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Dampfbeheizter Wärmetauscher, dessen Heizrohre zwischen einer Dampfkammer
und einer Kondensatkammer angeordnet sind Dampfbeheizte Wärmetauscher liegender
oder stehender Bauweise, deren Heizrohre zwischen einer Dampfkammer und einer Kondensatkammer
angeordnet sind, weisen bekanntlich ein von Dampf durchströmtes und beispielsweise
die Flüssigkeit einer Wärmeverbrauchsanlage erwärmendes Heizrohrsystem auf. Bei
derartigen dampfbeheizten Wärmetauschern besteht, insbesondere bei diskontinuierlichem
Betrieb, also bei starkem Lastwechsel und auch dann, wenn der Dampfdruck über dem
Wasserdruck zu liegen kommt oder `nenn das Wasser der Wärmeanlage ohne zusätzliche
Pumpenleistung umgewälzt wird, die Möglichkeit einer durch örtliche Überwärme hervorgerufenen,
äußerst unerwünschten Dampfbildung der beheizten Seite des Wärmetauschers, die nicht
nur zu den äußerst unangenehmen Dampf- und Wasserschlägen führt, sondern auch die
Temperaturregelung der Wärmeanlage kaum einwandfrei durchzuführen gestattet.
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Eine durch örtliche Überwärme hervorgerufene. Dampfbildung macht sich
insbesondere bei den Wärmetauschern nachteilig bemerkbar, die von einer Kondensatregelanordnung,
die lediglich nur ein den Kondensatabfluß überwachendes Kondensatregelventil steuert,
Gebrauch machen. Zufolge dieser nachteiligen örtlichen Dampfbildung in den Wärmetauschern
konnte daher auch ein geschlossener Dampfkondensatkreislauf, also die Anstauung
von Kondensat im Heizsystem, nahezu in keinem Fall verwirklicht werden. Eine wirtschaftliche
Wärmeausnutzung der dem Wärmetauscher zugeführten Dampfmenge war demzufolge bisher
nicht möglich.
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Diese Dampfbildung bei einem Dampfstoß zur Rufheizung des Wärmetauschers
kann in weitgehender Weise gemäß der Erfindung dadurch beseitigt werden, daß in
der Dampf- und Kondensatkammer strömungshindernde Mittel und an der Warmwasserausgangsseite
die Heizrohrenden umbebende Wärmeleitmittel vorgesehen sind.
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Als strömungshindernde Mittel können die Dampfkammern ausfüllende
Metallkugeln dienen. Es ist ferner auch denkbar, vor den Heizrohrenden Stauscheiben
anzuordnen oder in die Heizrohrenden mit Bohrungen versehene Stopfen einzusetzen.
Durch die Anordnung dieser strömungshindernden Mittel wird vor allem erreicht, daß
dem Dampf ein Widerstand entgegengesetzt wird, wodurch sich der Dampfstoß nicht
mit voller Wucht auswirken kann. Ferner wird erreicht, daß bei der Rufheizung mittels
des Dampfimptilses die strömungshindernden Mittel auch Wärme aufnehmen bzw. aufspeichern,
die dann wieder an die Umgebung, wie an den Rohrboden u. dgl., abgegeben wird, so
daß also die diesen und die benachbarten Rohrteile des Heizrohrsystems umgebende
Wassermenge nicht plötzlich so stark erhitzt werden kann, daß eine Dampfbildung
auftritt.
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Für die die Heizrohrenden umgebenden Wärmeleitmittel können an dem
Rohrboden entweder die Heizrohrenden konzentrisch umgebende Rohrstutzen oder zwischen
den Heizrohrenden angeordnete Bleche oder Stifte befestigt werden. Durch diese Wärmeleitmittel
wird erreicht, daß bei dem in das Heizrohrsystem des Wärmetauschers eintretenden
Dampfimpulsen die Dampfwärme von dem Rohrboden schneller abgeführt wird und auf
diese Weise Wärmestauungen oder ein Brodeln des Wassers, insbesondere bei niedriger
Wassertemperatur gegenüber der Dampftemperatur, vermieden werden.
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Durch die strömungshindernden Mittel und die Wärmeleitmittel kann
also an den gefährlichen Stellen des Wärmetauschers hinsichtlich Dampf- und Wasserschlägen
keine örtliche Überwärme mehr auftreten, da durch diese die Strömungs- und Wärmeverhältnisse
weitgehend ausgeglichen werden.
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Es ist bereits ein stehender dampfbeheizter Röhren-Wärmetauscher vorgeschlagen
worden, bei dem von oberen Rohrboden und einer wasserseitig schräg angeordneten
Führungsplatte ein Zwischenraum gebildet wird, der mit die Heizrohrenden umgebenden
Metallkugeln ausgefüllt ist,. so daß ein geräuschloses Kondensieren der Dampfblasen
erreicht wird. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Wirkung nicht genügend intensiv,
da nur eine erhöhte Wärmeleitung von dem vom Dampf erhitzten Rohrboden an das Wasser
erfolgt und die strömungshindernden Mittel in der Dampf- und Kondensatkammer fehlen.
Bei
einem bekannten dampfbeheizten Wärmetauscher wird zur Vermeidung von Geräuschen
der Dampf von unten dem Heizrohrsystem einer Düse zugeführt, die mit einem über
den Kondensatspiegel reichenden Rohr verbunden ist. Bei dieser Ausführung kann wohl
das Kondensat von der Dampfwärme nicht mehr so nachteilig beeinflußt werden. Diese
Düsenanordnung ist jedoch in ihrem Ausbau verhältnismäßig kompliziert. Auch ist
ihr Einbau in den Wärmetauscher mit Schwierigkeiten verbunden.
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Bei waagerecht angeordneten Wärmetauschern ist ferner gemäß der Erfindung
das Heizrohrbündel in an sich bekannter Weise geneigt angeordnet. Zweckmäßigerweise
ist hierbei die Dampfkammer über der Kondensatkammer angeordnet, wobei das mit den
Dampf- und iondensatkammer verbundene Heizrohrbündel Keilform besitzen kann. Das
Heizrohrbündel kann auch in zwei Rohrgruppen unterteilt sein, von denen die eine
mit der Kondensatkammer und einer darüberliegenden Zwischenkammer und die andere
über der ersten Rohrgruppe liegende Rohrgruppe mit der Dampfkammer und der gegenüberliegenden
Zwischenkammer verbunden und zwischen den beiden Rohrgruppen eine Leitwand angeordnet
ist.
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In der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 5 mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt.
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Die Abb. 1 zeigt einen= schrägliegenden Wärmetauscher, der den Vorteil
hat, daß wegen der schmalen und langen Bauweise die Regelung der Kondensatstauung
sicherer durchführbar ist. Das zur Waagerechten eine Neigung von etwa 15° einnehmende
Heizrohrbündel 1 ist hierbei einerseits mit einer Dampfkammer 2 und andererseits
mit einer Kondensatkammer 3 verbunden. Beide Kammern 2, 3 sind mit Stahlkugeln 4
oder Kugeln aus einem anderen Material ausgefüllt. Mit diesen Kugeln 4 wird nun
ein strömungshindernder Widerstand geschaffen und auch eine erhöhte Wärmeabfühfung
erreicht. Es können dann Schläge durch plötzliches Eintreten von Dampf in die Kondensatkammer
3 durch den Widerstand der Kugeln nicht mehr auftreffen. Die gleiche schlägeverhütende
Wirkung wird auch durch die Kugeln 4 in der Dampfkammer 2 erzielt, falls plötzlich
einmal Kondensat in die Dampfkammer 2 gelangen sollte.
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Auf der Warmwasserausgangsseite sind ferner, wie bereits schon vorgeschlagen,
die Rohrenden umgebende und in der Strömungsrichtung des heißen Wassers liegende
Wärmeleitmittel angeordnet. Diese Wärmeleitmittel sind an dem Rohrboden 5 befestigt
und können entweder als die Rohrenden 6 konzentrisch umgebende Rohrstutzen 7 (Abb.
2) oder als zwischen den Heizrohrenden angeordnete Bleche oder Stifte
7 a ausgebildet sein. Durch diese Wärmeleitmittel wird erreicht, daß der
Dampf vom Rohrboden 5, vielmehr die Dampfwärme vom Rohrboden 5 abgeführt und somit
ein Brodeln des Warmwassers vor allem bei niederen Temperaturen gegenüber der Dampftemperatur
vermieden wird. Durch die hierbei bewirkte Abkühlung des Rohrbodens 5 treten dann
keinerlei Geräusche mehr auf.
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Es ist ferner auch denkbar, an dem Rohrboden 5 der Dampfkammer 2 und
an dem Rohrboden 8 der Kondensatkammer 3 ein zusätzliches Blech mit Schlitzen anzuordnen.
Derartige geschlitzte Bleche verdecken dann sowohl den Dampfeintritt als auch den
Kondensataustritt, so daß praktisch die Geschwindigkeit in den Heizrohren im Moment
des Einströmens des Dampfes bzw. des Ausströmens des Kondensates nicht zu kritisch
und damit die Wärmeabgabe nicht so stark werden kann, daß ein Brodeln des zu erwärmenden
'Wassers um die Heizrohre herum erfolgen kann. Die Erfahrung hat nämlich gezeigt,
daß die Geräusche sehr stark sein können, wenn der Dampf mit größeren Geschwindigkeiten
in den Heizrohren strömt und daß das Heizwasser dann nicht so rasch, vor allem bei
Schwerkraft-Heizsystemen, abfließt, um geräuschlos erwärmt zu werden. Durch die
geschlitzte vor den Rohren liegenden Bleche wird demnach die Geschwindigkeit in
geräuschvermeidenden Grenzen gehalten. Es ist hierbei natürlich notwendig, daß die
Schlitze der Bleche oder bei Verwendung von Stauscheiben 17 vor den Heizrohren (Abb.
5) oder Pfropfen 18 (Abb. 5) in den Heizrohren so bemessen sein müssen, daß der
geringste Druckabfall immer noch gesichert ist. Wenn natürlich das Kondensat nicht
allzu weit zurückgedrängt wird, kann auch im Interesse einer langsameren Erwärmung
mit höherem Druckabfall gefahren werden.
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In die Kondensatkammer 3 des Wärmetauschers ist ferner noch ein Kondensatabflußrohr
9 eingeführt, das auf der dem Heizrohrbündel abgeneigten Seite Öffnungen 11 aufweist.
Bekanntlich besteht nämlich beim liegenden Wärmetauscher die Möglichkeit, daß das
Kondensat durch eines der Rohre schneller durchgeführt sein kann, wodurch es möglich
ist, daß Dampf in die Kondensatkammer 3 gelangen kann. Durch die Kugeln 4 wird wohl
schon eine geräuschdämpfende Wirkung erzielt, aber durch das besonders ausgebildete
Korndensatabflußrohr 9, bei dem ja das Kondensat nur an der der Rohrplatte 8 abgekehrten
Seite 10 abfließen kann, wird noch zusätzlich erreicht, daß ein schnelleres Abführen
des Kondensats aus dem einen oder anderen Heizrohr vermieden wird. Es ist hierbei
ferner noch denkbar, um das Kondensatabflußrohr 9 ein Sieb 12 zu legen, durch das
verhindert wird, daß Schmutz in das Kondensatventil gelangen kann. Diese Anordnung
kann hierbei auch so getroffen werden, daß das Abflußrohr 9 mit dem Sieb 12 aus
der Kondensatkammer 3 herausgezogen und gereinigt werden kann.
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Das Rohrbündel 1 des Wärmetauschers ist, wie bereits erwähnt und wie
aus der Abb.1 ersichtlich, nicht waagerecht, sondern schräg angeordnet. Durch diese
geneigte Anordnung der Heizrohre des Heizsystems wird vor allem ein Rohrgefälle
und zufolge der längeren Heizrohre eine größere Gesamtheizfläche und auch ein größerer
Temperaturunterschied zwischen Ein- und Ausgang des Heizrohrsystems als bei den
Heizsystemen mit waagerechten Rohren geschaffen, wodurch in Zusammenwirkung mit
den strömungshindernden und den Wärmeleit-Mitteln die Strömungsverhäitnisse sowie
die Wärmeleitungen noch günstiger und Wärmestauungen noch sicherer vermieden werden.
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Die Abb.2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Wärmetauschern
mit geneigten Heizrahrbü.ndeln. Hierbei ist bei den Wärmetauschern nach den Abb.
2 und 3 die Ausführung so getroffen, daß die Dampfkammer2 über der Kondensatkammer3
liegt. Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist das Gehäuse nahezu. zylindrisch ausgeführt,
und die Heizrohre sind haarnadelförmig gebogen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 besitzt sowohl das Rohrbündel
1 als auch das Gehäuse 13 Keilform. In Abb.4 ist ein sogenannter mehrgängiger Wärmetauscher
dargestellt, der eine Dampfkammer 2, eine Kondensatkammer 3 und eine Zwischenkammer
14 aufweist. Hierbei befindet sich die Zwischenkammer 14 oberhalb der Kondensatkammer
3. Diese leiden Kammern 3, 14 sind durch eine auf der einen Seite
haarnadelförinig
geführtes Heizrohrbündel 1 a miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen der
Zwischenkammer 14 und der gegenüberliegenden Dampfkammer 2 erfolgt durch ein geneigtes
Heizrohrbündel 1 b. Zwischen den beiden Heizrohrbündeln 1 a, 1 b ist
eine Leitwand 15 und zwischen den unteren und oberen Röhren der unteren Rohrgruppe
1 a eine Leitwand 16 vorgesehen, durch das das zu erwärmende Wasser an den Rohrbündeln
l a, 1 b entlanggeführt wird. Auch bei diesen Wärmetauschern sind
im Sinne der Anordnung nach Abb. 1 Kugeln, Kühlbleche, Staubleche u. dgl. vorgesehen.