DE1918895A1

DE1918895A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE1918895A1
Application number: DE19691918895
Authority: DE
Inventors: Raymond Waeselynck
Original assignee: Stein and Roubaix SA
Current assignee: Stein and Roubaix SA
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-14
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR1573190A; US3642061A; GB1264837A

Description

84/22/33 8. April 196984/22/33 April 8, 1969

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DR.-!NG. WOLFF, H. BARTELS,DR .-! NG. WOLFF, H. BARTELS,

DR. BRANDES, DR.-ING. HELD Reg.-Nr. 121 847DR. BRANDES, DR.-ING. HELD Reg.-No. 121 847

7 STUHGART-N, LANGE STRASSE 517 STUHGART-N, LANGE STRASSE 51

Firma Stein S Roubaix, Paris 16 (Frankreich)Stein S Roubaix, Paris 16 (France)

WärmetauscherHeat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Erwärmen eines ersten Fluids unter Abkühlung eines zweiten Fluids.The invention relates to a heat exchanger for heating a first fluid while cooling one second fluid.

Bei den bekannten Wärmetauschern fließen die beiden Fluide getrennt auf beiden Seiten ein^r flüssigkeits- oder gasdichten Wand, die gleichzeitig der Ort des Wärmeaustausches ist. Diese Wand kann diejenige eines Rohres, einer Rauchkammer oder dergl. sein. Sie so31 den thermischen und mechanischen Belastungen gewachsen sein, aber auch chemischen Einflüssen, die bei erhöhten Temperaturen auftreten, welcher die Wand ausgesetzt ist, Die bekannten Wärmetauscher sind daher relativ teuer, ihre Lebensdauer ist ungewiß und die Austauschtemperaturen sind nach oben auf Werte beschränkt, die mit der Belastbarkeit im Einklang stehen. Wenn schließlich noch die eine oder die andere Seite der Wand einem korrodierenden Fluid oder einem mit Verunreinigungen beladenen Fluid ausgesetzt ist, liegt in den sich bildenden Ablagerungen eine Gefahr für die Sicherheit des Wärmetauschers. Die Ablagerungen sind außerdem dem Wirkungsgrad des Wärmetauschers abträglich.In the known heat exchangers, the two fluids flow separately on both sides a ^ r liquid- or gas-tight wall, which is also the place of heat exchange. This wall can be that of one Pipe, a smoke chamber or the like. Be. You so31 be able to cope with the thermal and mechanical loads, but also chemical influences that occur with increased Temperatures occur to which the wall is exposed, the known heat exchangers are therefore relatively expensive, their service life is uncertain and the exchange temperatures are limited to values with are consistent with resilience. When finally one or the other side of the wall is one Exposure to corrosive fluid or a fluid laden with contaminants lies in the fluid that forms Deposits pose a risk to the safety of the heat exchanger. The deposits are also the efficiency detrimental to the heat exchanger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der die genannten NcichteileThe invention is therefore based on the object of creating a heat exchanger which has the aforementioned non-parts

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nicht auf v/eist, indem der Erfindungsgedanke realisiert wird, den Wärmetauscher ohne eine Trennwand zwischen den beiden in Wärmeaustausch stehenden Fluiden auszubilden.not on v / eist by realizing the inventive idea the heat exchanger without a partition between the to form both fluids in heat exchange.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine rotations symmetrische Kammer mit einem eine im wesentlichen axiale Strömung des zweiten Fluids oewährleistenden, ±_m wesentlichen axialen Ein- und Auslaß für das zweite Fluid und mit einem eine Rotationsströmung, vorzugsweise eine Zirkularströmung, des ersten Fluids um das /zweite Fluid gewährleistenden, im wesentlichen tangentialen Ein- und Auslaß für das erste Fluid sowie eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels deren das erste Fluid in Rotation mit solchen Winkelgeschwindigkeiten versetzbar ist, daß es sich außerhalb des Bereichs der axialen Strömung im wesentlichen an der Behälterwandung befindet.According to the invention, this object is achieved in that a rotationally symmetrical chamber with an essentially axial flow of the second fluid, ± _m essentially axial inlet and outlet for the second fluid and with a rotational flow, preferably a circular flow, of the first fluid the / second fluid ensuring, essentially tangential inlet and outlet for the first fluid and a device is provided by means of which the first fluid can be set in rotation at such angular velocities that it is outside the range of the axial flow essentially on the container wall is located.

Bei einer bevorzugten Äusführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist die Kammer an der Innenwandung mit einer ein möglichst bei eins liegendes Absorptionsvermögen aufweisenden feuerfesten Verkleidung versehen- Das Material der Verkleidung sollte außerdem möglichst wenig empfindlich gegen Angriffe des mit ihm in Berührung stehenden, eine hohe Temperatur aufweisenden, zu erwärmenden ersten Fluids sein. Die Oberfläche der Verkleidung sollte so vollkommen wie möglich ausgebildet sein, damit sie die Konvektion durch Reibung zwisehen dem ersten Fluid und der Kammerinnenwandung begünstigt, andererseits aber eine Turbulenz begrenzt. Beispielsweise könnte es sich bei dem feuerfesten Material für die Verkleidung um Stahl, um eine keramische Ilasse oder dergl. handeln. Die Kammer- kann an ihrer Innenwandung auch wendeiförmige Flügelteile als Verkleidung auf v/eisen.In a preferred embodiment of the invention The heat exchanger is the chamber on the inner wall with an absorption capacity that is as close as possible to one provided with fire-resistant cladding- The material of the cladding should also As little sensitive as possible to attacks by the high temperature standing in contact with it, be the first fluid to be heated. The surface of the cladding should be as perfect as possible be designed so that they cause convection by friction between the first fluid and the inner wall of the chamber favored, but on the other hand limited turbulence. For example, it could be the refractory material for the cladding to steel, a ceramic Ilasse or the like. Act. The chamber can at hers Inner wall also helical wing parts as cladding on v / iron.

Der bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer als Brennkammer mit einem axialen Brennstoffeinlaß ausge-In the preferred embodiment, the chamber is designed as a combustion chamber with an axial fuel inlet.

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bildet, in der eine Brennzone mit großer Oberfläche und Strahlungsleistung erzeugbar ist, wobei das im wesentlichen axial strönende zweite Fluid durch Verbrennungsgase gebildet ist.forms, in which a focal zone with a large surface and radiant power can be generated, the im essentially axially flowing second fluid is formed by combustion gases.

Die innenwandung der Kammer ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mindestens mit einem Längsschlitz als Falle für die durch Zentrifugalkräfte abgesonderten Staub- oder Hauchpartikel versehen. Der Wärmetauscher übernimmt daher gleichzeitig die Aufgabe, Staub- oder Rauchpartikel nach Art eines Zyklones abzuscheiden.The inside wall of the chamber is the preferred one Embodiment of the heat exchanger according to the invention with at least one longitudinal slot as a trap for the through Centrifugal forces provided separated dust or breath particles. The heat exchanger therefore takes over at the same time the task of separating dust or smoke particles in the manner of a cyclone.

Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher erwärmt das im wesentlichen axial strömende erste Fluid die Innenwandung der Kammer durch Wärmestrahlung. Die Innenwandung gibt diese Wärme durch Konvektion wieder an das zu erwär-In the heat exchanger according to the invention, the essentially axially flowing first fluid heats the inner wall the chamber through thermal radiation. The inner wall gives this heat by convection back to the

_ . _, ., , , . .rotierende, vorzugsweise mende erste Fluid ab, welches exne/schraubenformge Bewegung um die axiale Strömung des zweiten Fluids ausführt. Das zweite Fluid kann beispielsweise durch die Verbrennung von Heizöl gebildet werden, wenn es sich bei dem zu erwärmenden ersten Fluid beispielsweise um Luft handelt. Die Unterschiede in den iiinkelgeschwindigkeiten, den Dichten und den Viskositäten"zwischen beiden Fluiden stehen, wie das Experiment zeigt, einer Vermischung des Verbrennungsgases mit der zu erwärmenden Luft entgegen, so daß diese wenig verschmutzt wird, wenn ihre Entnahme am Auslaß zweckmäßigerweise durch eine Vercchlußvorrichtung begrenzt ist. Die' Verbrennungsgase, die den Wärmetauscher noch mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur verlassen, können einem Dampfkessel oder einen herkömmlichen Wärmetauscher zugeführt werden, in dem der Brennstoff und die Verbrennungsluft eine Vorwärmung erfahren, bevor sie einen Brenner zugeführt werden, nit dem die bevorzugte Ausf ührungsforia des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ausgestattet ist._. _,.,,,. .rotating, preferably emptying first fluid, which exne / helical movement to carry out the axial flow of the second fluid. The second fluid can, for example, through combustion are formed by heating oil if the first fluid to be heated is, for example, air. the Differences in the angular velocities, the densities and the viscosities "between the two fluids are, as the experiment shows, a mixing of the combustion gas with the air to be heated, so that it is less polluted when it is removed from the outlet is expediently limited by a locking device. The 'combustion gases that make up the heat exchanger left at a relatively high temperature, can be fed to a steam boiler or a conventional heat exchanger in which the fuel and the combustion air is preheated before it is fed to a burner, the preferred one Execution form of the heat exchanger according to the invention Is provided.

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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher, bei dem der Wärmeaustausch bei höchsten Temperaturen ohne Zwischenwand zwischen den beiden Fluiden stattfinden kann, .v/eist die Hehrzahl der !lachteile der herkömmlichen Wärmetauscher nicht auf. Die zur Konvektion verhelfenden Oberflächen, welche beliebig unterteilt sein können, werden weder thermisch noch mechanisch praktisch beeinflußt. Ihre Ausdehnung kann unbehindert erfolgen, ohne daß eine Abdichtung erforderlich wäre. Sie sind geschützt vor der Berührung mit Rauchpartikeln und sind daher unempfindlich gegen deren Angriff. *Die Oberflächen sollten dem chemischen Angriff des zu erwärmenden ersten Fluids widerstehen, das in der Mehrzahl der Fälle ein'sauberes und homoqenes, evtl. neutrales Gas ist. Wenn sich schließlich Ablagerungen bilden sollten, geht deren Wirkung nicht dahin, die Innenwandung zu zerstören, sondern sie vor der Wärmestrahlung zu schützen. Darüberhinaus können die Ablagerungen das /ibsorptionsvermögen der Innenwandung positiv verändern.The heat exchanger according to the invention, in which the heat exchange can take place at the highest temperatures without a partition between the two fluids, does not have the majority of the disadvantages of conventional heat exchangers. The surfaces that help convection, which can be subdivided as required, are neither thermally nor mechanically influenced in practice. Their expansion can take place unhindered without the need for a seal. They are protected from contact with smoke particles and are therefore insensitive to their attack. * The surfaces should withstand the chemical attack of the first fluid to be heated, which in the majority of cases is a clean and homogeneous, possibly neutral gas. If deposits should eventually form, their effect is not to destroy the inner wall, but to protect it from thermal radiation. In addition, the deposits can positively change the absorption capacity of the inner wall.

Der Wirkungsgrad des erfindungsgcnäßen Wärmetauschers, definiert als das Verhältnis zwischen der durch Strahlung vom zweiten Fluid abgegebenen Wärmemenge und dem Heizwert des zum zv/eiten Fluid verbrennbaren Brennstoffes, ist umso höher, je höher die Temperatur der Brennzone ist, d.h. je stärker die Verbrennungsluft im voraus auf eine hohe Temperatur erwärmt worden ist. Wenn es sich bei dem zu erwärmenden ersten Fluid nicht um Luft handelt, .^rhält der Brenner gesondert Verbrennungsluft. Wenn es sich dagegen bei dem zu erwärmenden ersten Fluid um Luft handelt, wenn die durch Strahlung abgegebene Wärmemenge beispielsweise 50 % des Heizwertes des Brennstoffes ausmacht und wenn die Verbrennungsluft mit einer Temperatur von 400⁰C eintritt, genügt es, einen kleinen Teil, etwa 1/4, der gesamten Luftmenge für die Verbrennung abzuzweigen, während der Hauptteil der Luftnenge durch Berührung der Innenwandung/Konvektion auf 800⁰C oder 900⁰C erwärmtThe efficiency of the heat exchanger according to the invention, defined as the ratio between the amount of heat given off by radiation from the second fluid and the calorific value of the fuel combustible to the second fluid, is higher the higher the temperature of the combustion zone, ie the stronger the combustion air in advance has been heated to a high temperature. If the first fluid to be heated is not air, the burner will hold combustion air separately. If, on the other hand, the first fluid to be heated is air, if the amount of heat given off by radiation makes up 50% of the calorific value of the fuel, for example, and if the combustion air ^{enters at a temperature of 400 °} C., it is sufficient to add a small part, e.g. 1 divert 4, the entire amount of air for combustion, while the main part of the heated air tightness / by contacting the inner wall / convection to 800 ⁰ C or 900 ⁰ C

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wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Luft im Gegenstrom auf der Außenseite der Kammer geführt"und teilweise durch den tangentialen Einlaß dem Kammerinneren und teilweise als die Verbrennung des Brennstoffes unterhaltender Sauerstoffträger der Brennzone zugeführt.will. In the preferred embodiment, the air is guided in countercurrent on the outside of the chamber "and partly through the tangential inlet to the chamber interior and partly as entertaining the combustion of the fuel Oxygen carriers fed to the combustion zone.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers findet Am^endungen stets dann, wenn beim Erwärmen eines Fluids im Wärmeaustausch das schv/ache Mitreißen des Verbrennungsgase steinen schwerwiegenden Mangel darstellt. Diese Ausführungsform kann beispielsweise bei der Beaufschlagung zweier gleichzeitig betriebener Gasturbinen dienen. In einer der beiden Turbinen werden die Verbrennungsgase: .nach ihrem Durchlauf durch einen herkömmlichen Wärmetauscher (Dampfkessel, Luftvorwärmer mit Röhren) entspannt, welcher die Temperatur der Verbrennungsgase auf einen für die Gasturbine günstigen Wert absenkt (beispielsweise auf 63O°C, wenn der Brennstoff ein ungereinigtes Schweröl ist). Die andere Gasturbine nimmt direkt die nicht verunreinigten und auf eine hohe Temperatur (beispielsweise 800⁰C bis 900⁰C) erwärmten Gase auf, deren Gewicht ein Mehrfaches des Gewichtes der Verbrennungsgase beträgt. Trotz der Verwendung von nicht gereinigtem Schweröl arbeitet die zweite, weit bedeutendere Gasturbine nach einem thermodynamisehen Kreisprozeß mit hohem Wirkungsgrad, ohne daß Korrosionsgefahr besteht.This embodiment of the heat exchanger according to the invention is always used when, when a fluid is heated in the heat exchange, the slow entrainment of the combustion gases represents a serious deficiency. This embodiment can be used, for example, to act on two gas turbines operated at the same time. In one of the two turbines, the combustion gases are expanded: after they have passed through a conventional heat exchanger (steam boiler, air preheater with tubes), which lowers the temperature of the combustion gases to a value that is favorable for the gas turbine (e.g. to 63O ° C if the fuel is on unrefined heavy fuel oil). The other gas turbine directly absorbs the uncontaminated gases which have been heated to a high temperature (for example 800 ^° C. to 900 ^° C.) and whose weight is a multiple of the weight of the combustion gases. Despite the use of heavy oil that has not been purified, the second, far more important gas turbine operates according to a thermodynamic cycle with a high degree of efficiency, without the risk of corrosion.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und zweier Anwendungsbeispiele, welche durch die Zeichnung dargestellt sind, im einzelnen erläutert. Es zeigen:In the following the invention is based on an embodiment and two application examples, which by the Drawing are shown, explained in detail. Show it:

Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels;1 shows a schematic longitudinal section of the exemplary embodiment;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des . ersten Anwendungsbeispieles, undFig. 2 is a schematic representation of the. first application example, and

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Fig. 3 eine schercatische Darstellung des zv/eiten Anwendungsbeispieles.Fig. 3 is a schercatic representation of the zv / first application example.

Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weist eine rotationssymmetrische Hülle 1 auf, die beispielsweise zylindrisch oder kegelstumpf artig ausgebildet sein kann und die ir.it einem Einlaß 2 und einen Auslaß 3 versehen ist, welche axial angeordnet sind. Durch den Einlaß 2 kann beispielsvzeise ein Sauerstoff tragendes heißes Gas zugeführt werden, das mit einem durch einen Brennstoffeinlaß 4 eintretenden Brennstoff oder brennbaren Gemisch zusammentrifft, welches ira Innern der Hülle 1 verbrannt werden soll. Der Auslaß 3 dient im Ausführungsbeispiel zum Entfernen des durch Rauch gebildeten heißen Verbrennungsgases als zweitem Fluid. Die Hülle 1 weist auotüuon einen Einlaß 5 und einen Auslaß 5b für das zu erwärmende erste Fluid auf, welche tangential verlaufen. Hierzu ist beispielsweise eine Volute oder sind Flügel vorgesehen. Das im Ausführungsbeispiel durch Flügel 7 in Rotation versetzte kühle erste Fluid muß eine soweit hinreichende Winkelgeschwindigkeit haben, daß die Zentrifugalkraft das Fluid außerhalb des Bereichs der axialen Strömung des zv/eiten Fluides in wesentlichen an der Innenwandung der Hülle 1 über deren gesamte Länge anordnet. Der Einlaß 5 des zu erwärmenden Fluids ist im wesentlichen so angeordnet, daß dieses Fluid und das wärmeabgebende Fluid im wesentlichen parallel strömen. Man könnte jedoch auch im Gegenstroraverfahren arbeiten. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist aber der tangentiale Einlaß 5 dem axialen Einlaß 2 benachbart, während der tangentiale Auslaß 5b dem axialen Auslaß 3 benachbart ist. Die Entnahme des erwärmten Fliiides* wird durch Verändern des relativen Unterdruckes in einem an den tangentialen Auslaß 5b angeschlossenen Abzugskanal 6 gesteuert.The embodiment of the heat exchanger according to the invention has a rotationally symmetrical shell 1, which can for example be cylindrical or truncated cone-like and which is provided with an inlet 2 and an outlet 3, which are arranged axially. For example, an oxygen-bearing hot gas can be fed through the inlet 2, which gas meets a fuel or combustible mixture entering through a fuel inlet 4 and which is to be burned inside the casing 1. In the exemplary embodiment, the outlet 3 serves to remove the hot combustion gas formed by smoke as the second fluid. The envelope 1 also has an inlet 5 and an outlet 5b for the first fluid to be heated, which are tangential. For this purpose, for example, a volute or wings are provided. The cool first fluid set in rotation by blades 7 in the exemplary embodiment must have an angular velocity sufficient for the centrifugal force to place the fluid outside the area of the axial flow of the second fluid essentially on the inner wall of the shell 1 over its entire length. The inlet 5 of the fluid to be heated is arranged essentially so that this fluid and the heat-emitting fluid flow essentially in parallel. However, one could also work in the counter current method. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, however, the tangential inlet 5 is adjacent to the axial inlet 2, while the tangential outlet 5b is adjacent to the axial outlet 3. The removal of the heated fluid * is controlled by changing the relative negative pressure in a discharge duct 6 connected to the tangential outlet 5b.

Die Innenwandung der Hülle 1 ist vorzugsweise mit der Konvektion dienenden wendeiförmigen Leitflügein 8 versehen.".The inner wall of the envelope 1 is preferably provided with helical guide vanes 8 serving for convection. "

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BADORtGiNALBADORtGiNAL

Die Hülle 1 ist konzentrisch von einem Zylinder 10 \ umgeben, über den zwischen der Hülle 1 und dem Zylinder gebildeten Ittngkanal ist der tangentiale Einlaß 5 mit einem am entgegengesetzten Ende des Uürmetauschers mündenden Zuführkanal 9 verbunden, durch den zu erwärmende und als Verbrennungsluft dienende Luft eintritt, v/elche in dem genannten Ringkanal von der Hülle 1 in einen gewissen llaße vorgewärmt wird, bevor sie quer zu den Flügeln 7 durch den Einlaß 5 eintritt.The shell 1 is concentrically surrounded by a cylinder 10 \ , via the ittng channel formed between the shell 1 and the cylinder, the tangential inlet 5 is connected to a feed channel 9 opening at the opposite end of the ureter, through which the air to be heated and used as combustion air enters which is preheated to a certain extent in said annular channel by the casing 1 before it enters transversely to the wings 7 through the inlet 5.

Das Ausführungsbeisnicl ist offensichtlich einfach und benötigt keine Materialien, die noch bei sehr hohen Temperaturen beständig sind, da die Külle 1 durch die in dem genannten Ringkanal strömende, zu erv/ärmende Luft kontinuierlich abgekühlt wird. Es ist -daher bezüglich der Wandungenksin Korrosionsrisiko zu befürchten.The implementation example is obviously simple and does not require materials that are still stable at very high temperatures, since the cold 1 by the in the called annular channel flowing air to be heated is continuously cooled. It is -therefore regarding the Wallingsin the risk of corrosion.

Der V7ärmetauscher kann zum Vor-, An-oder Wiedererwärmen dienen, einerlei, ob es sich bei dem ersten Fluid um ein Gas oder eine Flüssigkeit handelt. In letztgenannten Fall kann der Wärmetauscher beispielsweise zur Verdampfung irgendeiner Flüssigkeit (eingeschlossen Brennstoffe) dienen, welche vorzugsweise fein in Jem schon erzeugten Dampf verteilt ist und in einen geschlossenen Kreislauf befördert wird und mit der Hülle des Wärmetauschers in Berührung kommt.The heat exchanger can be used for preheating, warming up or reheating, regardless of whether the first fluid is a gas or a liquid. In the latter case, the heat exchanger can be used, for example, to evaporate any liquid (including fuels), which is preferably finely distributed in the vapor already generated and is conveyed into a closed circuit and comes into contact with the shell of the heat exchanger.

Falls es sich bei dem zu erwärmenden ersten Fluid um Luft handelt, kann diese auch zu häuslichen Zwecken, beispielsweise zur Luftheizung, Verwendung finden. Es ist nämlich möglich, den Wärmetauscher so auszulegen, daß die. erwärmte Luft praktisch frei von Verbrennungsgas ist.If the first fluid to be heated is Air, it can also be used for domestic purposes, for example for air heating, use. It is possible to design the heat exchanger in such a way that that the. heated air is practically free of combustion gas.

Fig. 2 zeigt die Verwendung eines erfindungsgenäßen Wärmetauschers 13 in einer zusammengesetzten Anlage nit zwei Gasturbinen 11 und 12 zur Energieerzeugung. HierFig. 2 shows the use of an inventive Heat exchanger 13 in a composite system nit two gas turbines 11 and 12 for generating energy. here

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BAD ORIGlIStAtBATHROOM ORIGLIST

steht der Wärmetauscher 13, der gemäß dem Ausführungs- ' beispiel ausgebildet ist, unter dem Druck, der vor den Turbinen 11 und 12 herrscht. Die Turbine 11, welche die V7eitaus leistungsfähigere der beiden ist, wird von sauberem Gas 14 durchströmt, das auf eine erhöhte Temperatur, beispielsv/eise 85O°C, erwärmt worden ist. Die Turbine 12 nir.imt lediglich die in einem herkömmlichen Wärmetauscher auf eine für den Gebrauch der aschigen und korrodierenden Gase tragbare Temperatur, beispielsweise von 630 C, abgekühlten Verbrennungsgase des Wärmetauschers 13 auf. Wie schon angedeutet, kann der Härmetauscher 15 entweder zum Vorwärmen des sauberen Gases 14 (beispielsweise Luft) und der durch den tangentialen Einlaß 16 in den Wärmetauscher 13 eintretenden Verbrennungsluft oder zum Überhitzen vonis the heat exchanger 13, which according to the execution ' example is formed under the pressure that prevails in front of the turbines 11 and 12. The turbine 11, which the V7eitaus is more powerful of the two, is flowed through by clean gas 14, which is heated to an elevated temperature, for example 85O ° C, has been heated. The turbine 12 nir.imt only those in a conventional heat exchanger cooled to a temperature acceptable for the use of the ashy and corrosive gases, for example 630 ° C Combustion gases of the heat exchanger 13 on. As already indicated, the heat exchanger 15 can either be used Preheating the clean gas 14 (e.g. air) and that through the tangential inlet 16 into the heat exchanger 13 entering combustion air or for overheating

Dampf oder zum Erhitzen einer Wasscrvorlage eines Dampfkessels dienen. Schließlich kann das saubere Gas auch unter erhöhtem Druck in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren, wobei es nacheinander den erfindungsgemäßen-Wärnetauscher 13, die Turbine 11 und nicht dargestellte abkühlende Wärmetauscher durchläuft, bis es wieder dem Eingang' nicht dargestellter Kompressoren zugeführt wird. Die Verbrennungsgase v/erden dagegen ins Freie entlassen, nachdem sie die Turbine 12 und an deren Auslaß angeschlosr sene, nicht dargestellte Wärmetauscher oder Vorwärmer durchlaufen haben. Die Verbrennungsgase des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 13 können jedoch auch neutralisiert,' gereinigt und gefiltert werden, tind zwar vollständig oder teilweise, so daß sie zumindest einen Teil des sauberen Gases im geschlossenen Kreislauf bilden und eventuelle Verluste desselben ausgleichen.Steam or for heating a water supply from a steam boiler to serve. Finally, the clean gas can also be used under increased pressure in a closed circuit circulate, one after the other, the heat exchanger according to the invention 13, the turbine 11 and not shown cooling heat exchanger passes through until it is again the Input 'is supplied to compressors not shown. The combustion gases, however, are released into the open after they have connected the turbine 12 and its outlet have passed through heat exchangers or preheaters, not shown. The combustion gases of the heat exchanger 13 according to the invention can, however, also be neutralized, ' cleaned and filtered, are completely or partially, so that they form at least part of the clean gas in the closed circuit and eventual Compensate for losses of the same.

In Fig. 3 ist eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zum Erwärmen von Erhitzern eines Dampfkessels (oder jedes anderen Eochtemperatur-Wärmetauschers) dargestellt.In Fig. 3 is another application of the invention Heat exchanger for heating the heaters of a steam boiler (or any other high temperature heat exchanger) shown.

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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 18 gemäß dem beschrie-' benen Ausführungsbeispiel liefert ein in einer Leitung 19 strömendes neutrales Gas mit hoher Temperatur, das einen herkömmlichen Röhrenwärmetauscher 20 (Überhitzer, Wiederüberhitzer, ein ganzer Dampfkessel oder irgendein Vorwärmer) durchläuft und mit Hilfe eines Gebläses 21 in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf zirkuliert, dessen Beschickungsverluste über eine Leitung 23 ausgeglichen werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 18 dient gleichzeitig als Zyklon und beseitigt daher die-wenigen suspendierten festen Teilchen. Diese werden bisweilen vom Wärmetauscher 18 abgesondert, dessen Behälterinnenv/andung mindestens einen als Staubfalle dienenden Längsschlitz und einige öffnungen aufweist, durch welche die Staubteilchen intermittierend aufgefangen werden. Wenn das zirkulierende Gas aber sauber ist, wird die Erosion oder Korrosion bei erhöhter Temperatur zumindest vermindert.The heat exchanger 18 according to the invention according to the described ' benen embodiment provides a flowing in a line 19 neutral gas having a high temperature, the one conventional tubular heat exchanger 20 (superheater, re-superheater, a whole steam boiler or any preheater) runs through and with the help of a fan 21 in an im essentially closed circuit circulates, the charging losses compensated for via a line 23 will. The heat exchanger 18 according to the invention serves at the same time as a cyclone and therefore eliminates the-few suspended solid particles. These are sometimes separated from the heat exchanger 18, at least the inside of the container has a longitudinal slot serving as a dust trap and some openings through which the dust particles intermittently. If the circulating gas is clean though, erosion or corrosion will occur increased temperature at least reduced.

Durch eine Veränderung der Drehzahl des Gebläses 21 kann man das Ausmaß des Wärmeaustausches in dem herkömmlichen Wärmetauscher 20 steuern, beispielsweise indem die Überhitzungstemperatur eingestellt wird, falls der Wärmetauscher 20 ein überhitzer sein sollte.By changing the speed of the fan 21 can be the amount of heat exchange in the conventional Control heat exchanger 20, for example by adjusting the overheating temperature, if the heat exchanger 20 should be a superheater.

Diese Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist besonders interessant im Falle einer Anlage mit gemischtem Gas-Dampf-Zyklus, welche einen von unter Druck stehenden Gasen durchlaufenen Dampfkessel aufweist, wobei der erfindungsgemäße Wärmetauscher 18 als Unterdruckbrenner dient und der herkömmliche Wärmetauscher 20 der Hochtemperaturteil des Dampfkessels ist, während ein Strahlverdampfer an den Auslaß des Wärmetauschers 18 für Verbrennungsgase angeschlossen ist. Der Gebrauch eines sauberen Gases im Wärmetauscher 20 senkt die schweren Gefahren, die durch eine ■ rasche Verschmutzung drohen und erlaubt die Anwendung gebündelter Strahle. Darüberhinaus senkt die Beschränkung derThis application of the heat exchanger according to the invention is of particular interest in the case of a system with a mixed gas-steam cycle, which has one of the pressurized Has gases traversed steam boiler, the heat exchanger 18 according to the invention serving as a vacuum burner and the conventional heat exchanger 20 is the high temperature part of the boiler while a jet evaporator is on the outlet of the heat exchanger 18 for combustion gases is connected. The use of a clean gas in the heat exchanger 20 lowers the serious dangers posed by ■ rapid pollution and allows more concentrated use Shine. In addition, the restriction lowers the

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BAD OBtGINALBAD OBtGINAL

Temperatur des den Wärmetauscher 20 durchlaufenden Gases auf 800⁰C oder 850°C das Risiko des Platzens von Rohren durch Überhitzung gelegentlich eines Zwischenfalles in der Zirkulation oder einer abrupten änderung der Belastung stark. Die Gasturbine ist an eine Anzapfleitung 22 für sauberes und heißes Gas angeschlossen, die vor den Wärmetauscher 20 von der Leitung 19 abzweigt und eine der Menge des durch die Leitung 23 vor dem Gebläse 21 in den Kreislauf gelangenden Ersatzgases entsprechende Gasmenge abführt.Temperature of the gas flowing through the heat exchanger 20 to 800 ⁰ C or 850 ° C, the risk of pipes bursting due to overheating, occasionally an incident in the circulation or an abrupt change in the load. The gas turbine is connected to a bleed line 22 for clean and hot gas, which branches off from the line 19 before the heat exchanger 20 and discharges an amount of gas corresponding to the amount of substitute gas entering the circuit through the line 23 before the blower 21.

Weitere Anwendungen des erfindunqsqemäßen Wärmetauschers sind denkbar im Rahmen einer oxydationslosen Erwärmung vor dem Schmieden, Walzen oder Drahtziehen oder einer thermischen Behandlung von verschiedenen metallurgischen Erzeugnissen (Rohre oder Teile aus stark legiertem Stahl oder Nichteisenmetalle beispielsweise)in einer kontrollierten Atmosphäre. In diesen Fällen genügt es, das Gas zweckmäßig auszuwählen, das einen dem Wärmetauscher 20 entsprechenden Wärmetauscher durchläuft,in dem die zu erwärmenden Gegenstände untergebracht sind.Further applications of the heat exchanger according to the invention are conceivable in the context of an oxidation-free heating before forging, rolling or wire drawing or a thermal one Treatment of various metallurgical products (pipes or parts made of high-alloy steel or non-ferrous metals for example) in a controlled atmosphere. In these cases it is sufficient to select the gas appropriately, which passes through a heat exchanger corresponding to the heat exchanger 20, in which the objects to be heated are accommodated are.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmetauscher kann auch in Trockenanlagen verwendet v/erden. Es ist bekannt, daß Trockenanlagen einerseits die Erzeugung eines erheblichen Durchsatzes eines Fluides mit erhöhter Temperatur und andererseits eine mechanische Vorrichtung zum Durcheinanderwirbeln der zu trocknenden Stoffe erfordern. Beide Bedingungen können durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher erfüllt v/erden. Hierzu wählt man für ihn einen hinreichenden Arbeitsdruck aus, so daß die Verbrennungsgase eine Turbine antreiben können, welche die zu trocknenden Stoffe mechanisch in Bewegung setzt. Das durch Luft gebildete heiße Fluid steht somit unter erhöhtem Druck und wird daher von der Anlage mit beträchtlicher Geschwindigkeit ausgestoßen. Die Möglichkeiten für eine Regelung der Anlage steigan in dem Maße, in dem in diesem Fall ein gewisser Teil von Rauch in der heißen Luft zugelassen werden kann. 009815/0 395A heat exchanger designed according to the invention can also used in drying systems. It is known that drying systems on the one hand, the generation of a considerable Throughput of a fluid with elevated temperature and on the other hand require a mechanical device for swirling the fabrics to be dried. Both conditions can be fulfilled by a heat exchanger according to the invention. For this purpose, a sufficient working pressure is selected for him so that the combustion gases can drive a turbine which mechanically feeds the substances to be dried Movement sets. The hot fluid formed by air is therefore under increased pressure and is therefore used by the system ejected at considerable speed. The possibilities for regulating the system increase as which in this case can allow some smoke in the hot air. 009815/0 395

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Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß dem Ausführungsbeispiel wäre die Heizung bewohnter Orte, wobei das saubere Gas einfach aus Luft bestünde, die direkt im Wärmetauscher erhitzt würde und diesen beinahe frei von jeglichen Rauchspuren verlassen würde.Another application of the heat exchanger according to the invention according to the embodiment the heating would be inhabited places, the clean gas would simply consist of air, the would be heated directly in the heat exchanger and would leave it almost free of any traces of smoke.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann auf mancherlei Weise im Rahmen 'des Urfindungsgedankens modifiziert v/erden. Auch die Anwendungsbeispiele ließen sich noch vermehren.The embodiment described can be used in many ways Modified in the context of the original idea of the invention. The application examples could also be increased.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher gemäß dem /vüsführungsbeispiel ist in allen Fällen brauchbar, v/o eine einfache Erwärmung gewünscht wird und eine sehr geringe Verunreinigung des erwärmten Fluids durch Rauch nicht stört.The heat exchanger according to the invention according to the exemplary embodiment is useful in all cases v / o simple heating is desired and very little contamination of the heated fluid does not interfere with smoke.

009815/0395009815/0395

Claims

Patent a ns ρ r ü ehe

heat exchanger for heating a first fluid under Cooling of a second fluid or vice versa, characterized in that a rotationally symmetrical chamber (1) with a substantially axial flow ensuring a substantially axial flow of the second fluid Inlet and outlet (2 or 3) for the second fluid and with a rotational flow of the first fluid around the second fluid ensuring, essentially tangential inlet and outlet (5 or 5a) for the first fluid and a device (7, 8) is provided by means of which the first fluid is in rotation at such angular velocities is displaceable that it is outside the range of the axial flow ixn substantially is located on the chamber wall.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that by means of the device (7 _r 8) the first fluid can be given an axial velocity component so that the second fluid executes a circular flow around the first fluid.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that that the chamber (1) on the inner wall with an absorption capacity which is as close as possible to one having fireproof cladding is provided.

4. Heat exchanger according to claim 2 or 3, characterized in that the chamber (1) is helical on the inner wall Has guide vane (8).

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner wall of the Chamber (1) at least one longitudinal slide as a trap for the dust or dust separated by centrifugal forces Has smoke particles. η fl Q fl 1 R / Π Ί 9 ζ

BP-D ORIGINAL

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in .that the chamber (1) as a combustion chamber equipped with an axial fuel inlet (4)

• is in which a burning zone with a large surface area and radiation power can be generated.

7. Heat exchanger for heating air as the first fluid according to claim 6, characterized in that the air guided in countercurrent on the outside of the chamber (1) and partly through the tangential inlet (7) the interior of the chamber and partially the combustion zone as the oxygen carrier that maintains the combustion of the fuel is feedable.

8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the chamber (1) below Pressure is on.

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