DE1214708B

DE1214708B - Regenerator with additional recuperative heat transfer surface

Info

Publication number: DE1214708B
Application number: DEA40785A
Authority: DE
Inventors: Maurice Bonin
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1961-08-11
Filing date: 1962-07-21
Publication date: 1966-04-21

Description

Regenerator mit zusätzlicher Rekuperativ-Wärmeübertragungsfläche Die Erfindung betrifft einen Wärmegenerator mit zusätzlicher Rekuperativ-Wärmeübertragungsfläche, der aus einem in koaxialen Schichten gewickelten Rohrbündel besteht, wobei im Rohrinneren ein Strömungsmittel umläuft, und außerdem aus @ einer festen Speichermasse, die in unmittelbarem Kontakt abwechselnd von einem zu erwärmenden Gas und einem zu kühlenden Gas bestrichen wird,-und aus dünnen Metallbändern aufgebaut ist, die wie -die Rohre aufgewickelt, in Lagen vereinigt, in den-Längszwischenräumen zwischen aufeinanderfolgenden Rohren ein und derselben Rohrwicklungsschieht angeordnet und voneinander durch Abstandshaltemittel in Abstand gehalten sind. ' -Die Regeneratorbauart ist besonders vorteilhaft für den Wärmeaustausch in Trennanlagen für Gasgemische, insbesondere Luft bei tiefer Temperatur, wenn man bestimmte abgetrennte Gase oder eine Fraktion derselben erhalten will. Es ist bekannt; daß diese Regeneratoren zwar eine ausgezeichnete Wiedergewinnung der Kälte der abgetrennten Gase gestatten, es aber nicht ohne weiteres möglich ist, diese Gase mit hoher Reinheit zu gewinnen; dies beruht auf der Tatsache, daß im Augenblick der Umschaltung zwangläufig Vermischungen zwischen dem in einer gegebenen Periode eintretenden Gas und dem darin von der vorhergehenden Periode verbleibenden gespeicherten Gas auftreten und unter Umständen in den abgetrennten Gasen feste Verunreinigungen verdampfen, die im Verlauf der Abkühlung des abzutrennenden Gases abgelagert worden sind. Bei mit Rohrbündeln versehenen Rekuperatoren wird das rein zu erhaltende Gas in das Rohrbündel geschickt, wo es sich erwärmt, ohne daß-es durch das abzukühlende Gas und seine Verunreinigungen verschmutzt wird. Es ist indessen schwierig, ein gewickeltes Rohrbündel, das eine für einen vernünftigen Raumbedarf des Wärmeaustauschers hohe Wärmeaustauschoberfläche bietet, und eine aus dünnen Metallbändern bestehende feste Speichermasse zu vereinigen, insbesondere in Hinblick auf das beschränkte Volumen, das zwischen den benachbarten Rohrwindungen zur Verfügung steht.Regenerator with additional recuperative heat transfer surface Die The invention relates to a heat generator with an additional recuperative heat transfer surface, which consists of a tube bundle wound in coaxial layers, with the inside of the tube a fluid circulates, and also from @ a solid storage mass that in direct contact alternating between a gas to be heated and a gas to be cooled Gas is coated, -and is made up of thin metal strips, which like -the pipes wound up, united in layers, in the longitudinal spaces between successive ones Tubes of one and the same tube winding are arranged and spaced apart from one another by spacing means are kept at a distance. The regenerator design is particularly advantageous for the heat exchange in separation systems for gas mixtures, especially air at lower levels Temperature when certain separated gases or a fraction thereof are obtained want. It is known; that these regenerators do have an excellent recovery allow the cold of the separated gases, but it is not easily possible, to obtain these gases with high purity; this is due to the fact that im Moment of switching inevitably mixes between that in a given The gas entering the period and the remaining gas in it from the previous period stored gas occur and under certain circumstances solid in the separated gases Impurities evaporate in the course of the cooling of the gas to be separated have been deposited. With recuperators provided with tube bundles, this becomes pure The gas to be obtained is sent into the tube bundle, where it heats up without it-passing through the gas to be cooled and its impurities are polluted. It is meanwhile difficult to get a coiled tube bundle that one for a reasonable amount of space of the heat exchanger offers high heat exchange surface, and one of thin Metal bands to unite existing solid storage mass, especially with regard to to the limited volume available between the adjacent pipe turns stands.

Es ist bereits ein Regenerator mit zusätzlicher Rekuperativ-Wärmeübertragungsfläche in Form einer festen Speichermasse bekannt, bei dem diese feste Speichermasse aus langen Metallbändern besteht, die, um sie auf gegenseitigem Abstand zu halten, gewellt sind und in gleicher Länge wie die Rohre mit diesen gewickelt sind, und zwar sind sie zwischen gewellten, fest an den Rohren sitzenden Rippen zwischengeschaltet. Jedoch ist der Arbeitsgang des Wickelns von Rohren mit gewellten Rippen und gewellten Bändern gleicher *Länge verhältnismäßig schwierig und langwierig.It is already a regenerator with an additional recuperative heat transfer surface known in the form of a solid storage mass, in which this solid storage mass consists of consists of long metal bands that are corrugated in order to keep them at a mutual distance are and in the same length as the pipes are wound with them, namely are they are interposed between corrugated ribs firmly attached to the tubes. However, the operation is of winding corrugated finned and corrugated tubes Ribbons of the same * length are relatively difficult and lengthy.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regenerator mit zusätzlicher Rekuperativ-Wärmeübertragungsfläche in Form einer festen Speichermasse, die aus wie die Rohre aufgewickelten dünnen Metallbändern besteht, zu schaffen, der die Verwendung identischer Elemente gestattet, die leicht zu handhaben sind und in großer Serie hergestellt werden können und deren Montage in einfachen und schnellen Arbeitsgängen erfolgen kann; zusätzlich sollen .die Abstandshaltemittel zwischen den Metallbändern jeder Lage in einfacher Weise zu verwirklichen sein und den Gasdurchgang quer zu diesen Bändern erleichtern.The object of the invention is to provide a regenerator with an additional recuperative heat transfer surface in the form of a solid storage mass that is made up of thin coiled pipes To create metal bands that allow the use of identical elements, which are easy to handle and can be produced in large series and their Assembly can be done in simple and quick operations; additionally should .the spacing means between the metal strips of each layer in a simple manner to be realized and facilitate the passage of gas across these bands.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Regenerator dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder jeder Lage in gleich lange Stücke von einer solchen Länge unterteilt sind, daß die durch die Unterteilung gebildeten einzelnen Stapel über weniger als die Hälfte der Länge einer Windung in derjenigen Schicht, in der die jeweilige Windung liegt, reichen und die Abstandshaltemittel aus in an sich bekannter Weise halb ausgestanzten Lappen der Metallbänder bestehen. Zweckmäßig werden jeweils zwei -im Wicklungssinn aufeinanderfolgende Stapel der Speichermasse zwischen Rohren der gleichen Lage voneinander durch zwischengelegte Federn in Abstand gehalten. Vorzugsweise ist die Dicke der Stapel ein wenig kleiner als der Rohrdurchmesser, und die Stapel aufeinanderfolgender Wickellagen werden durch überdeckung mit einem fortlaufenden, gleichfalls mit Abstandshaltemitteln ausgerüsteten Band von gleicher Länge wie die Rohre am Platz gehalten.The regenerator according to the invention is thereby able to achieve this object characterized in that the metal strips of each layer in equal lengths of one such a length that the individual formed by the subdivision Stack over less than half the length of a turn in the layer in which the respective turn lies, and the spacing means are sufficient As is known, there are half punched-out tabs of the metal strips. Appropriate there are two stacks of storage mass which are consecutive in the winding direction between pipes of the same position from each other by interposed springs at a distance held. Preferably the thickness of the stack is a little smaller than the pipe diameter, and the stacks of consecutive wrapping layers are made by overlap with a continuous belt also equipped with spacing means held in place by the same length as the pipes.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung können die einzelnen, aus mehreren Metallbändern zusammengesetzten Lägen vor ihrem Einbau zwischen die einzelnen Windungen des Rohrbündels durch Lötung, Verleimung gder jede andere Maßnahme zu einem kompakten Ganzen zusammengesetzt werden. Hierdurch wird die bei dem geschilderten bekannten Regenerator erforderliche komplizierte Wickelarbeit der Metallbänder und deren Zusammenbau während des Wickelvorgangs vermieden, wodurch die gesamte Herstellung des Regenerators beträchtlich vereinfacht wird: Die zwischen zwei im Wicklungssinn aufeinanderfolgende Stapel zwischen Rohren der gleichen Lage eingelegten Federn verhindern, daß diese einander benachbarten Stapel sich' an ihren Enden überlappen können. Die Länge dieser Federn ist gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rohren der gleichen Lage, während ihr Durchmesser gleich der Dicke der Stapel ist.As a result of the training according to the invention, the individual can from several layers of metal strips assembled before their installation between the individual Windings of the tube bundle by soldering, gluing or any other measure can be put together into a compact whole. This is the in the case of the known regenerator required complicated winding work of the metal strips and avoiding their assembly during the winding process, thereby reducing the overall manufacturing process of the regenerator is considerably simplified: The one between two in the winding sense successive stacks of springs inserted between tubes of the same layer prevent these adjacent stacks from overlapping at their ends can. The length of these springs is equal to the distance between two consecutive ones Pipes of the same layer, while their diameter is equal to the thickness of the stack.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung . ausgebildeten Regenerators dargestellt.In the drawing is an embodiment of one according to the invention . trained regenerator shown.

F i g. 1 zeigt perspektivisch einen Teil eines Metallbandes mit halb ausgestanzten Lappen, wie esfür die Fertigung der Speichermasse verwendet wird.F i g. 1 shows in perspective part of a metal band with half punched out flaps, as used for the production of the storage mass.

F i g. 2 zeigt perspektivisch einen Stapel aus in Form gebrachten und vor der Einfügung zwischendie Rohre der Rohrwicklung vereinigten Metallbändern; Fig.3 zeigt im Schnitt durch die Achse des Regenerators in großem Maßstab die aufeinanderfolgenden Rohre einer Wickelschicht und die zwischen ihnen liegenden Metallbandstapel; F i g. 4 zeigt schematisch eine Ansicht des Re" generators während der Wicklung einer Lage-F i g. 5 zeigt eine Einzelansicht einer bei der Anordnung nach F i g. 4 als Abstandshalter zwischengeschalteten Feder; F i g. 6 zeigt den Wicklungssinn von zwei aufeinanderfolgenden Lagen. an einem Ende der Speichermasse; F i g. 7 zeigt in einem Teilschnitt nach der Linie A -B der F i g. 6 die Befestigung der die 'Speichermasse bildenden Stapel an einem Ende der Speichermasse; F i g. 8 zeigt die allgemeine Gesamtanordnung eines Regenerators nach der Erfindung.F i g. Figure 2 shows, in perspective, a stack of metal strips shaped and united before insertion between the tubes of the tube winding; 3 shows in section through the axis of the regenerator on a large scale the successive tubes of a winding layer and the metal strip stacks lying between them; F i g. 4 shows a schematic view of the regenerator during the winding of a layer fig. 5 shows a single view of a spring interposed as a spacer in the arrangement according to fig. 4; fig. 6 shows the direction of winding of two successive layers At one end of the storage mass; Fig. 7 shows, in a partial section along the line A-B in Fig . 6, the attachment of the stacks forming the storage mass to one end of the storage mass; Fig. 8 shows the general Overall arrangement of a regenerator according to the invention.

In F i g. 1 sieht man die halb ausgestanzten Lappen 1, die über die Hauptebene des Bandes 2 hochgebogen sind. In F i g. 2 sind die halb ausgestanzten Bänder gekrümmt und dann durch geeignete Mittel, wie Lötung, Schweißung usw., zu Stapeln vereinigt dargestellt. F ig. 3 zeigt rings um den Axialdorn 5 des Regenerators die Rohre 3 und die Bandstapel öder ersten Wickelschicht.In Fig. 1 you can see the half-punched flaps 1, which over the Main plane of the band 2 are bent up. In Fig. 2 are the half punched out Ribbons are curved and then closed by suitable means such as soldering, welding, etc. Stacking shown united. Fig. 3 shows around the axial mandrel 5 of the regenerator the tubes 3 and the tape stacks or the first winding layer.

F i g. 4 zeigt an einem Regenerator im Verlauf der Montierung die Rohre 6 einer gegebenen Lage (von der Ordnung n) und die Rohre 7 der folgenden Lage (von der Ordnung n+1) von. entgegengesetztem Wickelsinn. Einer der Bandstape18 ist eingesetzt, und an seinem Ende ist als Abstandshalter eine Feder 9 eingelegt, um den Stapel von dem folgenden zu trennen. Das fortlaufende Band 10, das dazu dient, die Stapel an Ort und Stelle zu halten, ist vor seinem Aufwickeln auf den Stapel 8 dargestellt. Die Federn 9 haben vorzugsweise die in F i g. 5 dargestellte. Gestalt und Anordnung. Ihr Außendurchmesser ist gleich der Stapeldicke und ihre Länge gleich dem Abstand zwischen zwei nebeneinanderfolgenden Rohren derselben Lage. Ihre Endwindungen liegen dicht aneinander und liegen senkrecht zur Federachse. Sie sind senkrecht zu den benachbarten Rohren 3 a und 3 b angeordnet, zwischen die sie eingesetzt sind.F i g. 4 shows on a regenerator in the course of mounting the Tubes 6 of a given layer (of order n) and the tubes 7 of the following layer (of the order n + 1) of. opposite winding direction. One of the Bandstape18 is used, and at its end a spring 9 is inserted as a spacer to to separate the stack from the following. The continuous tape 10, which serves to holding the stacks in place is prior to winding it onto the stack 8 shown. The springs 9 preferably have the ones shown in FIG. 5 shown. shape and arrangement. Their outside diameter is the same as the stack thickness and their length is the same the distance between two adjacent pipes of the same layer. Your end turns are close to each other and are perpendicular to the spring axis. They are vertical arranged to the adjacent tubes 3 a and 3 b, between which they are inserted.

Die F i g. 6 und 7 stellen die Anordnung der Stapel und Deckbänder an einem Ende der Speichermasse dar. F i g. 7 ist ein Schnitt nach der Linie A-B in F i g. 6. Die Stapel 12 der Lage von der Ordnung n+1 sind im entgegengesetzten Sinn zu derjenigen der Stapel 11 der Lage mit der Ordnung n gewickelt. Die Stapel 12 werden durch das Jortlaufende Band 13 festgehalten, das mit seinem umgelegten Rand 14 an dem darunterliegenden Stapel 12 befestigt ist. Ein Nagel 15, dessen Länge so gewählt ist, daß er auf kein Gasrohr treffen kann, vervollständigt die Befestigung der gewickelten Stapel und Bänder.The F i g. 6 and 7 illustrate the arrangement of the stacks and shrouds at one end of the storage mass. FIG. 7 is a section along the line AB in FIG. 6. The stacks 12 of the layer of order n + 1 are wound in the opposite sense to that of the stacks 11 of the layer of order n. The stacks 12 are held in place by the continuous belt 13, which is fastened with its folded-over edge 14 to the stack 12 below. A nail 15, the length of which is chosen so that it cannot hit a gas pipe, completes the fastening of the wound stacks and tapes.

Der vollständige Regenerator ist in F i g. 8 wiedergegeben. Er besitzt die mittlere, mit Speichermasse versehene Zone 16, die, wie vorstehend angegeben wurde, aus auf den Axialdorn 5 aufgewikkelten Metallbändern besteht. Die in unmittelbarer Berührung mit der Speichermasse geführten Gase fließen durch die Endrohrstutzen 17 und 18; das durch die Rohre strömende reine Gas tritt durch den Rohrstutzen 19, den Verteiler 21 und eine Rohrreihe, z. B. 23, ein. Es wird durch Rohre 24, den Sammler 22 und den Rohrstutzen 20 abgeleitet. Der Axialdorn 5 ist am Außenring durch Balken 25 befestigt.The complete regenerator is shown in FIG. 8 reproduced. It has the central zone 16 which is provided with storage mass and, as stated above, consists of metal strips wound onto the axial mandrel 5. The gases that are in direct contact with the storage mass flow through the end pipe sockets 17 and 18; the pure gas flowing through the pipes passes through the pipe socket 19, the distributor 21 and a row of pipes, e.g. B. 23, a. It is discharged through pipes 24, the collector 22 and the pipe socket 20. The axial mandrel 5 is attached to the outer ring by bars 25.

Claims

Claims: 1. Regenerator with additional recuperative heat transfer surface, consisting of a tube bundle wound in coaxial layers, with the inside of the tube a fluid circulates, and from a solid storage mass, which is in the immediate Contact alternately swept by a gas to be heated and a gas to be cooled and is made up of thin metal strips that are wound like the pipes, united in layers, in the longitudinal spaces between successive tubes one and the same tube winding layer arranged and spaced apart from one another by spacing means are kept at a distance, so that the metal strips (2) each layer is divided into equal pieces of such a length that the individual stacks formed by the subdivision (FIG. 2) over less than half the length of a turn in the layer in which the respective turn lies, reach and the spacing means are half punched out in a manner known per se Flaps (1) of the metal strips are made (Fig. 1).

2. Regenerator according to claim 1, characterized in that two consecutive stacks (8) between tubes (3 a, 3 b) of the same position from one another by interposed springs (9) are held at a distance (F i g. 4,. 5).

3. Regenerator according to claim 1, characterized in that the thickness of the stack (8) is a little smaller than the pipe diameter and that the stack of successive winding layers by overlapping with a continuous, also equipped with spacing means band (10) of the same length as the Pipes are held in place (Fig. 4). In. References considered: French Patent No. 999 675; U.S. Patent No. 2,724,954.