DE1800561C3

DE1800561C3 - Wärmetauscher mit konzentrisch ineinander angeordneten Wärmetauscherelementen

Info

Publication number: DE1800561C3
Application number: DE19681800561
Authority: DE
Inventors: Carl 4630 Bochum Mertens; Eugen 4300 Essen Richter
Original assignee: FA FRIEDRICH MEESE 4300 ESSEN
Current assignee: FA FRIEDRICH MEESE 4300 ESSEN
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1968-10-02
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE1800561B2; DE1800561A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren rohrförmigen Wärmetauscherelementen, die konzentrisch ineinander angeordnet sind und mehrere Ringräume zur Führung der Heizgase einerseits und des zu erhitzenden Mediums andererseits bilden, wobei die Heizgase durch einen in den Innenraum des innersten rohrförmigen Wärmetauscherelementes feuernden Brenner erzeugt werden und im Gegenstrom zu dem zu erhitzenden Medium geführt sind, für das etwa in der Mitte des Wärmetauschers eine Eintrittsöffnung sowie daneben auf der dem Brenner abgewandten Seite ein Kaminanschluß für das Rauchgas angeordnet sind.

Derartige Wärmetauscher haben den Vorteil, daß sie bei besonders einfacher Bauweise sehr gute thermodynamische und mechanische Eigenschaften haben. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß das Medium und das Heizgas entlang allen Wandungen, die zum Wärmeaustausch dienen, in Gegenstrom geführt werden können. Weiterhin haben diese Wärmeaustauscher mechanisch den Vorteil, daß die konzentrisch angeordneten Wärmetauscherelemente nur an einer Seite fest gelagert zu werden brauchen, so daQ unterschiedliche Wärmedehnungen nicht zu unzulässigen Spannungen im Material führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs angegebenen Gattung so weiterzuentwickeln. daß einzelne Abschnitte gesondert

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25

jo

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Γ- Vi

als Zwischenerhitzer benutzt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß neben der Eintrittsöffnung auf der dem Brenner zugewandten Seite mehrere Austrittsöffnungen für das erhitzte Medium vorgesehen sind.

Dadurch ist es möglich, an diesen auf die Länge des Wärmetauschers verteilten Austrittsöffnungen Teilströme des zu erhitzenden Mediums bei verschiedenen Temperaturen zu entnehmen. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, durch diese öffnungen dem Medium an einer oder mehreren Stellen bei unterschiedlicher Temperatur weitere Komponenten zuzumischen. Insgesamt ergibt sich eine einfache und betriebssichere Konstruktion, weil die verschiedenen Öffnungen unmittelbar in die entsprechenden Ringräume münden, so daß die Wandungen der Ringräume, ausgenommen an einer Stirnseite, keine weiteren Verbindungen untereinander benötigen.

Den Austrittsöffnungen für das erhitzte Medium können Sammelkammern vorgeschaltet sein, die ein rohrförmiges Wärmetauscherelement ringförmig umgeben. In diesen Sammelkammern kann sich das Medium vor dem Austritt aus den Austrittsöffnungen sammeln und hinreichend gut durchmischen, so daß etwaige über den Umfang auftretende unterschiedliche Temperaturen ausgeglichen werden.

Zweckmäßig werden in dem zur Führung des Mediums dienenden Ringraum zwischen den einzelnen Austrittsöffnungen Absperrvorrichtungen vorgesehen, die in ihrer Schließstellung eine Weiterleitung des Mediums verhindern. An den zur Führung des Mediums dienenden Ringraum jeweils in Strömungsrichtung hinter den Absperrvorrichtungen können weitere Eintrittsöffnungen für das Medium angeschlossen sein.

Mit Hilfe der Absperrvorrichtung kann beispielsweise der gesamte Strom des erhitzten Mediums an einer Austrittsöffnung entnommen werden, während die in Strömungsrichtung dahinterliegenden Abschnitte des Wärmetauschers als separate E-hitzer oder Zwischenerhitzer verwendet werden können.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in der

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den schematisch dargestellten Wärmetauscher,

Fig.2 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des in F i g. 1 dargestellten Wärmetauschers und

F i g. 3 eine Einzelheit aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab zeigt

Mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 sind rohrförmige Wärmetauscherelemente bezeichnet, die konzentrisch in dem zylindrisch ausgebildeten Wärmetauscher angeordnet sind, dessen Wandung mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist Die Durchmesser des Wärmetauschers und der rohrförmigen Wärmetauscherelemente sind so gewählt daß drei enge, ringförmige Hohlräume 5,6 und 7 gebildet werden.

Wie F i g. 1 erkennen läßt, ist etwa in der Mitte des Wärmetauschers eine Eintrittsöffnung 8 für das zu erhitzende Medium vorgesehen, die an den Ringraum 6 angeschlossen ist. Das zu erhitzende Medium strömt durch diese Eintrittsöffnung 8 in den Ringraum 6 ein und wird darin in der Richtung X bis ans Ende des rohrförmigen Wärmetauscherelementes geleitet Hier wird es durch einen Verschluß 13 umgelenkt und tritt in den Ringraum 7 ein, den es entgegengesetzt zur Richtung X durchströmt An den Ringraum 7 sind drei Sammelkammern 20, 21 und 22 angeschloscen, die den

zylindrischen Wärmetauscher ringförmig umgeben und mit Austrittsöffnungen 23, 24 und 25 für das erhitzte Medium versehen sind, Diese Sammelkammern bzw. Austrittsöffnungen sind gleichmäßig auf den Längenberiiich des Wärmetauschers verteilt, der zwischen der Eintrittsöffnung 8 und dem Ende des Wärmetauschers liegt, an dem der Brenner 12 angeordnet ist Die vom Brenner 12 kommenden Rauchgase durchströmen den Innenraum la, werden durch die Wandung 4a umgelenkt und strömen durch den Ringraum 5 zum Kaminanschluß 16, der neben der Eintrittsöffnung 8 für das zci erhitzende Medium auf der dem Brenner 12 abgewandten Seite angeordnet ist

An den Austrittsöffnungen 23, 24, 25 kann das erhitzte Medium mit verschiedenen Temperaturen entnommen werden. Durch unterschiedliche Regelung der Entnahmemengen an den einzelnen Austrittsöffnungen kann darüber hinaus die Temperatur des an jeder Austrittsöffnung austretenden Mediums beeinflußt werden. Hierdurch ist es möglich, mit einem einzigen Wärmetauscher einzelne Teüströme des Mediums auf unterschiedliche Temperature α zu bringen, die darüber hinaus in bestimmten Grenzen für jeden Teilstrom regelbar sind. Ebenso kann auch der gesamte Strom des zu erhitzenden Mediums an einer der drei öffnungen 23,24 oder 25 entnommen werde.i, wobei er jeweils eine andere Endtemperatur erreicht Weiterhin können die Austrittsöffnungen 23 und 24 auch dazu benutzt werden, dem Medium weitere Komponenten zuzumischen. Ebenso kann beispielsweise eine bestimmte Teilmenge an der Austrittsöffnung 23 entnommen werden, mit einer weiteren Komponente vermischt oder anderweitig zwischenbehandelt werden und an der Austrittsöffnung 24 wieder in den Wärmetauscher eingegeben werden.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist in Fig.2 dargestellt Und zwar sind hier in dem Ringraum 7 jeweils in Strömungsrichtung hinter der Sammelkammcr 20 bzw. 21 Absperrvorrichtungen 26 bzw. 27 vorgesehen, die in ihrer Schließstellung die Weiterleitung des Mediums

^r> verhindern. Hierdurch können einzelne Abschnitte des Wärmetauschers bei Bedarf völlig unabhängig voneinander benutzt werden. Dabei werden zweckmäßig jeweils in Strömungrichtung direkt hinter den Absperrvorrichtungen 26 bzw. 27 an den Ringraum 7 zusätzliche

in Eintrittsöffnungen 28 bzw. 29 für das hier neu einzugehende Medium angeschlossen.

Weiterhin ist in Fig.2 noch ein zusätzliches Wärmetauscherelement 30 an der dem Brenner 12 gegenüberliegenden Stirnfläche des Wärmetauschers vorgesehen, das die Form einer runden Scheibe hat und von einem Teilstrom des Mediums durchspült wird. Der hier erhitzte Teilstrom des Mediums wird an geeigneter Stelle dem Hauptstrom zugegeben.

In einem oder mehreren der Ringräume 5, 6 und 7 können, wie aus Fig.3 ersichtlich ^;rt Stützkörper 17 angeordnet sein, die zweckmäßig als'Kugeln ausgebildet sind und aus inaktivem Material, beispielsweise aus Stahl oder Schamott bestehen. Diese Stützkugeln sollen die konzentrisch ineinander angeordneten Wän.netau-

>j scherelemente 1, 2 und 3 und evtL die Wandung 4 gegeneinander abstützen, so daß sie aus relativ dünnem Material ausgeführt sein können. Außerdem wird durch diese Kugeln der hydraulische Radius der Ringräume beträchtlich vermindert so daß das in den Ringräumen

jo befindliche Medium relativ schnell ausgewechselt werden kann. Ein solcher enger hydraulischer Radius wäre andernfalls nur dadurch zu erzielen, daß die Ringräume äußerst eng bemessen werden. Dies bereitet fertigungstechnisch große Schwierigkeiten und führt darüber hinaus zu der Gefahr, daß die Ringräume infolge von Temperaturdehnung während des Betriebes zuwachsen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit mehreren rohrförmigen Wärmetauscherelementen, die konzentrisch ineinander angeordnet sind und mehrere Ringräume zur Führung der Heizgase einerseits und des zu erhitzenden Mediums andererseits bilden, wobei die Heizgase durch einen in den Innenraum des innersten rohrförmigen Wärmetauscherelementes feuernden Brenner erzeugt werden und im Gegenstrom zu dem zu erhitzenden Medium geführt sind, für das etwa in der Mitte des Wärmetauschers eine Eintrittsöffnung sowie daneben auf der dem Brenner abgewandten Seite ein Kaminanschluß für das Rauchgas angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Eintrittsöffnung (8) auf der dem Brenner (12) zugewandten Seite mehrere Austrittsöffnungen (23, 24, 25) für das erhitzte Medium vorgesehen sind.

2. Wärmetauscher nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Austrittsöffnungen (23,24, 25) für das erhitzte Medium Sammelkammern (20, 21, 22) vorgeschaltet sind, die ein rohrförmiges Wärmetauscherelement (1) ringförmig umgeben.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß fn dem zur Führung des Mediums dienenden Ringraum (7) zwischen den einzelnen Austrittsöffnungen (23, 24, 25) Absperrvorrichtunigen (26, 27) vorgesehen sind, die in ihrer Schließstellung eine Weiterleitung des Mediums verhindern.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den zur Führung des Mediums dienenden Ringrau.n (7) jeweils in Strömungsrichtung hinter den Absperrvorrichtungen (26, 27) weitere Eintrittsöffnungen (28, 29) für das Medium angeschlossen sind.