindestens eine Rohr gepumpt wird. Bei typischen Ausführungsformen wird eine Reinigung des Kessels vorgenommen, indem der Kessel mit Wasser gefüllt wird und anschließend der Kessel mit Ultraschall beaufschlagt wird. Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Reinigung des Kessels möglich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Anschließend werden bevorzugte Einzelheiten der Erfindung anhand einiger Zeichnungen eingehender erläutert, wobei die Zeichnungen zeigen:
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel;
  • 2 zeigt eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der 1 in einer schematischen Ansicht;
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht von unten des Ausführungsbeispiels der 1 und 2;
  • 4 zeigt eine Schnittansicht durch das Ausführungsbeispiel der 1 bis 3; und
  • 5 zeigt eine Einzelheit der 4 in vergrößerter Ansicht.
  • Beschreibung typischer Ausführungsformen
  • In der 1 ist eine Draufsicht auf eine typische Ausführungsform eines Dampferzeugers 1 gezeigt. Der Dampferzeuger 1 verfügt über einen Gaseinlass 3, über welchen ein Energieträgermedium in einen Kessel 5 geleitet werden kann. Der Kessel 5 weist eine Außenhülle 7 auf, welche einen Innenraum des Kessels 5 begrenzt. Die Außenhülle 7 umschließt einen Innenraum, wobei die Außenhülle den Genus 1 aufweist. Dies bedeutet bei dem Ausführungsbeispiel, dass sie eine den abgeschlossenen Innenraum hindurchgreifende Öffnung aufweist.
  • Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel anhand der 2 bis 5 weiter erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden. Weiterhin wird bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels auch auf bereits zuvor erläuterte Figuren wieder zurückgegriffen, um dreidimensionale Sachverhalte anhand mehrerer Zeichnungen zu erläutern.
  • In der 2 ist eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels eines Dampferzeugers 1 der 1 gezeigt. Der Kessel 5 weist mit seiner Außenhülle 7 im Wesentlichen eine Zylinderform auf, die sich entlang einer Längsachse 9 erstreckt. Die Längsachse 9 bildet die Mittelachse der Zylinderform des Kessels 5 des Dampferzeugers 1. Koaxial zu der Längsachse 9 ist eine Außenwand 15 und eine Innenwand 17 der Außenhülle 7 angeordnet. Die Außenwand 15 der Außenhülle 7 bildet die äußere Begrenzung des Kessels 5, wohingegen die Innenwand 17 eine in der Rippbegrenzung bildet. In der Mitte des Kessels 5 entlang der Längsachse 9 erstreckt sich eine axiale Öffnung, welche durch die koaxial zur Längsachse 9 liegende Innenwand 17 begrenzt wird.
  • In den 1 und 2 ist auch eine steuerbare Abblasöffnung 20 dargestellt, mit welcher Gas, welches in den Gaseinlass 3 entlang eines Pfeils 22 einströmt, an dem Kessel 5 vorbeigeleitet werden kann. Hierzu wird die Abblasöffnung 20 geöffnet. Auf diese Weise ist eine schnelle Steuerung des Dampferzeugers 1 möglich.
  • In der 2 ist außerdem noch ein Auslasssammler 30 dargestellt. Der Auslasssammler 30 verfügt über Regeldüsen 32, mit welchen der Volumenstrom des durch die Einzelrohre 30 geführten Mediums jeweils getrennt gesteuert oder geregelt werden kann. Typische Ausführungsformen umfassen Regeldüsen, mit welchen der Zufluss des Mediums zu den oder der Abfluss des Mediums von den Rohren oder Gruppen der Rohre unterschiedlich einstellbar, steuerbar oder regelbar ist. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass der Ort des Phasenübergangs in jedem Rohr getrennt eingestellt werden kann und verhindert werden, dass Einzelrohre mit geringerem Energieeintrag als andere nicht vollständig verdampftes Medium in den Sammler einbringen. Damit kann eine Kraftmaschine, die durch Tröpfchen zerstört würde, ohne zusätzlichen Tröpfchenabscheider direkt hinter dem Kessel angeordnet werden. Somit können unterschiedliche Rohrlängen oder unterschiedlicher Wärmeeintrag in die Rohre ausgeglichen werden.
  • Über den Auslasssammler 30 wird das Medium, welches in dem Kessel 5 verdampft werden soll, aus den Rohren des Kessels 5 herausgeführt. In der 3 ist eine Draufsicht auf die Unterseite des Dampferzeugers 1 gezeigt. Durch einen an der Unterseite des Kessels 5 angeordneten Gasauslass 40 sind eine Mehrzahl von Rohren 42 und ein Einlasssammler 44 zu sehen. Der Einlasssammler 44 ist im Innenraum des Kessels 5 angeordnet und verteilt ein zu verdampfendes Medium auf die Rohre 42. Beschickt werden kann der Einlasssammler 44 über einen außenliegenden Anschluss 46.
  • Für den Auslasssammler 30 weist der Kessel 5 eine Ausbuchtung 50 auf, welche dazu dient, die Rohre 42 zu dem Auslasssammler 30 zu führen. Solche Ausbuchtungen sind innerhalb der Bedeutung, dass die Außenhülle 7 im Wesentlichen zylinderförmig ist. Weitere Ausbuchtungen oder Einbuchtungen können vorgesehen sein.
  • In der 4 ist eine Schnittansicht des Dampferzeugers 1 gezeigt, wobei der Schnitt entlang der Längsachse 9 verläuft und eine seitliche Ansicht ist. Die Schnittansicht der 4 ist aus der entgegengesetzten Richtung wie die Seitenansicht der 2. In der 4 sind nicht alle Details dargestellt, insbesondere sind in einem mittelhohen Bereich des Kessels 5 viele Windungen der Rohre 42 nicht dargestellt. Die Rohre 42 sind im Innenraum des Kessels 5 angeordnet, wobei sie über mindestens einen Großteil ihrer Länge Helix-förmig sind. Dabei liegen die Rohre 42 in gleichmäßiger Anordnung in zwei Lagen in dem Innenraum. Jedes Einzelne der Rohre 42 weist über seinen in dem Kessel 5 Helix-förmig aufsteigend Verlauf einen konstanten Biegeradius um die Längsachse 9 auf.
  • Typischerweise ist jedes Rohr derart geformt, dass es mit einer Steigung, welche zwischen dem 1,1-fachen des Durchmessers des Rohres und dem 5-fachen des Durchmessers des Rohres liegt, Helix-förmig in dem Kessel verläuft. Typische Ausführungsformen weisen zwei übereinanderliegende oder gegeneinander versetzte Lagen von Rohren auf. Jedes Einzelne der Rohre hat typischerweise eine Steigung der Helix um die Längsachse des Kessels, so dass mit den zwei Lagen ein gleichmäßiges Anordnungsmuster der Rohre im Querschnitt entsteht. Ein Beispiel für eine solche gleichmäßige Anordnung von Rohren ist in der 5 gezeigt.
  • Die 5 zeigt eine Einzelheit der 4 genauer, nämlich ein unteres Ende des Rohrbündels, welches in dem Kessel 5 verlegt ist. Ein Rohrbündel besteht bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 aus zwei Lagen 52, 53 von Rohren 42, nämlich einer oberen Lage 52 und einer unteren Lage 53. In den 4 und 5 sind jeweils der Einfachheit halber nicht alle Rohre 42 mit einem Bezugszeichen versehen. Die beiden Lagen 52 und 53 laufen wie die einzelnen Rohre 42 Helix-förmig um die Längsachse 9 um und bilden auf diese Weise durch die Wiederholung im Umlauf eine gleichmäßige Anordnung der Querschnitte der Rohre 42 im Innenraum des Kessels 5 zwischen der Innenwand 17 und der Außenwand 15.
  • Die Lagen 52 und 53 sind jeweils durch Abstandshalter 55 getrennt, wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Abstandshalter aus Draht gefertigt sind. Der Draht weist typischerweise einen Durchmesser auf, welcher zumindest 10% des Durchmessers, bei weiteren typischen Ausführungsformen mindestens 30% des Durchmessers oder mindestens 45% des Durchmessers der Rohre beträgt. Typische Maximaldicken für den Draht als Abstandhalter sind 100% des Durchmessers, 70% des Durchmessers oder 55% des Durchmessers. In der 5 sind lediglich zwei Abstandhalter 55 gezeigt, diese sind jedoch zwischen den darauffolgenden bzw. darüber liegenden Lagen 52 und 53 ebenso vorhanden, jedoch zur Übersichtlichkeit der Darstellung nicht näher gezeigt.
  • Der Abstandhalter ist typischerweise leicht gewellt, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren dargestellt ist. Auf diese Weise wird eine sichere Anordnung der Rohre in den Lagen erreicht.
  • Beispielhaft wird noch auf ein Bestimmtes der Rohre 42 eingegangen, wobei dieses Rohr in der 5 das Bezugszeichen 42.1 trägt. Das Rohr 42.1 liegt ganz innen der unteren Lage 53. Von dem Rohr 42.1 sind vier Querschnitte in der 5 dargestellt, so dass erkennbar ist, mit welcher Steigung das Rohr 42.1 in dem Innenraum des Kessels 5 angeordnet ist. Die anderen Rohre 42 weisen dieselbe Steigung wie das Rohr 42.1 auf, so dass sich die Anordnungen wiederholen. In der 5 ist jedoch lediglich das Rohr 42.1 mit vier Querschnitten dargestellt, die übrigen Rohre 42 wiederholen sich jedoch analog und sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Typische Ausführungsformen weisen Spannstäbe auf. Typische Spannstäbe sind an einer Innenwand oder einer Außenwand der Außenhülle angeordnet, wobei die Spannstäbe als Abstandshalter für die am Rand der Rohrbündel liegenden Rohre dienen. Eine weitere Funktion der Spannstäbe ist, dass auf diese Weise die Rohre zu einem Gesamtpaket zusammengefügt werden können, welches außerhalb des Kessels aufgebaut wird und anschließend als Gesamtpaket in den Kessel eingeführt werden kann. Dies erleichtert die Herstellung.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 sind an der Innenwand 17 und an der Außenwand 15 jeweils anliegende Spannstäbe 57 vorhanden (5). Die Spannstäbe 57 liegen zwischen Innenwand 17 bzw. Außenwand 15 und den jeweils nächstliegenden Rohren 42 oder 42.1.
  • Die Spannstäbe weisen üblicherweise eine Dicke auf, welche größer ist als 2%, oder größer als 5% oder größer ist als 15% des Durchmessers der Rohre. Typische Maximalmaße der Dicke der Spannstäbe sind 10% des Durchmessers oder 20% oder 30% des Durchmessers. Auf diese Weise wird ein Hotspot in Wandnähe verhindert und eine optimale Anströmung der Rohre auch am Rand des Rohrbündels erreicht.
  • Die Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche beschränkt und ist nicht auf beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 967225 [0002]

Claims (15)

  1. Dampferzeuger (1) zur Erzeugung von Dampf, insbesondere Abhitzedampferzeuger zur Anordnung hinter einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einer thermischen Dampfleistung von weniger als 5 MW, mit – einem Kessel (5), welcher über einen Gaseinlass (3) und einen Gasauslass (40) verfügt, um ein Energieträgermedium durch einen mit einer Außenhülle (7) begrenzten Innenraum des Kessels (5) zu leiten, und – einem in dem Innenraum des Kessels (5) angeordneten Rohr (42, 42.1) zur Durchleitung eines zu verdampfenden Mediums, wobei die den Innenraum begrenzende Außenhülle (7) den Genus Eins aufweist.
  2. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (5) eine zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Außenwand (15) und eine innen liegende axiale Öffnung aufweist und/oder zwei konzentrisch angeordnete Zylinderflächen aufweist, welche eine Außenwand (15) und eine Innenwand (17) des Innenraums bilden.
  3. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (42, 42.1) zumindest im Wesentlichen Helix-förmig gebogen innerhalb des Kessels (5) angeordnet ist.
  4. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (42, 42.1) ein Endlosrohr ist.
  5. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (42, 42.1) an jeder Stelle einen Biegeradius aufweist, welcher mindestens 70% eines maximalen Außen-Radius des Kessels (5) entspricht.
  6. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Rohres (42, 42.1) kleiner ist als 10% des Rohraußendurchmessers.
  7. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Speisewasserpumpe zum Pumpen des Mediums durch das Rohr (42, 42.1), um einen Zwangsdurchlauf durch das Rohr (42, 42.1) sicherzustellen.
  8. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rohren (42, 42.1) als Rohrbündel in dem Kessel (5) angeordnet ist.
  9. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (42, 42.1) als Rohrbündel in dem Kessel (5) angeordnet sind, so dass sie im Betrieb zumindest im Wesentlichen quer angeströmt werden.
  10. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (42, 42.1) über zumindest 90% ihrer Länge in dem Rohrbündel einen Abstand aufweisen, welcher kleiner ist als ihr Außendurchmesser und/oder größer ist als 5% ihres Außendurchmessers.
  11. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (42, 42.1) in dem Rohrbündel in Lagen (52, 53) angeordnet sind, die durch Abstandhalter (55) getrennt sind.
  12. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (3) einen Bypass (20) zum Umgehen des Dampferzeugers umfasst.
  13. Dampferzeuger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (5) ausgeführt ist, so dass im Betrieb der Gaseinlass (3) an einem oberen Ende des Kessels (5) und/oder der Gasauslass (40) an einem unteren Ende des Kessels (5) angeordnet ist.
  14. Verwendung eines Dampferzeugers nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Erzeugung von Dampf, wobei ein Energieträgermedium durch den Kessel (5) geführt wird und gleichzeitig ein Medium zur Dampferzeugung durch das mindestens eine Rohr (42, 42.1) gepumpt wird.
  15. Verwendung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Reinigen des Kessels (5) durch Füllen des Kessels (5) mit Wasser und anschließendem Beaufschlagen des Kessels (5) mit Ultraschall.
DE201210108944 2012-09-21 2012-09-21 Dampferzeuger Withdrawn DE102012108944A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210108944 DE102012108944A1 (de) 2012-09-21 2012-09-21 Dampferzeuger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210108944 DE102012108944A1 (de) 2012-09-21 2012-09-21 Dampferzeuger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012108944A1 true DE102012108944A1 (de) 2014-05-28

Family

ID=50678849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210108944 Withdrawn DE102012108944A1 (de) 2012-09-21 2012-09-21 Dampferzeuger

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012108944A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE967225C (de) 1951-08-08 1957-10-24 Mont Kessel Herpen & Co K G Abgaskessel, insbesondere hinter Brennkraftmaschinen
DE2904700A1 (de) * 1979-02-08 1980-08-28 Laengerer & Reich Kuehler Vorrichtung zum austauschen der waerme zwischen einem gas und einem fluessigen oder gasfoermigen stroemungsmittel und zum daempfen des durch das gas bewirkten schalls, insbesondere fuer eine brennkraftmaschine
DE3390066T1 (de) * 1982-07-01 1985-01-24 Rauma-Repola Oy, Uusikaupunki Abgas-Wärmetauscher
US4498524A (en) * 1977-08-08 1985-02-12 Jacobsen Orval E Heat exchanger with by-pass
DE10047463A1 (de) * 2000-09-21 2001-07-05 J H K Anlagenbau Und Service G Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit Hilfe von Abgasen aus Schiffs-Dieselmotoren
US20050133202A1 (en) * 2001-11-09 2005-06-23 Aalborg Industries A/S Heat exchanger, combination with heat exchanger and method of manufacturing the heat exchanger
US20080308128A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Alstom Technology Ltd Automated system for waterwall cleaning and inspection
US8006651B2 (en) * 2007-05-15 2011-08-30 Combustion & Energy Systems Ltd. Reverse-flow condensing economizer and heat recovery method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE967225C (de) 1951-08-08 1957-10-24 Mont Kessel Herpen & Co K G Abgaskessel, insbesondere hinter Brennkraftmaschinen
US4498524A (en) * 1977-08-08 1985-02-12 Jacobsen Orval E Heat exchanger with by-pass
DE2904700A1 (de) * 1979-02-08 1980-08-28 Laengerer & Reich Kuehler Vorrichtung zum austauschen der waerme zwischen einem gas und einem fluessigen oder gasfoermigen stroemungsmittel und zum daempfen des durch das gas bewirkten schalls, insbesondere fuer eine brennkraftmaschine
DE3390066T1 (de) * 1982-07-01 1985-01-24 Rauma-Repola Oy, Uusikaupunki Abgas-Wärmetauscher
DE10047463A1 (de) * 2000-09-21 2001-07-05 J H K Anlagenbau Und Service G Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit Hilfe von Abgasen aus Schiffs-Dieselmotoren
US20050133202A1 (en) * 2001-11-09 2005-06-23 Aalborg Industries A/S Heat exchanger, combination with heat exchanger and method of manufacturing the heat exchanger
US8006651B2 (en) * 2007-05-15 2011-08-30 Combustion & Energy Systems Ltd. Reverse-flow condensing economizer and heat recovery method
US20080308128A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Alstom Technology Ltd Automated system for waterwall cleaning and inspection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0944801B1 (de) Dampferzeuger
EP2438351B1 (de) Durchlaufverdampfer
DE102010008175B4 (de) Wärmeübertrager
WO2018154063A1 (de) Wärmeübertrager und reaktor
DE102009024587A1 (de) Durchlaufverdampfer
DE10348141B3 (de) Innerer Wärmeübertrager für Hochdruckkältemittel mit Akkumulator
WO2014127964A1 (de) Wärmeübertrager
DE3827828C2 (de) Wärmeaustauscher
DE2237430A1 (de) Waermetauscher und verfahren zu seiner herstellung
DE102012216146A1 (de) Wärmeübertragungseinrichtung, Wärmeübertrager sowie Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid
DE102012108944A1 (de) Dampferzeuger
DE102010038883B4 (de) Zwangdurchlaufdampferzeuger
EP2577160B1 (de) Verfahren zum herstellen von dampferzeugerrohren
DE102010032324A1 (de) Wärmetauscher, Anordnung von Wärmetauschern sowie Gasturbinentriebwerk mit Wärmetauscher oder Anordnung solcher
DE102006001351A1 (de) Spiralwärmetauscher
DE102010042504A1 (de) Wärmetauscher
DE3406811A1 (de) Dampferzeuger mit geraden rohren in baukastensystem
AT204569B (de) Leichtkessel für Atomenergieanlagen
WO2016116509A1 (de) Abhitzedampferzeuger
DE202011000348U1 (de) Wärmetauscher, insbesondere für Schwimmbäder
DE534121C (de) UEberhitzer, insbesondere Zwischenueberhitzer, mit Heizrohrschlangen
WO2023099444A1 (de) Wärmetauscher und wärmepumpe mit zumindest einem solchen wärmetauscher
AT517854B1 (de) Wärmeübertrager
DE102010040281A1 (de) Wärmetauscher
DE102011054984A1 (de) Stütze für ein Rohrbündel und damit versehener Wärmeübertrager

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER, DE

R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee