DE1119883B

DE1119883B - Stehender dampfbeheizter Waermetauscher mit schraubenfoermig eng gewundenen Heizrohren

Info

Publication number: DE1119883B
Application number: DEB37498A
Authority: DE
Original assignee: Helmut Baelz Gesellschaft fur Patentverwertung Mbh; Helmut Baelz GmbH; Helmut Baelz Gesellschaft fuer Patentverwertung mbH
Current assignee: Helmut Baelz Gesellschaft fur Patentverwertung Mbh; Helmut Baelz GmbH; Helmut Baelz Gesellschaft fuer Patentverwertung mbH
Priority date: 1955-08-12
Filing date: 1955-10-12
Publication date: 1961-12-21

Description

Stehender dampfbeheizter Wärmetauscher mit schraubenförmig eng gewundenen Heizrohren Bei dampfbeheizten Wärmetauschern für Wärmeverbrauchsanlagen besteht, insbesondere bei diskontinuierlichem Betrieb, also bei starkem Lastwechsel, und insbesondere dann, wenn der Dampfdruck über dem Wasserdruck zu liegen kommt oder wenn das Wasser der Wärmeanlage ohne zusätzliche Pumpenleistung umgewälzt wird, die Möglichkeit einer Dampfbildung der beheizten Seite des Wärmetauschers, die durch örtliche Überwärme hervorgerufen wird und zu den bekanntlich äußerst unangenehmen und nachteiligen Geräuschen bzw. Dampf- und Wasserschlägen führt.
Infolge der durch die Dampfbildung hervorgerufenen Dampf- und Wasserschläge konnte unter anderem vor allen ein geschlossener Dampf-Kondensat-Kreislauf, also die Anstauung von Kondensat im Heizsystem, nahezu in keinem Fall verwirklicht werden. Eine wirtschaftliche Wärmeausnutzung in dem Wärmetauscher war demzufolge und auch noch durch die bisher ungünstige Konstruktion des Heizrohrsystems nicht möglich.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde nun im Hauptpatent ein stehender dampfbeheizter Wärmetauscher vorgeschlagen, bei dem das aus schraubenförmigen, eng gewundenen Heizrohren bestehende Heizsystem derart ausgebildet ist, daß die wärmetauschende Oberfläche des Heizrohrsystems in Richtung vom Dampfeintritt zum Kondensataustritt wenigstens im oberen Teil des Heizsystems zunimmt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausbildung und Verbesserung eines stehenden dampfbeheizten Wärmetauschers nach dem Hauptpatent. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Steigung der Windungen der Heizrohre des Heizsystems von unten noch oben zunimmt. Die Ausbildung der Heizrohre kann hierbei derart getroffen werden, daß diese zweckmäßig nach einem kurzen geraden, mit dem Kondensatsammelraum verbundenen Teil eng gewundene Windungen und daraufhin weiter gewundene Windungen aufweisen. Hierbei können ferner die Längen der Windungen der Heizrohre an ihrem oberen Ende von der Mitte des Wärmetauschers nach dem Umfang zu derart abnehmen, daß die oberen Enden der Windungen einen Kegel bilden.
Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die unteren Enden der Heizrohre mit in dem Kondensatsammelraum liegenden und Kugeln enthaltenden kleinen Käfigen verbunden sind, in dem Kondensatsammelraum eine Kaltwasser führende, von der Kondensatwärme erwärmte und schraubenförmig gebogene Rohrschlange angeordnet ist und an mehreren Stellen der Aufheizstrecke des Wärmetauschers Temperaturmeßgeräte vorgesehen sind, durch die die Aufheizung des Wärmetauschers überwacht werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt und Abb. 2 einen Querschnitt eines dampfbeheizten Wärmetauschers; in den Abb. 3 und 4 sind weitere Einzelheiten des Wärmetauschers dargestellt.
Bei dem stehenden Wärmetauscher 1 nach Abb. 1 besteht das Heizsystem aus einer Anzahl von Heizrohren 2, die einen unteren geraden Teil 3, enge Windungen 4 und weite Windungen 5 sowie einen oberen geraden Teil 6 aufweisen. Die unteren Enden 3 der Heizrohre 2 sind mit am Rohrboden 7 angeordneten und in dem Kondensatsammelraum 8 liegenden kleinen Käfigen 9 verbunden, die Kugeln 10 enthalten. Die oberen Enden 6 der Heizrohre 2 führen zu einem seitlich am Wärmetauscher 1 angeordneten Dampfzuführungsraum 11, in dem zweckmäßig ein nicht dargestellter Schmutzfänger angeordnet ist.
Die Enden der Windungen 5 der Heizrohre 2 nehmen nun oben von der Mitte des Wärmetauschers nach dem äußeren Umfang zu oder, umgekehrt, derart ab, daß die oberen Enden der Windungen 5 einen Kegel bilden. Je nach der jeweiligen Betriebsaufgabe wird hierbei der Winkel des Kegels entsprechend gewählt. Der untere gerade Teil 3 der Heizrohre 2 ist insbesondere deshalb vorgesehen, um dem Zufluß des zu erwärmenden Wassers den geringstmöglichen Wider stand zu bieten. -Die darauffolgenden -Windungen 4 sind dagegen sehr eng gewickelt, um den Unterschied des Wärmeübergangswertes von Kondensat auf Wasser gegenüber dem von Dampf auf Wasser auszugleichen. Wenn z. B. der- x-Wert .von Kondensat zu Wasser 3000 gegenüber dem a -Wert von 7000 bei Dampf auf Wasser beträgt, dann ist es notwendig, dort eine große Heizfläche zu wählen, wo praktisch nur Kondensat heizen kann, und dort, wo mit Dampf die Wärme schnell übertragen wird, eine kleinere Heizfläche vorzusehen.
Zufolge des aus der Abb. 1 ersichtlichen Heizrohrsystems besitzen die Heizrohre 2 bei der nach oben immer kleiner werdenden Heizfläche auch verschiedene Widerstandswerte. Ferner besitzen durch die Kegelform der Enden der Windungen auch die Heizrohre 2 untereinander wiederum verschiedene Widerstandswerte. Es muß nun hierbei vermieden werden, daß beispielsweise über die äußeren, gegenüber den inneren Heizrohren 2 einen kleinen Widerstandswert aufweisenden Heizröhre 2 bei maximaler Belastung des Wärmetauschers Dampf in den Kondensatsammelraum gelangt, was sonst Schläge verursachen würde. Aus diesem Grunde werden daher in dem Kondensatsammelraum 8 Stahlkugeln vorgesehen, die durch ihre Wärmeaufnahme- das Auftreten von Dampf in dem Kondensatsammelraum 8 vermeiden. An Stelle der Kugeln in dem Kondensatsammelraum 8 können selbstverständlich auch, wie bereits erwähnt, Kugeln 10 enthaltende kleine Käfige 9 mit den Rohrenden 3 verbunden werden. Es kann auch am Austritt der Heizrohre in den Kondensatsammenlraum 8 ein System von Düsen 9a zur Verhütung des Dampfdurchganges und Begrenzung der durchtretenden Kondensatmenge angeordnet werden.
In dem Kondensatsammelraum 8 des Wärmetauschers 1 nach Abb. 1 ist ferner in bekannter Weise noch ein Schwimmer 12 vorgesehen, der den Auslaß 13 des Kondensatablaufstutzens 14 überwacht. Solange sich in dem Kondensatsammelraum 8 Wasser, also Kondensat, in einer bestimmten Höhe befindet, ist der Kondensatauslauf 13 freigegeben. Für den Fall aber, daß aus irgendeinem Grunde einmal doch Dampf in den Kondensatsammelraum 8 gelangen sollte, wird infolge des Dampfes der Schwimmer 12 den Auslauf 13 abschließen, so daß kein Dampf in die Kondensatablaufleitung gelangen kann. Der Schwimmer 12 kann ferner über ein Gestänge 15 von außen bedient, beispielsweise von seinem Sitz abgehoben werden, um den Wärmetauscher 1 einmal durchzublasen.
Der Wärmetauscher nach Abb. 1 weist ferner an verschiedenen Stellen der Aufheizstrecke Muffenanschlüsse 16 auf, an die beispielsweise die Aufzeichnungskennlinie bestimmende einfache Temperaturmeßgeräte angeschlossen werden können. Durch eine derartige Kontrolle der Heizstrecke wird vermieden, daß bei plötzlichem Wärmebedarf bis zur völligen Überflutung der Heizfläche eine kurzzeitige Überhitzung am Austritt des Warmwassers eintreten kann. Dies trifft vor allem bei großen Wärmetauschern zu. Durch diese Meßanordnung_ kann also bereits beispielsweise durch den Meßort in der Mitte der Heizstrecke abgeschaltet werden, bevor eine Überhitzung am Warmwasseraustritt auftritt, also bevor der eigentliche Regelthermostat im Vorlauf anspricht. In Abb. 3 ist der untere Teil eines Wärmetauschers dargestellt, bei dem in den Kondensatsammelraum 8 eine zu beheizende, schraubenförmig gebogene Rohrschlange 17 angeordnet ist, durch die Wasser geführt wird,',-das von der. Kondensatwärme angewärmt wird. Da die Rohrschlange 17 infolge des nur begrenzt zur Verfügung stehenden Raumes im Kondensatsammelraum 8 sehr eng gewickelt ist, wird deshalb in diesem Raum 8 ein mit der Zuführungsleitung 18 verbundenes Schutzsieb 19 angeordnet, wodurch das zugeführte Wasser nur über dieses Sieb 19 in die Rohrschlange 17 gelangen kann und somit Schweißperlen, Zunder usw. ferngehalten werden. Auf diese Weise wird eine Verschmutzung der engen Rohrschlange 17 vermieden.
Das durch die Rohrschlange 17 erwärmte Wasser kann beispielsweise einem Speicher zugeführt werden. Dient z. B. der Wärmetauscher zum Erwärmen des Wassers einer Warmwasserheizungsanlage und beträgt die Außentemperatur -20° C, so wird in der Regel eine Temperatur von 90° C für das Heizwasser gefordert, wobei die Kondensattemperatur etwa 70° C beträgt. Mittels der Rohrschlange 17 kann man nun diese 70° C Temperatur noch bis auf 20 bis 30° C auskühlen. Das ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil in diesem Falle der Wärmetauscher 1 mit dem nachgeschalteten Kondensatkühler in einem System untergebracht ist.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß im allgemeinen bei den bisher bekannten Wärmetauschern, also bei solchen mit geraden Rohren, eine Grenzschichtbildung auftritt. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit schraubenförmig gewundenen Rohren wird jedoch dieser Nachteil verhindert, da das Wasser in Turbulenz gelangt und damit der thermische Auftrieb eine größere Wirkung besitzt.
Weiterhin wird auch durch die schraubenförmig gewundenen Rohre dampfseitig keine merkbare hinsichtlich der Wärmeübertragung nachteilige Filmkondensation auftreten, sondern sich viehmehr eine Tropfenkondensation einstellen, wodurch die Wärmeübertragung günstiger wird. Die Abb. 4 zeigt ferner ein Heizrohr, das beispielsweise in Abständen von 50 bis 100 mm an sich bekannte Rillen 20 aufweist, die die Aufgabe haben, die Filmkondensation auf der Dampfseite zu vermeiden. Derartige mit Rillen 20 versehene und schraubenförmig gewundene Heizrohre 2 können auch bei liegenden Wärmetauschern Anwendung finden, wobei die Rillen 20 auch entsprechend der Aufzeichnungskennlinie in einem immer größeren Abstand voneinander gehalten sind und schließlich ganz wegfallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Stehender dampfbeheizter Wärmetauscher, bei dem die wärmetauschende Oberfläche des aus schraubenförmig eng gewundenen Heizrohren bestehenden Heizrohrsystems in Richtung vom Dampfeintritt zum Kondensataustritt zunimmt, nach Patent 1071729, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Windungen (4, 5) der Heizrohre (2) des Heizsystems von unten nach oben zunimmt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre nach einem kurzen geraden, mit dem Kondensatraum verbundenen Teil. (3) eng gewundene Windungen (4) und daraufhin weiter gewundene Windungen (5) aufweisen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Windungen der Heizrohre von der Mitte des Wärmetauschers nach dem äußeren Umfange zu- oder, umgekehrt, derart abnehmen, daß die oberen Enden der Windungen einen Kegel bilden.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der Heizrohre (2) mit in dem Kondensatsammelraum (8) liegenden und Kugeln (10) enthaltenden kleinen Käfigen (9) oder Düsen (9 a) verbunden sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem den Kondensatablauf steuernden Schwimmer (12) über ein Gestänge (15) von außen manuell beeinflußt wird.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in. dem Kondensatsammelraum (8) eine Kaltwasser führende und von der Kondensatwärme erwärmte, schlagenförmig abgebogene Rohrschlage (17) angeordnet ist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des zu erwärmenden Wassers zur Rohrschlange (17) über ein Schmutzsieb (19) erfolgt. B. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an mehreren Stellen der Aufheizstrecke des Wärmetauschers Temperaturmeßgeräte vorgesehen sind. . In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1698 709; britische Patentschrift Nr. 578 804.