DE1150695B - Waermetauscher mit mehreren parallelen, vom Heizmittel durchstroemten Mantelrohren, die wendelfoermige Rohrschlangen enthalten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere zur Erzeugung von Dampf.

Es sind Wärmetauscher bekannt, bei denen mehrere parallele, vom Heizmittel durchströmte Mantelrohre vorgesehen sind, von denen jedes wendelförmige Rohrschlangen enthält, deren Enden sich radial durch die Wände der Leitung hindurch erstrecken.

Ferner sind derartige Wärmetauscher bekannt, bei denen die Enden der Rohrschlangen außerhalb des Mantelrohres selbst in der gleichen Querebene liegen und sich über die Mantelfläche des Rohres hinaus erstrecken. Das eine Ende der wendeiförmigen Rohrschlange erstreckt sich dabei axial durch diese hindurch.

Zur Erleichterung der Montage von Wärmetauschern ist es ferner bekanntgeworden, die Mantelrohre selbst aus mehreren Rohrabschnitten zusammenzusetzen, in die die Rohrschlangenenden eingesetzt werden.

Mit der Erfindung soll die Montage solcher Wärmetauscher noch weiter vereinfacht werden, und zwar dadurch, daß jedes Ende eines Rohrabschnittes halbkreisförmige Ausschnitte aufweist, die mit gleichen Ausschnitten im anschließenden Abschnitt übereinstimmen. Die Rohrschlangenenden werden zunächst in den halbkreisförmigen Ausschnitt des einen, bereits montierten Abschnittes eingesetzt und dort dicht befestigt, im allgemeinen angeschweißt, und anschließend wird der nächste Abschnitt derart aufgesetzt, daß die Rohrschlangenenden in die entsprechenden halbkreisförmigen Ausschnitte dieses Abschnittes eingreifen. Diese Montageweise kann ohne weiteres an Ort und Stelle durchgeführt werden. Es ist nicht mehr erforderlich, daß der Wärmetauscher in der Fabrik vorgefertigt wird, so daß sich der Transport wesentlich vereinfacht, weil die Einzelteile wesentlich weniger Raum in Anspruch nehmen als der fertig montierte Wärmetauscher.

Es ist bereits ein Wärmetauscher bekanntgeworden, bei dem eine Reihe von Rohrschlangen hintereinander in dem gleichen Mantelrohr angeordnet war, so daß die einzelnen Rohrschlangen als Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer arbeiteten. Bei einer solchen Anordnung hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die beiden Enden je einer wendeiförmigen Rohrschlange in der gleichen Querebene des Mantelrohres angeordnet sind. Das eine Ende der Rohrschlange erstreckt sich dabei in der bereits obenerwähnten Weise axial durch diese hindurch.

An Bauhöhe kann gespart werden, wenn von in einem Mantelrohr axial hintereinanderliegenden Wärmetauscher mit mehreren parallelen,
vom Heizmittel durchströmten Mantelrohren, die wendeiförmige Rohrschlangen enthalten

Anmelder:

Clarke, Chapman & Co. Limited,
Gateshead, Durham (Großbritannien)

Vertreter:
Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München, Widenmayerstr. 49, und Dipl.-Ing. R. Müller-Börner, Berlin 33,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 17. März 1958 und 10. März 1959

(Nr. 8560)

James Brewis Woodeson, Gateshead (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

₂

wendelfönnigen Rohrschlangen die Enden jeweils zweier benachbarter Rohrwendel in der gleichen Querebene durch das Mantelrohr hindurch nach außen geführt sind.

Bei Wärmetauschern ohne Mantelrohre und Rohrschlangen ist es bereits bekanntgeworden, im Innenraum des Rohres in axialer Richtung verlaufende Leitkörper anzuordnen, und zwar in Form von um die Längsachse gedrillten Blechstreifen. Um den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zu erhöhen, empfiehlt es sich, einen solchen Leitkörper im Innenraum der Rohrwendel vorzusehen. Es wurde bereits erwähnt, daß es bekannt ist, mehrere Rohrwendeln als Überhitzer, Verdampfer und Vorwärmer zu schalten und hintereinanderliegend im Mantelrohr anzuordnen. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird empfohlen, die entsprechenden Rohrwendeln von mehreren parallel geschalteten Mantelrohren zusammenzuführen oder miteinander zu verbinden, z. B. durch Sammelzuführ- und -abführleitungen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung an Hand der beispielsweise, jedoch nicht beschränkend einige Ausführungsformen der Erfindung schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

309 618/180

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wärmetauschers führt wird, und die Enden 18 dieser Schlangen sind nach der Erfindung im Teilschnitt, in gleicher Weise parallel mit einer Sammelleitung 11 Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie II-II in verbunden, die wiederum mit einer Wasserdampf-Fig. 1, trommel 12 verbunden ist. Der mit Wasser gefüllte Fig. 3 eine Teilseitenansicht einer Wasserdampf- s Raum im unteren Abschnitt dieser Trommel 12 ist erzeugereinheit, in gleicher Weise über eine Sammelleitung 19 mit Fig. 4 eine Teilseitenansicht einer Wärmetauscher- den Eintrittsenden 28 der Gruppe von Schlangen 14 einheit, verbunden, deren andere Enden 17 über eine Fig. 5 eine ähnliche Ansicht einer abgeänderten Sammelleitung 20 ebenfalls wieder mit der Wasser-Wärmetauschereinheit und ίο dampftrommel 12 verbunden sind. Die Eintrittsenden Fig. 6 und 7 End- bzw. Seitenansicht einer Einzel- 27 der Gruppe von Uberhitzerschlangen 13 sind heit. parallel über eine Sammelleitung 30 mit dem mit Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Wärme- Dampf gefüllten Raum im oberen Abschnitt der tauscher erstrecken sich von einer Warmgashaupt- Trommel 12 verbunden, wobei die Abflußenden 16 leitung 1 aus eine Mehrzahl von Parallelströmungs- 15 dieser Schlangen 13 in gleicher Weise parallel mit der leitungen 2. Wie gezeigt, verlaufen zwei vertikale Hauptwasserdampfleitung 31 verbunden sind. Gruppen der Leitungen 2 von der Hauptgasleitung 1 Falls erwünscht oder zweckmäßig, können die aus nach unten, jedoch ist es klar, daß auch nur eine Sammelleitungen 11, 19 und 20 sowie 30 weggelassen einzige Gruppe oder mehr als zwei Gruppen vor- werden, wobei dann die Rohrenden 17,18, 27 und 28 handen sein können, die mit ihren oberen Enden in 20 direkt mit der Wasserdampftrommel 12 verbunden geeigneter Weise in die Hauptgasleitung 1 einmünden. sind, die dann als gemeinsame Sammelleitung für all Die unteren Enden der Leitungen 2 können in diese Rohrenden dient.

gleicher Weise in eine andere Hauptabflußleitung Es sind verschiedene Abänderungen einer, wie in einmünden. Fig. 3 gezeigt, ausgebildeten Wasserdampfgenerator-Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in jeder der Leitungen 2 25 einheit möglich. Beispielsweise kann gewünschtenje eine obere und eine untere wendeiförmige Rohr- falls eine näher am Eintrittsende der Warmgasschlange 3 bzw. 4 angeordnet. Die oberen. Enden der leitung 2 liegende Gruppe von drei, wie beschrieben, Schlangen 3 sind parallel mit einer Sammelleitung 5 ausgebildeten Schlangen wie gezeigt angeordnet wer- und ihre unteren Enden sind mit einer Sammel- den, um zwecks Erzeugung von Hochdruck- oder leitung 6 verbunden. In gleicher Weise liegen die 30 überhitztem Wasserdampf zusammenzuwkken, und Schlangen 4 parallel zwischen den Sammelleitungen 7 kann eine gleiche näher am Entleerungsende der und 8. Femer hegen die oberen Rohrwendeln 3, wie Leitung, in der die Gase bereits teilweise abgekühlt in Fig. 2 gezeigt, in den parallelen Leitungen 2 der sind, fegende Gruppe von Schlangen angeordnet beiden Gruppen in gleicher Weise parallel zwischen werden, um zwecks Erzeugung von nassem oder den Sammelleitungen 5 und 6, und die unteren Rohr- 35 Niederdruckwasserdampf zusammenzuwirken. Andeschlangen 4 können gewünschtenfalls in gleicher rerseits können die Schlangen der beiden Gruppen Weise verbunden sein. Andererseits können für die untereinanderliegen, wobei beispielsweise die Überentsprechenden Schlangen in jeder Gruppe getrennte hitzerschlange und die Speisewasservorwärmschlange Sarrunefleitungen vorgesehen werden. des Hochdrucksystems jeweils zwischen den Über-In der Einheit eines in Fig. 3 gezeigten, besonders 40 hitzer- und Verdampferschlangen bzw. zwischen den der Wasserdampferzeugung angepaßten Wärme- Verdampfer- und den Speisewasservorwärmschlangen tauschers enthält die Leitung 2 mindestens drei des Niederdrucksystems liegen. Schlangen 13, 14, 15, die je eine Wendel enthalten, In einem solchen Wasserdampfgenerator oder deren eines Ende 16,17 bzw. 18 ihrer ersten Windung einem ähnlich gebauten Verdampfer oder sonstigen sich radial durch die Wand der Leitung 2 hindurch 45 Wärmetauscher hat die Ausstattung der Erhitzererstreckt, und deren letzte Windung durch einen schlangen mit einem axial verlaufenden Rückführ-Rückkehrbogen 21, 22 bzw. 23 mit dem unteren rohrabschnitt den Vorteil, daß dieser axiale Rohr-Ende eines axialen Rohrabschnittes 24, 25 bzw. 26 abschnitt mindestens teilweise den Raum im Inneren verbunden ist, dessen oberes Ende 27, 28 bzw. 29 der Schlange ausfüllt, wodurch er die Querschnittssich ebenf alls radial durch die Wand der Gasleitung 2 50 fläche des Gasdurchlasses begrenzt und die Wärmehindurch erstreckt. Die Endenpaare 16, 27 der oberen tauschwirkung durch die Wand der Schlange hindurch Schlange 13 und 17, 28 der Zwischenschlange 14 steigert.

sowie 18, 29 der unteren Schlange 15 sind je in der Fig. 4 zeigt eine Wärmetauschereinheit, bei der die gleichen Querebene der rohrförmigen Gasleitung Leitung 32 Endflanschen 33 hat für den Zusammenangeordnet, um die Teilefertigung für die Wasser- 55 bau einer Mehrzahl solcher Einheiten zu Gruppen dampferzeugereinheit zu erleichtern. und die parallele Verbindung der Einheiten mit einer Wenn angenommen wird, daß die Leitung 2 sich Hauptgasleitung, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Leitung 32 als eine Einheit in einer Gruppe solcher Leitungen hat eine Erwärmungsschlange 34 in Form einer von einer Hauptgasleitung 1 aus, wie in Fig. 1 ge- Schraube, die sich durch den Zwischenabschnitt über zeigt, nach unten erstreckt, und die Gase darin 60 den größten Teil ihrer (in der Zeichnung unterfolglich nach unten strömen, dient die obere Schlange brachen dargestellten) Länge erstreckt, wobei die als Überhitzer, die Zwischenschlange 14 als Ver- beiden getrennten Enden 35 und 36 der Schlange dämpfer und die untere Schlange 15 als Speisewasser- radial durch die Wand der Gasleitung 32 hindurcherwärmer. Die Zuführenden 29 der verschiedenen geführt werden. Durch die Mitte der Schlange 34 Schlangen 15 in der Einheitengruppe sind ent- 65 erstreckt sich in Längsrichtung der Leitung 32 ein sprechend mit einer Wasserzufuhrsammelleitung 9 Wirbelkörper 37 a in Form eines gleichmäßig geverbunden, wobei das Wasser über eine Abzweigung drillten Metallstreifens zum Steigern der Gas- oder aus einer (nicht dargestellten) Speisepumpe züge- Dampfturbulenz innerhalb der Schlange 34, wodurch

die Wärmetauschwirkung durch die Wand der Schlange hindurch verbessert wird.

In Fig. 5 ist eine Abänderung des zuletzt beschriebenen Wärmetauschers veranschaulicht, bei der die Gasleitung32 eine Mehrzahl von Schlangen 34,34 α enthält. Bei dieser Anordnung liegen, während die Enden 35, 36 und 35 α, 36 α jeder Schlange getrennt durch die Wand der Gasleitung 32 hindurchgehen, das obere Ende 35 der unteren Schlange und das untere Ende 36 a der oberen Schlange in der gleichen Querebene der Leitung 32, um eine nachstehend beschriebene Bauweise der Einheit zu erleichtern.

Diese Bauweise, die darin besteht, daß man die Einheiten aufbaut, indem man genormte Schlangen und genormte Abschnitte einer Gasleitung zusammenschweißt, wird ermöglicht, indem man diese Gasleitungsabschnitte mit ihren Enden, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, ausbildet, wobei jedes dieser Enden zwei halbkreisförmige, vorzugsweise sich diametral gegenüberliegende Ausschnitte 37 hat, während der Rest des Umfanges 38 der Leitung, wie angedeutet, zwecks Erleichterung des Zusammenschweißens zweier solcher Abschnitte abgeschrägt ist. Wenn diese Rohrabschnitte kopfseitig zusammenstoßen, stimmen die beiden halbkreisförmigen Ausschnitte 37 in den beiden Enden überein und umgeben die vorstehenden Enden einer Schlange oder der Schlangen, d. h. die Enden 16, 27 der Schlange 13 im oberen Abschnitt von Fig. 3 und die gleichen Enden der Schlangen 14, 15 oder im anderen Falle das obere Ende 35 der Schlange 34 und das untere Ende 36 a der Schlange 34 a, wie in Fig. 5 gezeigt. Diese Gasleitungsabschnitte können z. B. an der Naht 40 (Fig. 5) entsprechend der in einer einzigen Einheit einzubauenden Anzahl von Schlangen in jeder beliebigen passenden Anzahl zusammengeschweißt werden. Bei dem Wärmetauscher nach Fig. 5 kann an den äußeren Enden der Begrenzungsschlangen, d. h. an dem Ende 36 der Schlange 34 und an dem Ende 35 a der Schlange 34 a, eine ähnliche Bauweise angewendet werden mit der Ausnahme, daß an den dazugehörigen Schweißnähten 39 das Ende jedes Rohrabschnittes nur einen einzigen halbkreisförmigen Ausschnitt 37 hat. Die zuletzt beschriebene Verbindungsart kann in gleicher Weise an den Schweißnähten 39 an den Enden der Schlangen des in Fig. 4 gezeigten Wärmetauschers angewendet werden.

Wenn eine Wärmetauschereinheit mit einer Mehrzahl von in Fig. 3 oder 5 gezeigten Schlangen gerade ausgebildet sein soll, werden die Enden der Gasrohrabschnitte, wie in Fig. 7 gezeigt, natürlich in Ebenen senkrecht zur Achse der Leitung hergestellt. Es ist jedoch verständlich, daß, sofern das Rohr gewünschtenfalls oder zweckmäßigerweise eine winklige Form haben soll, die Enden der Leitungsabschnitte mit der gleichen Leichtigkeit in schräg zur Achse der Leitung gerichteten und, wie in Fig. 7 durch die Punktstrichlinie 41 angedeutet, durch die gemeinsame Achse der halbkreisförmigen Ausschnitte 37 verlaufenden Ebenen geformt werden können, wenn, vorausgesetzt, daß die beiden Enden in gleichem Umfang zur Achse geneigt sind, ihr Umfang eine übereinstimmende elliptische Form hat, die ohne Schwierigkeit zusammengeschweißt werden kann.

Ein Wärmetauscher nach der Erfindung, bei dem der Warmgasstrom in eine Mehrzahl von verhältnismäßig dünnen Strömen aufgeteilt wird (wobei es beispielsweise möglich ist, bis zu einigen Hundert parallelen Leitungen 2 in einer in Fig. 1 gezeigten Anordnung vorzusehen), vereinfacht das Problem des Behandeins großer Gasmengen, die nicht nur eine sehr hohe Temperatur haben, sondern auch unter einem beachtlichen Druck stehen können. Die Parallelströmungsgasleitungen 2 und 32 nach der Zeichnung können beispielsweise mit einem Durchmesser von nicht mehr als 100 bis 150 mm hergestellt werden, wodurch sie in der Lage sind, einen sehr hohen Innendruck auszuhalten, während sie Wände mit einer leicht zur Verfügung stehenden Dicke von beispielsweise 6 bis 8 mm haben. Da der Druckunterschied an den Wänden der in solchen Gasleitungen eingeschlossenen Rohrschlangen verhältnismäßig klein sein kann, können die Schlangen in gleicher Weise ebenfalls aus Rohrmaterial mit einer normalen oder verhältnismäßig dünnen Wandstärke hergestellt werden.

Die Wärmetauscher einschließlich Verdampfer und insbesondere Wasserdampferzeugereinheiten nach der Erfindung haben außer der Möglichkeit der Herstellung solcher Geräte in einer Verschiedenartigkeit von zweckentsprechenden Formen zusätzlich folgende Vorteile:

1. Die Beseitigung von großen, den Druck aufnehmenden Ummantelungen zur Aufnahme des warmen gasförmigen Mediums;

2. die Herstellung von Mantelrohren zur Aufnahme dieses gasförmigen Mediums aus Metall mit leicht erzielbaren Wanddicken, die ohne Schwierigkeit bearbeitet (beispielsweise geschweißt) werden können;

3. die Möglichkeit der Herstellung der Einheiten innerhalb der Fabrik und nach dem Transport zur Baustelle des Aufbaues des Gerätes ohne Zuhilfenahme von schweren Hebezeugen;

4. die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Serienherstellung der Einheiten und ihrer Bestandteile.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wärmetauscher, insbesondere zur Erzeugung von Dampf, mit mehreren parallelen, vom Heizmittel durchströmten Mantelrohren, wobei jedes Mantelrohr wendeiförmige Rohrschlangen enthält, deren Enden durch die Wand der Leitung hindurch sich radial erstrecken, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere sich radial erstreckende Rohrschlangenenden (16,27) in derselben Querebene innerhalb eines Mantelrohres (2) liegen, das in an sich bekannter Weise aus Rohrabschnitten hergestellt ist, wobei jedes Ende eines Abschnittes halbkreisförmige Ausschnitte (37) aufweist, die mit gleichen Ausschnitten im anschließenden Abschnitt übereinstimmen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (16, 27; 17 und 28; 18 und 29) je einer wendeiförmigen Rohrschlange (13, 14, 15) in der gleichen Querebene des Mantelrohres (2) angeordnet sind, wobei sich ein Ende (z. B. 21, 22, 23) der wendelförmigen Rohrschlange (13, 14, 15) in an sich bekannter Weise axial durch diese hindurch erstreckt und beide Enden durch das Mantelrohr (2) hindurch nach außen geführt sind (Fig. 3).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von in einem Mantelrohr (32) axial hintereinanderliegenden wendeiförmigen

Rohrschlangen (34, 34 α) die Enden (35, 36 α) jeweils zweier benachbarter Rohrwendel (34, 34 a) in der gleichen Querebene durch das Mantelrohr (32) hindurch nach außen geführt sind (Fig. 5).

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Rohrwendel an sich bekannte, in axialer Richtung verlaufende Leitkörper (37a), z.B. in Form von um die Längsachse gedrillter Blechstreifen od. dgl., angeordnet sind (Fig. 4).

5. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem von mehreren Mantelrohren (2) in an sich bekannter Weise als Überhitzer, Ver-

IO dämpfer und Vorwärmer geschaltete Rohrwendel (13,14,15) hintereinanderliegend angeordnet und die entsprechenden Rohrwendel (13 bzw. 14 bzw. 15) zusammengeführt oder miteinander verbunden sind, z. B. durch Sammelzuführleitungen (9, 19, 30) und Sammelabführleitungen (11, 20, 31, Fig. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 875 664, 605 213, 642, 3861;
österreichische Patentschriften Nr. 197 796,

936;
USA.-Patentschrift Nr. 2 609 798.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©309 618/180 6.63