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Flache Rohrlagenwicklungen ftir Kreustrom-Wärmeaustauscher Beschreibung
Die Erfindung betrifft flache Rohrlagenwicklungen zur Zusammenstellung von Berührungsheiz-
oder kühlflächen für Kreustrom-Wärmeaustauscher, wie überhitzer, Verdampfer, Vorwärmer,
Abgaskessel, Thermoöl-Durchlauferhitzer, Heißdampf- und Gaskühler.
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Flache Rohrwicklungen sind zwar als zwangdurchflossene Rohrwände,
z.B. als Strahlungsheizflächen von Dampfkessel-Feuerräumen, be kannt. Flache Rohrlagenwicklungen
werden entweder in spiraliger Wicklungsform, wie z.B. beim Zwangumlauf-Abgaskessel,
oder in haarnadelförmiger Wicklungsart, z.30 bei Dampfkessel-Nachschaltheizflächen,
angewandt Bei -der spiraligen Wicklungsform ist Jedoch die Rohrquerteilung aus Herstellungsgründen
gleich dem doppelten Rohrdurchmesser, da zunächst zwei eng aneinander liegende Rohre
in gemeinsamer Wicklungsebene spiralfdrmig von innen nach außen gebogen, dann beide
Rohrspiralen aus der gemeinsamen Wicklungsebene in zwei übereinander liegende versetzte
Rohrlagen verschoben und darauf die inneren Rohrenden beider Rohrspiralen mit einem
schräg liegenden S-förmigen Rohrsttick zu einer Doppellagen-Rohrschlange mit am
Außenrand der Wicklung liegenden Ein-und Austrittsenden verschweißt werden. Jedes
durchflossene Parallelrohr einer solchen Wicklung bildet also mindestens eine Doppellage
mit versetzter Rohranordnung und einer dem äußeren Rohrdurchmesser entsprechenden
Gassenbreite für das äußere umströmende Medium. Bei einer aus solchen spiraligen
Doppellagen zusammengesetzten Kreuzstrom-Berührungsheiz- oder kilhifläche ändert
sioh die temperatur des äußeren Mediums von Rohrlage zu Rohrlage, so.
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daß bei einer aus Gründen des inneren Druckverlustes notwendigen Unterteilung
der gesamten Wärmeaustauschfläche in mehrere Parallelrohre diese in verschiedenen
Temperaturzonen des äußeren Mediums liegen und infolgedessen das innere Medium von
Parallelrohr zu Parallelrohr verschieden stark erwärmt bzw. verdampft bzw. gekühlt
wird.
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Da die Wärmedurchgangszahl und damit die Wärmeaustauschfläche, ihre
Lagenzahl und Parallelrohrlänge von den Strömungsgeschwindigkeiten
des
inneren und äußeren Mediums abhängen, beiden Geschwindigkeiten aber auch den inneren
und, äußeren Druckverlust beider Medien maßgebend beeinflussen, ist mit der Doppellagenwicklung
der Parallelrohre und der herstellungsbedingten Unveränderlichkeit der. Rohrquerteilung
eine optimale Auslegung der Wärmeaustauschfläche nacb Maßgabe des jeweils höchst
zulässigen inneren und äußeren Druckverlustes sowie ein Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich
von Barallelrobr zu Parallelrohr selten zu erreichen.
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Bei der haarnadelförmigen Flachlagenwioklung mit rechteckigem Zugquerschnitt
ist die Rohrquerteilung durch den Biegeradius der Rohrbogen nach unten begrenzt,
so daß auch hier eine Rohrlagenfolge mit Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich der
Parallelrohre und zugleich eine druckverlustmäßig optimale Auslegung der' Wärmeaustauschfläche
nicht in alien Fällen möglich ist.
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Mit Rücksicht auf eine gleich starke Beheizung bzw Kühlung der Parallelströme
des inneren Mediums ist es üblich, die haarnadel-.
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förmig gebogenen Parallelrohre des Wärmeaustauschers registerartig
so aneinander zu reihen, daß sich jedes Parallelrohr mit seinen Strängen über den
gleichen Temperaturbereich des äußeren Mediums erstreckt und in jeder (bzw. in jeder
zweiten) Rohrlage quer zum Strom den äußeren Mediums mit der gleichen Stranganzahl
vertreten ist. Die haarnadelförmige und auf rechteckige'Zugquerschnitte b schränkte
Wicklung der Parallelrohre schreitet daher in Strömungsrichtung des äußeren Mediums
und nicht - wie bei der Flachlagenwicklung - quer zu dieser Strömungsrichtung fort.
Der Nachteil einer solchen Rohranordnung liegt darin, daß der Abstand von Rohr lage
zu Rohrlage bzw. die Rohrlängsteilung durch den Biegeradius der Rohrbögen nach unten
begrenzt ist, so daß die Wärmeauatauschfläche bzw. das Rohrpaket meist' eine größere
Bauhöhe bzw. Baulänge aufweist als bei Anwendung einer flachen Rohrlagenwicklung.
Außerdem bedingt der größere Lagenabstand eine kompliziertere Rohrhalterung, während
bei der flachen Rohrlagenwicklung distanzierende Flacheisen zwischen den einzelnen
Rohrlagen genügen.
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Soll die Wärmeaustauschfläche einen zylindrischen Hohlraum, s.B.
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den zylindrischen Feuerraum von Schnelldampferzeugern, umgeben, so
werden ihre Parallelrohre sohraubenförmig herumgewickelt, wobei der Wicklungsradius
von innen nach außen und damit von Parallelrohr zu Parallelrohr wächst. Die Parallelrohre
liegen zwar gemeinsam
im gleichen Temperaturfeld des äußeren Mediums,
haben aber wegen ihres verschiedenen Wicklungsradius eine, verachieden große Rohrlänge,
so daß die Parallèlströme des inneren Mediums nicht gleich stark erwärmt bzw. gekühlt
werden, was - insbesondere bei Teilverdampfung - zu einer ungleichen Verteilung
des inneren Mediums auf die einzelnen Parallelrohre führen kann.
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Die Erfindung hat die Aufgabe die erwähnten Nachteile sowohl der bekannten
Flachlagenwicklungen als auch der herkömmlichen haarnadelförmigen Rohrqicklungen,
wie Doppellangengliederung der Parallelrohre, Unveränderlichkeit bzw. begrenzung
der Hohrquerteilung, Einschränkung einer druckverlustmäßig optimalen Flächenauslegung,
ungleiche Länge bzw. ungleiche Beheizung bder Kehlung der Parallelrohre und des
inneren Mediums und kompliziertere aohrhalterung, zu vermeiden. Der ErSindung liegen
folgende Uberlegungen zugrunde: Der Strömungsquerschnitt des äußeren Mediums ist
abhängig vom äußeren Rohrdurchmessers der Rohrquerteilung und der gesamten Rohrlänge
der flachen Rohrlage des Kreuzstrom-Wärmeaustauschers. Die Wärmeaustauschfläche
ist abhängig vom äußeren Rohrdurchmesser und der gesamten Lagenrohrlänge. sas der
Anzahl der Rohrlagen entsprechende vielfache der Rohrlagenfläche ist gleich der
tiesamtfläche des Kreutzstrom-Wärmeazstauschers. Der Strömungsquerschnitt des inneren
Mediums ist abhängig vom inneren Rohrdurchmesser und der Anzahl der Parallelrohre.
ver Druckverlust des äußeren Mediums hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit des
Mediums und der Rohrlagenanzahl des Wärmeaustauschers. ver Druckverlust des inneren
Mediums hängt.ab von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, dem inneren Rohrduchmesser
und der Parallelrohrlänge. Die Wärmedurchgangszahl hängt ab von den Strömungsgeschwindigkeiten
des inneren und äußeren Mediums, dem inneren und äußeren tohrdurchmesser und der
Anzahl der Rohrlagen, so daß auch die Gesamtfläche des Kreuzstrom-Wärmeaustauschers
von diesen Größen abhängig ist. Aus der Querschnittsabhängigkeit der beiden Strömungsgeschwindigkeiten
rolgt schließlich, daß auch die beiderseitigen druckverluste und die Warmeaustauschfläche
von den influßgrößen der Strömungsquer schnitte abhängig sind. Bei festen Werten
des äußeren und inneren Rohrdurchmessers und der Rohrquerteilung ändern sich sprunghaft
der äußere Druckverlust mit der Anzahl der Rohrlagen und der innere Druckverlust
mit der Anzahl der Parallelrohre, , w während sich dabei die Waärmeaustauschfläche
weniger sprunghaft mit der Rohrlagen- und
Parallelrohrzahl andert.
Daraus folgt, daß schon eihe geringe snderung der Rohrlagen- bzw0 Parallelrohrzahl
um 1 oder 2 Rohrlagen bzw. Parallelrohre zu einer sprunghaSten Änderung der beiden
Druckverluste bei verhältnismäßig geringer Änderung der Wärmeaustauschflache führt,
so daß eine strömungstechnisch günstige Aufteilung der Parallelrohrzahl auf die
jeweils erforderliche Rohrlagenzahl bei gleicher Länge der Parallelrohre ohne Variation
des Rohrdurchmessers und der Rohrquerteilung nur in den seltensten Fällen erreichbar
ist. Nur durch die Wahl einer anderen Rohrquerteilung und/oder anderer äußerer und
innerer Rohrdurchmesser, die zugleich zu anderen Rohrlagen- und Parallelrohrzahlen
führen kann, hat man es in.der Hand, eine auf die Rohrlagenzahl druckv"erlustmäßig
gianstige Aufteilung der Parallelrohrzahl bei gleicher Parallelrohr länge zu erreichen9
so daß durch eine entsprechende Rohrlagenfolge lediglich ein Beheizungs- bzw. Hühlungsausgleieh
zwischen den Parallelrohren im Sinne der Erfindung angestrebt zu werden braucht.
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Wird die Gesamtfläche des Kreuzstrom-Wärmeaustauschers von mehreren
parallelrohren gebildet, wie es bei der vorteilhaften Verwendung kleinerer Rohrdurchmesser
aus Gründen des inneren Druckverlustes meistens der Fall ist, so.kann bei Anwendung
der flachen Rohrlagenwicklung ein Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich zwischen den
Parallelrohren auf folgende Weise herbeigeführt werden: Nach d,ruckverlustgemäßer
Abstimmung der Rohrlagen- und parallel rohrzahlen (durch Variation der Hohrdurchmesser
und der Rohrquerteilung) unterteilt man die Gesamtfläche des Kreuzstrom-Wärmeaustauschers
in mindestens zwei oder mehrere Rohrlagengruppen mit je gleicher Rohrlagenzahl,
so daß in jeder uruppenrohrlage die gleiche Anzahl von Parallelrohren vertreten
ist. Die gesamte Parallelrohrzahl einer Rohrlagengruppe verteilt sich also mit gleichem
Anteil auf die einzelnen Rohrlagen der Gruppe. Entsprechend der Rohrlagenfolge jeder
Gruppe in der Strömungsrichtung des äußeren Mediums werden die Parallelrohrabschnitte
jeder Rohrlangengruppe von Rohrlage zu Rohrlage weniger stark beheizt bzw. gekühlt.
Da nun die Parallelrohre gemäß der erfindung in gleicher Weise in aer jeweils folgenden
Rohrlagengruppe'vertreten sind, braucht man bezüglich des inneren Durchflusses der
Parallelrohre, d.h. bezüglich des Jinschlusses an die Parallelrohrabschnitte der
folgenden, Rohrlagengruppe nur die Rohrlagenfolge dieser kruppe gegenüber derjenigen
der vorhergehenden Rohrlagengruppe in der Weise zu vertauschen,
daß
fortlaufend miteinander verbunden werden: die Parallelrohrabschnitte der ersten
Lage der ersten Gruppe, ddr letzten Lage der zweiten Gruppe, der ersten Lage der
dritten uruppe, der letzten Lage der vierten Gruppe usf0, die Parallelrohrabschnitte
der zweiten Lage der ersten Gruppe, der vorletzten Lage der zweiten Gruppe, der
zweiten Lage der dritten Gruppe, der vorletzten Lage der vierten Gruppe usf., die
Parallelrohrabschnitte der letzten Lage der ersten Gruppe, der ersten Lage der zweiten
kruppe, der letzten Lage der dritten Gruppe, der ersten Lage der vierten Gruppe
usf..
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Die stärker beheizten bzw. gekühlten Rohrlagen bzw. ihre Parallelrohrabschnitte
einer Rohrlagengruppe werden also mit den entsprechend schwächer beheizten bzw.
gekühlten Rohrlagen bzw. Parallelrohrabschnitten der folgenden Rohrlagengruppe und
umgekehrt verbunden, was - wie sich durch berechnung der Endtemperatur bzw. des
sampranteils der Parallelströme des inneren Mediums beweisen läßt -zum angestrebten
Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich zwischen den Parallelrohren der flachen Rohrlagenwicklung
führt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die unterbringung mehrerer Pårallelrohrabschnitte
in Einzelrohrlagen, die druckverlustgemäße freie Wahl der Rohrquerteilung und der
aohrdurchmesser sowie die Abstimmung der Rohrlagen- und Parallelrohrzahlen nach
Maßgabe des äußeren und inneren Druckverlustes in verbindung mit dem Beheizungs-
bzw.
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Kühlungsausgleich zwischen den Parallelrohren.
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In den Abbildungen 1 bis 16 sind einige beispiele dieses Wicklungsprinzips
für flache Rohrlagen von Kreuzstrom-Wärmeaustauschern mit in der Strömungsrichtung
des äußeren Mediums durch gruppenweise Umkehr der Rohrlagenfolge erfolgendem kangenänertem,
in der Praxis aber meist hinreichendem) Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich dar,-gestellt.
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Abb. 1 zeigt eine nahezu zylindrisch-runde Wärmeaustauschfläche mit
spiralförmig gewickelten flachen Rohrlagen im Grundriß0 Abb. 2 zeigt dieselbe Wärmeaustauschfläche
in der Ansicht.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die spiralförmig parallel gewickelten
am äußeren Wicklungsrand beginnenden und vom wioklungszentrum wieder an den Außenrand
zurückkehrenden Rohre 1, 2 und 3 vier flache zohrlagen a,
4, 5 und
6 vier flache ohrlagen b, 8 8 und 9 vier flache Rohrlagen c, 10, 11 und 12 vier
flache Rohrlagen d, 13, 14 und 15 vier rlacne Rohrlagen e.
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Die Rohrlagen a bis e bilden vier Lagengruppen 1, II, III und IV,
in denen die ohrlagen abwechselnd in alphabetischer und alphabetisch umgekehrter
Reihenfolge aufeinanderfolgen. Da die Parallelrohre jeder Rohrlage im Zentrum der
Lagenwicklung über einen in der Lagenebene liegenden Rohrbogen umkehren, liegen
sowohl die Einals auch die Austrittsenden der Parallelrohre am äußeren Wicklungsrand,
so daß sich die Rohrenden der mit gleichen Buchstaben gekennzeichneten Rohrlagen
von Lagengruppe zu Lagengruppe durch äußere mit der Nummer der jeweiligen Parallelrohre
gekennzeichnete Rohrstränge verbinden lassen. Auf Grund der gruppenweise abwechselnden
Umkehr der Lagenreihenfolge gelangen diejeweiligen drei Parallelrohre und das in
ihnen strömende innere Medium gemäß der von Lage zu Lage zu- oder abnehmenden Temperatur
des äußeren Mediums aus der höheren bzw. niedrigeren Beheizungs bzw. Kühlungszone
der einen Rohrlagengruppe in die entsprechend niedrigere bzw, höhere 3eheizungs-
bzw. Kühlungszone der folgenden Lagengruppe usf.0 Die Umkehr der Rohrlagenfolge
von Lagengruppe zu Lagengruppe führt daher zu einem angenäherten, in den meisten
Fällen ausreichenden Beheizungs- bzw. Kühlungsausgleich zwischen sämtlichen Parallelrohren,
d.h. die gesamte Erwärmung, Verdampfung oder Kühlung des inneren Mediums weist an
Austrittsende aller Parallelrohre bei gleichem Rohrdurchmesser, gleicher Rohrlänge
und gleicher Rohrquerteilung nur geringe Abweichungen auf. Gegebenenfalls können
solche Abweichungen durch eine lagenweise Änderung der äußer'en Wärmeübergangszahl
- z.30 durch Ändern der Rohrquerteilung - weiter herabgesetzt bzw. beseitigt werden.
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Abb. 3 zeigt, strichförmig nebeneinander gestellt, den Wicklungsverlauf
der Parallelrohre 1, 2 und 3 der vier Rohrlagen a'der in Abb. 1 und 2 dargestellten
und vorstehend beschriebenen Wärmeaustauschfläche im Grundriß.
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Abb. 4 zeigt, strichförmig nebeneinander und- zur Kennzeichnung der
Einzelfertigungs- und Zusammenbaumöglichkeit in der Höhe versetzt dargestellt, den
Wicklungsverlauf derselben Parallelrohre 1, 2 und 3 in der Ansicht.
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Die zu gemeinsamen Rohrlagen gehörenden Parallelrohre können also
mit
den zugehbrigen den Lagenabstand am äußeren Wicklungsrand festlegenden Verbindungssträngen
einzeln gefertigt, dann höhenversetzt seitlich bzw. wagerecht ineinander und schließlich
vertikal in die gemeinsamen Ilagenebenen geschoben werden, -so daß ihnen in jeder
Lagengruppe bereits bei der Einzelfertigung die der wechselnden Lagenfolge entsprechenden
Rohrlagen zugewiesen werden.
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Abb. 5 zeigt, zur Kennzeichnung der Zusamenbaumöglichkeit seitlich
verschoben und strichförmig dargestellt, die fünf Parallelrohrruppen mit den vier
Rohrlagen a bzw. b, c, d, e der in Abb. 1 und 2 dargestellten Wärmeaustauschfläche
in der Ansicht.
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Ebenso wie die Parallelrohre 1, 2 und 3 (nach Abb. 3 und 4) können
auch die Parallelrohre 4 bis 15 einzeln gefertigt und zu Parallelrohrgruppen mit
je vier Rohrlagen und dem der Rohrlagenfolge jeweils zugeordneten Rohrlagenabstand
zusammengefgt werden. Die Verbindungsstränge der Rohrlagen können am äußeren wicklungsrand
von vornherein so zusammenbaugerecht angeordnet werden, daß alle Parallelrohrgruppen
gemaß Abb. 5 seitlich zu der in Abb. 2 dargestellten Wärmeaustauschfläche mit von
Lagengruppe zu magengruppe umgekehrter Rohrlagenfolge zusammengebaut werden können.
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Abb. 6 zeigt zwei spiegelbildlich nebeneinander liegende, durch eine
Zwischenwandung von einander getrennte und gemeinsam zylindrisch ummantelbare Wärmeaustauschflächen
mit halbkreisförmiger Flachlagenwicklung im Grundriß.
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die von den Parallelrohren 1 und 2 bzw. @3 und 4 gebildeten flachen
Rohrlagen der einen bzw. anderen Wärmeaustauschfläche liegen gemäß der Erfindung
zusammen mit weiteren ebenfalls von je zwei Parallelrohren gebildeten xlachlagen
in kin der Strömungsrichtung des äußeren Mediums) aufeinander folgenden aohrlagengruppen,
in denen sich die Rohrlagenfolge von Lagengruppe zu Lagengruppe umkehrt. Der Abstand
der zu gleichen Parallelrohren gehörenden Rohrlagen kann entsprechend der gruppenweise
abwechselnden Lagenfolge bereits bei der Einzelfertigung durch die am Wicklungsrand
in der Nähe der Zwischenwandung 5 zusammenbaugerecht angeordneten Verbindungestränge
festgelegt werden. Größere wicklungsbedingte Durchflußspalte (im bereich der umkehrbögen
und im Mittelfeld des Gosamtquerschnitts) können durch Sperrbleche oder PUllkörper
abgedeckt bzw. eingeengt werden. Die halbkre ißflächenförmigen Flache lagen ermöglichen
eine gemeinsame zylindrische Ummantelung der beiden benachbarten Kreuzstrom-Wärmeaustauscher.
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Abb. 7 zeigt drei gleiche durch Zwischenwände von einander getrennte
und gemeinsam zylindrisch ummantelbare Wärmeaustauschflächen mit kreissektorförmigen
Flachlagenwicklung im Grundriß.
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Die von den Rohren 1, 2 und 3 gebildeten flachen tohrlagen der ersten,
zweiten bzw. dritten Wärmeaustauschfläche liegen zusammen mit weiteren ebenfalls
von je einem Kohr gebildeten Flachlagen gemäß der erfindung in tin der Strömungsrichtung
des äußeren Mediums) aufeinander folgenden Rohrlagengruppen, in denen sich die Rohrlagenfolge
von Lagengruppe zu Lagengruppe umkehrt. Es gilt daher für Abb. 7 das bereits zu
itbb. 6 Gesagte, wobei lediglich der von den Flachlagen der drei Wärmeaustauschflächen
eingenommene Kreisquerschnitt durch die Zwischenwandung 4 in drei gleiche Kreissektoren
(statt; wie in Abb. 6, in zwei Halbkreisfläche unterteilt wird.
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Die größeren Durchflußspalte zwischen den Rohrbögen der Plachlagen
können entweder.durch bperrbleche bzw. Füllkörper oder durch eine äquidistante konzentrische
Rohrbogenanordnung aur ein Normalmaß herabgesetzt werden. Im zweiten Pall würden
sich an Stelle der größeren Rohrbogen-Zwischenspalte lediglich in den Ecken von
Ummantelung und Zwischenwandung größere Durchflußspalte ergeben, die entweder aDgedeckt
oder als Bypaßquerschnitt gegen die Wicklung abgegrenzt werden können.
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Die gemeinsame Ummantelung von zwei oder mehreren gleich oder verschieden
großen und auf der Seite des äußeren Mediums durch Zwischenwände von einander getrennten
Wärmeaustauschflächen mit gemäß der Erfindung gruppenweiser Umkehr der Flachlagenfolge
ermöglicht nicht nur die Ausführung von kubischen, sondern nach Abb. 6 und 7 auch
von zylindrischen Mehrlingsbauformen. Solche gemeinsam ummantelten und isolierten,
im Xreisquerschnitt zyklisch zusammengestellten Mehrlings-Wärmeaustauscher bieten
z.B. als Schiffsabgaskessel bzw. abgasbeheizte Thermoöl-Durchlauferhitzer bei der
Abwärmeverwertung der Abgase von zwei oder mehreren Schiffsdieselmotoren bauliche
und räumliche Vorteile.
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Abb. 8 zeigt eine abwandlung der in Abb. 1 und 2 dargestellten Wärmeaustauschfläche
im Grundriß.
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Abb. 9 zeigt dieselbe Wärmeaustauschfläche im Längsschnitt.
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Bei diesemAusführungsbeispiel mit vier Flachlagengruppen, in dener
die von je drei Parallelrohren gebildeten flachen Rohrlagen a mit den Parallelrohren
1, 2 und 3,
b mit den Parallelrohren 4, 5 und 6, c mit den Parallelrohren
7, 8 und 9, d mit den Parallelrohren 10, 11 und 12 vertreten sind, sind im Gegensatz
zur Rohrwicklung nach Abb. 1 die (zur Rückführung der Parallelrohre an den äußeren
Wicklungsrand erforderlichen) Umkehrbögen der drei Parallelrohre jeder Rohrlage
vom Wicklungszentrum radial nach außen verschoben und außerdem in Umfangsrichtung
um ein Drittel des Xreisumfangs, also um 200, gegeneinander versetzt. Dadurch wird
im Zentrum der Wärmeaustauschflache ein Hohlraum geschaffen, in dem z.. ein Hohlzylinder
13 als innere Bypaßabgrenzung gegen die ihn umgebende Wärmeaustauchfläche zur Aufnahme
eines entsprechend ausgebildeten, axial beweglichen Bypaßschiebers 14 mit oberer
kreisförmiger Abdeckscheibe 15 und unterer kreisringförmiger Abdeckscheibe 16 eingesetzt
werden kann.In der schraffierten Längsschnitt-Stellung des Bypaßschiebers gelangt
aas äußere medium durch die unteren Eintrittsschlitze des Schiebers entsprechend
der Pfeilrichtung zur Wärmeaustauschrläche, während die Abdeokscheibe 15 den bypaß
13 verscnließt.
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Wird der Bypaßschieber dagegen bis in die strichpunkiert dargestellte
Lage gebracht, so versonließt aie mitverschobene untere Abdeckscheibe 16 an der
Unterkante aer stützenden Querträger (in deren Bereich Stegbleche die erforderliche
Einschlitzung des Bypaß mantels 1S abdichten) den Zutritt des äußeren Mediums zur
Wärmeaustauschfläche, während die obere angehobene Abdeckscheibe 15 den Durchtritt
des äußeren mediums durcn die oberen austrittsschlitze des Bypaßschiebers 14 freigibt,
In den Zwischenstellungen des Bypaßschiebers strömt somit ein Teil des äußeren Mediums
durch die peripherische wärmeaustauschfläche, der andere Teil durch den zentralen
Bypaß, so daß die Erwärmung, Verdampfung bzw. Kühlung des inneren Mediums geregelt
werden kann. In Abb. 8 gestrichelt angedeutete Sperrbleche bzw. Füllkörper dienen
wieder zur Verengung größerer wicklungsbedingter Durchflußspalte. Trotz gleichmäßiger
Verteilung der den Lagenabstand und die gruppenweise Umkehr der Lagenfolge bestimmenden
Verbindungsstränge 1 bis 12 am äußeren Wicklungsumfang ist eine Einzelfertigung
aller Parallelrohre und ihr Zusammenbau in radialer Richtung (etwa in Richtung des
zwischen den Verbindungssträngen 5 und 8 verlaufenden Lagendurohmessers) möglich.
Der Bypaßschieber kann zum Zweck des nachträglichen Einbaus in (z.B. schraubbar
verbundene) Einzelteile unterteilt werden.
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Äbb. 10 zeigt zwei durch eine Zwischenwandung voneinander getrennte
Wärmeaustauschflächen in Zwillingsbauform mit spiegelbildlichen rechteckförmig gewickelten
flachen Rohrlagen im Grundriß.
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Abb. 11 zeigt dasselbe Wärmeaustauschflächenpaar je zur Hälfte im
Längsschnitt und in der Ansicht.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist die Plachlagenwicklung
gerade von innen nach. außen länger werdende Rohrstrangabschnitte mit 90°-Rohrbögen
auf. Auch bei diesen rechteckigen Flachlegen verläuft die Wicklung der jeweiligen
zwei Parallelrohre vom äußeren Wicklungsrand zur Lagenmitte und danach über Umkehrbögen
zurück zum Wicklungarand, so daß wieder sowohl der Lagenabstand als auch die gruppenweise
Umkehr der Rohriagenfolge mit der Möglichkeit einer Einzelfertigung der Parallelrohre
durch Verbindungsstränge zusammenbaugerecht festgelegt werden kann. Im tbrigen bilden
in den vier Lagengruppen jeder der beiden Wärmeaustauschflächen die Parallelrohre
1 und 2 die Lagen a, die Parallelrohre 3 und 4 die Lagen b, die Parallelrohre 5
und 6 die Lagen c, die Parallelrohre 7 und 8 die Lagen d.
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Die Trennwand 9 zwischen den beiden Wärmeaustauschflächen ist erforderlich,
wenn die beiden Ströme des äußeren Mediums verschiedener Herkunft sind, also z.B.
als Abgas von zwei Dieselmotoren herrühren, um so eine gegenseitige Beeinträchtigung
vorgeschalteter Aggregate (z.3. Dieselmotoren) zu verhüten. Dabei steht auch der
Anordnung eines Bypasses mit 3ypaßschieber zwischen den beiden Wärmeaustauschflächen
innerhalb der gemeinsamen Ummantelung nichts im Wege.
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Abb. 12 zeigt eine Wärmeaustauschfläche mit kreisringförmig gewickelten
flachen Rohrlagen im Grundriß.
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Abb. 13 zeigt dieselbe \Iärmeaustauschfläclie teils im Längsschnitt,
teils in der sicht.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in jeder Rohrlage nur ein Rohr
der drei Parallelrohre 1, 2 und 3 vertreten. In jeder der vier Lagen gruppen bilden
Rohr 1 die Lage a, Rohr 2 die Lage b und Rohr 3 die Lage Durch entsprechende Verbindungsstränge
am äußeren Wieklungsrand festgelegt, kehrt sich erfindungsgemäß die Rohrlage folge
von Lagengruppe zu Lagengruppe um. Die kreisringförmige Wärmeaustauschfläche
eignet
sich besonders als konvektive Nachschaltheizfläche um zylindrische in bb. 12 und
13 strichpunktiert angedeutete) Brennkammerwicklungen, z.B. von Schnelldampferzeugern
oder ölgefeuerten Thermoöl- Durchlauferhitzern, an Stelle der sonst üblichen schraubenförmigen
Rohrwicklung, bei der aber die Parallelrohre wegen der Änderung des Wicklungsradius
verschieden lang sind.
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Da sämtliche Verbindungsstränge auf der gleichen Wärmeaustauscherseite
liegen, müssen sie - ähnlich wie in Abbd 12 dargestellt - für die zusammenbaugerechte
Einzelfertigung der Parallelrohre entsprechend abgebogen werden.
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Abb. 14 zeigt eine Wärmeaustauschfläche mit spiralförmig gewickelten
Flachlagen und versetzter Rohranordnung im Grundriß.
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Abb. 15 zeigt dieselbe Wärmeaustauschfläche, dreifach axial aneinander
gereiht, zur Hälfte im Längsschnitt und in der Ansicht.
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Abb. 16 zeigt dieselbe Wärmeaustauschfläche, auf der Seite beider
medien mit einer zweiten Wärmeaustauschfläche axial parallel geschaltet, in der
Ansicht.
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Die von Je einem der zehn Parallelrohre 1 bis 10 gebildeten, versetzt
angeordneten und spiralförmig gewickelten flachen xohrlagen -a bis k sind in zwei
magengruppen mit erfindungagemäß umgekehrter Rohrlagenfolge in einen zylindrischen
Mantel 11 mit den Ein- bzw.
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Austrittsstutzen 12 und 13 für die Zu- und Abführung des äußeren Mediums
eingebaut. Durch die Ein- bzw. Austrittsstutzen 14 und 15 der Endkammern wird das
innere Medium zu- bzw. abgeführt. lurch die Abschlußböden 16 und 17 des Mantels
11 münden die Ein- bzw.
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Austrittsenden der zehn Parallelrohre in die Endkammernt so daß sich
das innere Medium auf alle Parallelrohre verteilen kann. Mindestens einer der beiden
Abschlußböden 16 bzw. 17 wird zweckmäßigerweise für den Ein- und Ausbau der Wärmeaustauschfläche
in einen Flanschring und eine (mit dem flanschring verschraubbare und) durch den
Mantel 11 hindurchführbare kreisförmige Bodenplatte unterteilt.
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Bei axialer aneinanderreihung mehrerer ;/ärmeaustauscher verteilt
bzw. sammelt sich das innere medium benachbarter Wärmeaustauscher in der zwischen
ihren Abschluß böden liegenden gemeinsamen Zwischenkammer. Bei axialer Parallelschaltung
mehrerer separat ummantelter Wärmeaustauschflächen sind lediglicn die Mantelstutzen
12 bzw. 13 und die Kammerstutzen 14 bzw. 15 (Abb. 15) gemaß abb. 16 zu vereinigen.
An den Vereinigungsstellen der Eintrittsstutzen 12 bzw.
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14 können gegebenenfalls Umschaltventile für Wechselbetrieb (an Stelle
eines Parallelbetriebes) vorgesehen werden. Der Plachlagenaufbau der Wärmeaustauschfläche
bringt eine große Elastizität und Unempfindlichkeit gegenüber den (durch unterschiedliche
Wärmeabfuhr bedingten) Wärmedehnungsunterschieden zwischen Mantel und Wärmeaustauschfläche
mit sich, so daß im Mantel keine Dehnungskompensatoren erforderlich sind und der
Wärmeaustauscher durch Wärmespannungen nicht gefährdet wird.
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Patentansprtche 1.IFlache Rohrlagenwicklungen für Kreuzstrom-Wärmeaustauscher
mit am äußeren Wicklungsrand beginnendem und endendem Wicklungsverlauf der Lagen-Parallelrohre,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der vom äußeren Medium durchströmten und
zwei oder mehrere Lagengruppen bildenden Rohrlagen, die Anzahl der vom inneren Medium
durchströmten Parallelrohre in jeder Rohrlage und Lagengruppe, der äußere und innere
Durchmesser und die Querteilung der Parallelrohre bei fluchtender oder versetzter
Rohranordnung nach Maßgabe des höchstzulässigen äußeren und inneren Druckverlustes
festgelegt werden und sich die Reihenfolge der zu gleichen Parallelrohren gehörenden
Flachlagen über die sie am äußeren Wicklungsrand verbindenden Rohrstränge von Rohrlagengruppe
zu Rohrlagengruppe zum zwecke des Beheizungs- oder Kühlungsausgleichs bzw. zur angenähert
gleich starken Erwärmung, Verdampfung bzw, Kühlung der Parallelströme des inneren
Mediums umkehrt.
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2. Flache Rohrlagenwicklungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Parallelrohre jeder Rohrlage spiralförmig gewickelt zum Zwecke einer zylindrischen
bzw. runden Ummantelung des Kreuzstrom-MWarmeaustauschors tri einer nahezu kreisförmigen
Fläche liegen.
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3. Flache Rohrlagenwicklungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Parallelrohre jeder Rohrlage zur Herstellung von zwei spiegelbildlich ausgeführten
halbzylindrischen und gemeinsam zylindrisch ummantelbaren Kreuzstrom- Wärmeaustauschern
in runder Zwillingsbauform mit oder ohne trennende Zwischenwand 1 in einer Halbkreisfläche
liegen.