DE1034803B - Metallrekuperator fuer gasfoermige Medien - Google Patents

Description

• Metallrekuperator für gasförmige Medien Die Erfindung bezieht sich auf Metallrekuperatoren für gasförmige Medien mit bündelweise zusammengefaßten Rohren, die innen von dem einen Medium durchflossen sowie außen von dem anderen Medium im Querstrom dazu umspült werden. Bei solchen Metallrekuperatoren sind die Enden der einzelnen Rohre in der Regel durch Einwalzen und/oder Anschweißen gasdicht und starr in parallel einander gegenüberliegende Halteplatten eingesetzt. Die bekannten Metallrekuperatoren dieser Art arbeiten nur dann zufriedenstellend, wenn in ihrem Wärmeaustauschraum verhältnismäßig niedrige Temperaturen herrschen. Schon bei mittleren Temperaturen bis zu etwa 500° C wirkt sich die Wärmedehnung der metallischen Rohre in unkontrollierbaren Spannungen innerhalb der Rohre selbst und vor allem über deren starre Befestigung in den Halteplatten aus. Die Folge davon sind Rohrbrüche, Risse in den Halteplatten und` andere Schäden.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man versucht, die Rohrenden an den Halteplatten nachgiebig zu befestigen, z. B. unter Verwendung von Stopfbuchsen, Kompensatoren und ähnlichen Mitteln. Abgesehen davon, daß sich der Bau des Rekuperators dadurch wesentlich kostspieliger gestaltet, versagen die erwähnten Mittel bei höheren und hohen Betriebstemperaturen des Rekuperators praktisch vollkommen. Bei solchen, wesentlich über 500° C liegenden Temperaturen muß man mindestens für dfie metallischen Rohre legierte Stähle oder andere hitzebeständige Metallegierungen verwenden. Die Wärmeleitfähigkeit derartiger Werkstoffe ist aber in der Regel zu gering, um das Auftreten von Wärmespannungen in den Rohren verhindern zu können. Insbesondere bei stark schwankenden Betriebstemperaturen können diese Wärmespannungen solche Werte annehmen, daß sich die Rohre krummziehen und ihre Befestigungen an den Halteplatten sich lockern. Außerdem ist bei hohen Betriebstemperaturen eine zunehmende Versprödung des Materials der Rohre und ihrer Befestigungsmittel an den Halteplatten unvermeidbar.
• Die Erfindung bringt eine Lösung der seit langem angestrebten Aufgabe, einen Meta.llrekuperator für gasförmige Medien zu schaffen, der bei Vermeidung aller Nachteile der bekannten Ausführungsformen bei einfachster Bauart hohen und gegebenenfalls stark schwankenden Betriebstemperaturen unterworfen werden kann. Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Kombination der nachstehend angeführten, an sich bekannten Merkmale. Bei dem erfindungsgemäßen Metallrekuperator sind sämtliche Rohre jedes Rohrbündels in der gleichen Weise gekrümmt. Die Krümmung jedes Einzelrohres liegt nur in der Strömungsebene des das Rohr außen umspülenden Mediums. Jedes Rohrende steht lotrecht auf der zugehörigen Halteplatte, die vorzugsweise aus einer Mehrzahl von gasdicht und elastisch nachgiebig miteinander verbundenen Feldern besteht.
• Bei Erwärmung kann sich jedes Rohr unter geringfügiger Änderung seines Krümmungsradius ausdehnen, wobei übermäßige Spannungen innerhalb der Rohrwandung vermieden werden. Auch den Einfluß des Temperaturgefälles innerhalb der Wandung kann das gekrümmte Rohr durch geringfügige Formänderung ohne nennenswerte Spannungen aufnehmen. Die Formänderungen erfolgen zwangläufig in der Strömungsebene des die Rohre umspülenden Mediums. Eine Veränderung der zwischen den Rohren frei bleibenden Räume erfolgt dabei nicht. Hierin liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung, weil dadurch ein gleichmäßiger Wärmeübergang von dem wärmegebenden auf das wärmeaufnehmende Medium innerhalb des gesamten Rohrbündels gewährleistet ist. Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, unter Ersparnis kostspieliger nachgiebiger Befestigungsmittel die Rohrenden an den von ihnen durchsetzten Halteplatten starr anzuordnen. Diese bisher nur bei Wärmeaustauschern mit geringen Betriebstemperaturen vorhandene Möglichkeit verbilligt die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers im Vergleich zu den Wärmeaustauschern mit nachgiebigen Befestigungsmitteln sehr beträchtlich.
• Bei Unterteilung der Halteplatten in eine Mehrzahl von gasdicht und elastisch nachgiebig miteinander verbundenen Feldern sind die von den Rohren übertragenen Spannungen in jedem Einzelfeld wesentlich geringer als in einer einheitlichen Halteplatte für ein ganzes Rohrbündel. Denn die vergleichsweise geringe Anzahl von Rohren, die durch ein einzelnes Feld gehalten wird, enthält nur Rohre verhältnismäßig gleicher Wandtemperaturen, während bei einem ganzen Rohrbündel bei Wärmeaufnahme von dem umspulenden Medium aus die zuerst von dem Medium umspülten Rohre beträchtlich höhere Wandtemperaturen aufweisen als die zuletzt umspülten Rohre. wodurch bei einheitlichen Halteplatten in diesen Platten beträchtliche Wärmespannungen hervorgerufen werden.
• In der Zeichnung sind in vereinfachter Darstellungsweise die in Betracht kommenden Teile eines erfirxlungsgernäßen . Metallrekuperatörs beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt eines Metallrekuperators für gasförmige \ledien, Fig.2 die Halteplatten der verschiedenen Rohrbündel in Stirnansicht, und in vergrößertem Maßstabe Fig. 3 ein einzelnes Rohr in Seitenansicht mit den im Schnitt gehaltenen Halteplatten seiner Enden. Der mit 1 bezeichnete Wärmeaustauschraum des Metallrekuperators ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch Halteplatten 2 und mit diesen gasdicht verbundene Zwischenplatten 3 begrenzt. Den gasdichten Abschluß des Wärmeaustauschraumes 1 auf den beiden Zwischenseiten bilden (nicht gezeichnete) einfache Platten, die mit den Platten 2 und 3 in gasdichter Verbindung stehen und gegebenenfalls bei größerer Länge des Wärmeaustauschraumes 1 auch unterteilt sein können. Jede Halteplatte 2 ist in eine Mehrzahl von Felder 4 (Fig. 2) unterteilt, zwischen deren nach außen umgebördelten Stoßkanten 5 sich Dichtungsstreifen aus geeignetem, nachgiebig elastischem Werkstoff befinden. In jedes Feld 4 sind die Enden 6 von gekrümmten Rohren 7 eingewalzt. Die Krümmung der Rohre liegt entgegen der Strömungsrichtung (Pfeile A der Fig. 1) eines die Rohre umspülenden gasförmigen Mediums.
• Die in Richtung der Pfeile A hintereinanderliegenden Bündel 8 der Rohre 7 stehen über Krümmer 9 miteinander in Verbindung. Die Strömungsrichtung des die Rohre durchfließenden gasförmigen Mediums ist durch Pfeile B angedeutet. Jeder Krümmer 9 enthält ein elastisch nachgiebiges Zwischenstück 10.
• Wie die Zeichnung erkennen läßt, sind sämtliche Rohre 7 jedes Rohrbündels 8 in der gleichen Weise gekrümmt. Dadurch unterscheidet sich der erfindungsgemäße Metallrekuperator vorteilhaft von bekannten Metallrekuperatoren, bei denen die einzelnen Rohre eines Rohrbündels unterschiedliche Krümmungen aufweisen. Während bei den bekannten Nletallrekuperatören jedes einzelne Rohr seine besondere dem Konstruktionsplan entsprechende Krümmung erhalten muß, kann man bei den erfindungsgemäßen Metallrekuperatoren sämtliche Rohre j,-des Rohrbündels oder auch mehrerer Rohrbündel in Serie fertigen, wodurch sich die Herstellungskosten des Rekuperators wesentlich verringern.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Metallrekuperator für gasförmige Medien mit bündelweise zusammengefaßten Rohren, die innen von dem einen Medium durchflossen sowie außen von dem anderen :Medium im Querstrom dazu umspült werden und mit ihren Enden in parallel einander gegenüberliegende Halteplatten gasdicht und starr eingesetzt sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale: a) Sämtliche Rohre (7) jedes Rohrbündels (8) haben eine gleichmäßige Krümmung; b) die Krümmung jedes Einzelrohres (7) liegt nur in der Strömungsebene des das Rohr außen umspülenden Mediums; c) jedes Rohrende steht lotrecht auf der zugehörigen Halteplatte (2) ; d) jede Halteplatte (2) besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von gasdicht und elastischnachgiebig miteinander verbundenen Feldern (4).
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung jedes Einzelrohres (7) der Strömung des das Rohr umspülenden Mediums entgegengesetzt gerichtet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 897 247, 570 559, 388 860; schweizerische Patentschrift N r. 223 395; britische Patentschrift Nr. 559 309.