-
Vertikalerhitzer für Gase mit zylindrischer Brennkammer und in einer
einzigen Kreisreihe angeordneten Rohren Die Erfindung betrifft einen Vertikalerhitzer
für Gase, der im wesentlichen für die Erwärmung großer Luftmengen oder anderer gasförmiger
Stoffe vorgesehen ist und dem ein möglichst geringer Druckabfall eigen sein soll.
Derartige Lufterhitzer benutzt man beispielsweise zur Erwärmung der Luftmengen in
Windkanälen, in denen bekanntlich Flugzeuge einer eingehenden Prüfung unterzogen
werden.
-
Es sind nun schon Vertikalerhitzer bekanntgeworden, die eine große
zylindrische Kammer besitzen und in der Mitte ihres oberen und unteren Kammerteiles
je einen Einlaßverteiler und einen Auslaßsammler aufweisen. Auch besitzen solche
Erhitzer eine Anzahl kreisförmig zueinander angeordneter Brenner, um ein brennbares
Gemisch in einer im wesentlichen axialen Richtung in die Kammer einführen zu können.
Bei derartigen Erhitzern ist darüber hinaus aber auch noch eine Mehrzahl sogenannter
Wärmeaustauschrohre vorgesehen, die in einem bestimmten Abstand von der Kammerinnenwand
angeordnet sind, dementsprechend einen zu dieser parallelen Ring bilden und deren
abgebogene Rohrenden in den Einlaßverteiler und den Auslaßsammler einmünden.
-
Wie die Erfahrungen mit derartigen Vertikalerhitzern gezeigt haben,
besteht dabei infolge nicht vermeidbarer L7berhitzung leicht die Gefahr einer Verbrennung
der das strömende Gas führenden Rohre. Bedingt ist ein solcher übelstand in der
Regel dadurch, daß entweder die an der Decke der Brennkammer angeordneten und in
den Einlaßverteiler mündenden abgebogenen Rohrenden mehrere Reihen bilden und somit
die Wärme der abziehenden Verbrennungsgase sich nicht gleichmäßig genug verteilen
kann oder aber das die Rohre durchsetzende und zu erhitzende Gas mengen- und geschwindigkeitsmäßig
Schwankungen unterworfen ist.
-
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die
abgebogenen Rohrenden an der Decke der Brennkammer im wesentlichen über den gesamten
Deckenquerschnitt verteilt werden und jeweils im Einlaßverteiler und im Auslaßsammler
eine koaxial angeordnete kegelförmige Prallwand vorgesehen ist, deren Basis im Einlaßverteiler
in der Nähe der Rohre verläuft, die nach der Strömungsrichtung des Gases durch den
Einlaßverteiler am weitesten entfernt liegen, wobei der Prallwandscheitel oberhalb
des Punktes liegt, an dem die nach der Strömungsrichtung nächstliegenden Rohre in
den Einlaßverteiler einmünden, während andererseits die Basis der Prallwand im Auslaßsammler
in der Nähe der Rohre verläuft, die nach der Strömungsrichtung des Gases durch den
Auslaßsammler die nächstliegenden sind, und wobei nun der Prallwandscheitel über
den Punkt hinausragt, an dem die der Strömungsrichtung nach entferntesten Rohre
in den Auslaßsammler einmünden.
-
Durch eine derartige Maßnahme läßt sich gemäß der Erfindung eine vollkommen
gleichmäßige Erwärmung der abgebogenen Rohrenden unter der Decke der Brennkammer
erreichen. Darüber hinaus bewirkt die im Einlaßverteiler vorgesehene Prallwand,
daß in jedes Rohr die gleiche Menge zu erhitzenden Gases zugeführt wird, während
durch die im Auslaßsammler angeordnete Prallwand in jedem Rohr gleicher Gegendruck
herrscht.
-
Die Erfindung wird nun an Hand zeichnerischer Ausführungsbeispiele
näherbeschrieben undwirkungsgemäß erläutert werden. In den Zeichnungen ist Fig.
1 ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Vertikallufterhitzer, Fig. 2 ein Teilschnitt
nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 ein Teilschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1, Fig.
4 ein Schnitt durch die kegelig gestaltete Prallwand und Fig. 5 eine Draufsicht
auf die in Fig. 1 dargestellte Verteiler- und Sammlerprallwand.
-
Die zylindrische Brennkammer 10 des erfindungsgemäßen Vertikallufterhitzers
weist eine das Gehäuse der Brennkammer bildende isolierte Wand 11 auf, die aus einem
6 mm starken Stahlblech besteht, auf
dessen Innenfläche eine Isolierschicht
und eine darauf befindliche Lage aus feuerfesten Ziegeln aufgebracht ist. Der Boden
des Vertikalgaserhitzers besteht vorzugsweise aus einer Metallscheibe mit einer
Betonabdeckung. Wenngleich Einzelheiten des aus einer Stahlscheibe und Isolierung
bestehenden Bodens 12 nicht besonders dargestellt sind, so sei doch darauf hingewiesen,
daß in diesem Boden Brennerauslaßdüsen 13 eingebaut sind. Eine Anzahl dieser Brenner
14 stehen in einem Kreis und befinden sich im ebenfalls ringförmig angeordneten
Kasten 15, dem durch ein von einem Motor getriebenes Gebläse 16 Luft zugeführt wird.
Die Verteilung der einzelnen Brenner wird aus Fig. 3 ersichtlich. Oben ist die Brennkammer
durch eine Decke 17 abgeschlossen, in deren Mitte sich ein nach oben erstreckender
Schacht 18 mit aufgesetzter Haube 19 befindet.
-
Das Erhitzergehäuse wird von mehreren lotrecht aufgestellten und um
den Erhitzer herum verteilten Doppel-T-Trägern 20 getragen (vgl. Fig. 3).
Außerdem sind noch leichtere Doppel-T-Träger 21 vorgesehen, die den Schacht 18 stützen.
Die unteren Enden schrägliegender Doppel-T-Träger 22, die zweckmäßigerweise in der
in Fig. 2 dargestellten Art verteilt sind, werden nicht nur mit dem oberen Ende
bestimmter Träger 20, sondern auch mit einigen der Träger 21 verschweißt. Die Träger
20 laufen nach unten in Füße 23 aus und gestatten damit einen leichten Zugang zu
den im Erhitzer befindlichen Brennern.
-
Eine aus einem verhältnismäßig großen Zylinder bestehender Einlaßverteiler
25 weist am Unterteil eine domartige Haube 26 auf und ist .an ein großes zylindrisches
Einlaßrohr 27 angeschweißt, das den Schacht 18 durchsetzt und von ihm getragen wird.
An dem einen Ende ist das Einlaßrohr domartig abgeschlossen (Stirnwand 28), während
es auf der gegenüberliegenden Seite einen Kegelabschnitt29 aufweist, der m einem
Verbindungsflansch 30 endet. An diesen wird die Zuführungsleitung für die zu erwärmende
Luft angeschlossen.
-
Der in der Mitte des Bodens der Brennkammer angeordnete Auslaßsammler
31 schließt nach oben mit einem Dom 32 ab und läuft nach unten in einen Kegel 33
mit einer Rohrverbindung 34 aus, durch die die heiße Luft oder das heiße Gas abgeführt
wird. Die einander entsprechenden Zylinderabschnitte des Einlaßverteilers und Auslaßsammlers
haben vorzugsweise gleiche Größe und sind koaxial zueinander in der Mitte der Brennkammer
angeordnet.
-
In der Nähe der isolierten Brennkammerwand 11 sind nun in einer einzigen
Kreisreihe lotrechte Rohre 40 (Fig. 1 und 3) für die zu erhitzende Luft angeordnet.
Ihre Anzahl und gegenseitig dichte Aufstellung bedingt sowohl im oberen als auch
im unteren Teil der Brennkammer eine gestaffelte Abbiegung der Rohre. Es ist dabei
darauf zu achten, daß sich die an der Decke der Brennkammer befindlichen und den
gesamten Querschnitt ausfüllenden übereinander liegenden Rohrenden 41 nicht gegenseitig
stören (vgl. Fig. 1). Die Enden der Rohre sind durch Schweißen oder auf andere Weise
in den Einlaßverteiler 25 dicht eingearbeitet.
-
Die im unteren Teil der Brennkammer ebenfalls gestaffelten Rohrenden
42 (Fig. 1) sind auch so abgebogen, daß sie die Brenner nicht stören, wie dies aus
Fig.3 ersichtlich wird. Die radial gerichteten Rohrenden 43 dieser -Gruppe münden
dicht in die Auslaßsammler 31 ein und lassen dabei noch offene Räume für die Brennerflammen
frei. Die aus den Brennern austretenden Flammen und die heißen Gase strömen inLängsrichtung
durch die große zylindrische Brennkammer, ohne dabei die Rohre zu berühren, die
somit über ihre gesamte Länge in der Hauptsache lediglich durch Strahlung .aus der
Ofenflamme erwärmt werden. Nach Abgabe einer wesentlichen Wärmemenge tritt an der
Stelle, wo die Rohre gestaffelt abgebogen sind und in den Einlaßverteiler einmünden,
eine Umspülung der Rohre ein. Die in die Rohre eintretende Luft weist an dieser
Stelle ihre verhältnismäßig niedrigste Temperatur auf. Auf diese Weise wird somit
die Hauptmenge der Wärme aus den heißen Gasen herausgezogen, ehe diese in den Schacht
18 gelangen.
-
Wird bei einem derartigen Vertikalgaserhitzer die zu erwärmende kalte
Luft über das Einlaßrohr 27 in den Einlaßverteiler 25 gedrückt, so stellt sich erfahrungsgemäß
eine ungleichförmige Verteilung der Luft über den einzelnen Rohrenden 41 ein, die
eine nicht ausgeglichene Geschwindigkeit der durch die Rohre strömenden Luft zur
Folge hat. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird eine kegelförmige Prallwand 50
in den Einlaßverteiler eingebaut. Der Einbau geschieht dabei nun derart, daß die
Prallwand 50 praktisch den Einlaßverteiler unmittelbar unter den untersten einmündenden
Rohrenden abschließt, während sich die Kegelspitze etwas oberhalb der obersten einmündenden
Rohrenden befindet. In ähnlicher Weise wird gleichzeitig eine kegelförmige Prallwand
60 in den Auslaßsammler 32 eingelagert, deren Kegelbasis den Auslaßsammler unmittelbar
oberhalb der obersten einmündenden Rohrenden 42 abschließt, während sich die Kegelspitze
dieser Prallwand bis etwas unter die untersten einmündenden Rohrenden erstreckt.
Die Prallwände bestehen dabei vorzugsweise aus sich einander ähnlichen Segmenten
(vgl. hierzu die Fig. 4 und 5). Die aus einem Stück bestehende Kegelspitze 51 sitzt
auf einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 52, dessenSektoren53 anRippen54 zusammengeschraubt
bzw. zusammengenietet sind. Der kegelstumpfförmige Abschnitt besitzt eine Querstrebe
55, aus der sich ein mittlerer, an seinem oberen Ende ein Gewinde tragender Schraubenbolzen
56 nach oben erstreckt und mit einer Mutter 57 versehen ist, die der Befestigung
der Kegelspitze 51 dient, wie sich eindeutig aus Fig. 4 ersehen läßt.
-
Die kegelförmigen Prallwände sind vorzugsweise gelocht (Fig. 4 und
5) und können dadurch plötzlich auftretenden Überdrücken wirksam widerstehen. Im
besonderen aber dienen sie dem Druckausgleich innerhalb und außerhalb des Kegels,
ohne daß dabei die Wirkung als Prallfläche im geringsten eine Einbuße erfährt.
-
Dem erfindungsgemäßen Vertikalerhitzer kommt die Aufgabe zu, große
Luftmengen bei einem kleinsten Druckabfall von einem zum anderen Ende der Brennkammer
zu erwärmen. Deshalb weisen auch die Rohrbiegungen einen verhältnismäßig großen
Radius (Fig.1) auf und die kegeligen Prallwände sind in den Rohrkammern so aufgestellt,
daß Wirbel sich nicht ausbilden können und die durch die verschiedenen Rohre strömenden
Luftmengen ausgeglichen sind.