DE2105978B2

DE2105978B2 - Heat exchanger with sectioned metal wall - with sections closing chambers of independent exchanger elements

Info

Publication number: DE2105978B2
Application number: DE2105978A
Authority: DE
Inventors: Attila Dr. Miskolc Biro (Ungarn)
Original assignee: KOHO- ES GEPIPARI MINISZTERIUM TUEZELESTECHNIKAI KUTATOINTEZET MISKOLC (UNGARN)
Current assignee: KOHO- ES GEPIPARI MINISZTERIUM TUEZELESTECHNIKAI KUTATOINTEZET MISKOLC (UNGARN)
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1975-07-31
Also published as: DE2105978A1; AT309652B

Abstract

Recuperator-type heat exchanger has a metallic exchange wall divided into individual sections and enclosing a flue gas channel. The respective free end of a feed connection for the fluid to be heated is directed to the wall surface of an individual section which gives up heat. Each individual section of the wall forms the closure, on the flue gas side, of a chamber of an independent exchanger element attached to a frame and has a non-planar shape. An annular channel connected to the inner space of the chamber and leading to an outlet is fitted at the outer periphery of the individual section of the heat exchanger wall. With a single design, heat transfer to the fluid is at maximum efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft einen als Rekuperator ausgebildeten Wärmetauscher mit einer in Einzelabschnitte aufgeteilten metallischen Wärmetauscherwand, die einen Rauchkanal einschließt, bei dem jeweils das freie Ende eines Zuleitungsanschlusses für das zu erwärmende Fluid auf die wärmeabgebende Wandfläche eines Einzelabschnittes gerichtet ist.The invention relates to a heat exchanger designed as a recuperator with a separate section split metal heat exchanger wall, which includes a smoke channel, in each of which the free End of a supply line connection for the fluid to be heated on the heat-emitting wall surface of a Single section is directed.

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der OE-PS 84 276 bekannt. Bei diesem ist die Wärmetauscherwand mittels Rippen in Einzelabschnitte aufgeteilt, wodurch eine möglichst wirksame Führung des zu erwärmenden Fluids über die Wärmetauscherwand erreicht werden soll.Such a heat exchanger is known from OE-PS 84 276. This is the heat exchanger wall divided into individual sections by means of ribs, whereby the most effective possible guidance of the to be heated Fluids should be reached through the heat exchanger wall.

Der bekannte Wärmetauscher hat den Nachteil, daß er für jeden Einzelfall neu konstruiert werden muß und somit erhebliche Lieferzeiten erforderlich werden. Der bekannte Wärmetauscher hat weiter den Nachteil, daß die Wärmetauscherwand schnell mit Staub und Zunder verschmutzt wird, wodurch die Wärmeübertragung beträchtlich behindert wird. Ferner ist der bekannte Wärmetauscher nur schwierig und unter Inkaufnahme erheblicher Stillstandszeiten zu warten. Dies betrifft insbesondere die Wärmetauscherwand selbst, die bei fortgeschrittener Korrosion vollständig ausgewechselt werden muß.The known heat exchanger has the disadvantage that it has to be redesigned for each individual case and thus considerable delivery times are required. The known heat exchanger has the further disadvantage that the wall of the heat exchanger is quickly contaminated with dust and scale, whereby the heat transfer is considerable is hindered. Furthermore, the known heat exchanger is difficult and more substantial if it is accepted Waiting for downtimes. This applies in particular to the heat exchanger wall itself, which is more advanced Corrosion must be completely replaced.

Praktisch die gleichen Nachteile haben sogenannte <>5 Doppelrohr-Rekuperatoren der beispielsweise aus dem DT-Gbm 18 89 482 bekannten Art. Als weiterer Nachteil kommt bei diesem noch hinzu, daß, um eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit des zu erwärmenden Fluids zu erreichen, der Abstand zwischen den beiden konzentrisch zueinander angeordneten Rohren im Verhältnis zu deren Durchmesser sehr gering (z. B. 20 mm) sein muß. Diese Forderung kann wegen der notwendigen engen Toleranzen nur sehr schwierig erfüllt werden. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch die unterschiedliche Temperatur und Wärmeausdehnung des Innen- und Außenrohres, die zu häufigen Betriebsstörungen führen.So-called <> 5 have practically the same disadvantages Double-pipe recuperators of the type known, for example, from DT-Gbm 18 89 482. Another disadvantage there is also the fact that in order to achieve the highest possible flow rate of the to be heated To achieve fluids, the distance between the two concentrically arranged tubes must be very small in relation to their diameter (e.g. 20 mm). This requirement can be because of the necessary close tolerances can only be met with great difficulty. Further difficulties arise due to the different temperature and thermal expansion of the inner and outer pipes, which are too frequent Cause operational disruptions.

Für in Form eines Doppelrohrs ausgebildete Wärmetauscher ist es aus der DT-PS 6 06 028 bekannt, das Innenrohr in Längsrichtung desselben gewölbt auszuführen und Verkrustungen durch Änderungen der Wölbung abzusprengen. Dazu ist es allerdings erforderlich, im Zwischenraum zwischen den beiden Rohren Druckänderungen hervorzurufen, durch die die Wölbung des Innenrohrs geändert wird.For heat exchangers designed in the form of a double tube, it is known from DT-PS 6 06 028 that Inner tube arched in the longitudinal direction of the same and incrustations due to changes in the curvature blast off. For this, however, it is necessary to change the pressure in the space between the two pipes cause, by which the curvature of the inner tube is changed.

Aus der GB-PS 11 80607 ist es weiterhin bekannt, eine Deckenheizung aus einzelnen Heizungselementen aufzubauen. Durch diese Aufteilung der Heizfläche in ein/eine Elemente läßt sich die Heizung leicht an die Gegebenheiten des zu beheizenden Raumes anpassen.From GB-PS 11 80 607 it is also known to build a ceiling heating system from individual heating elements. This division of the heating surface into one / one element, the heating can easily be adapted to the conditions of the room to be heated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Rekuperator ausgebildeten Wärmetauscher zu schaffen, der bei möglichst wirksamem Wärmeübergang auf das zu erwärmende Fluid einfach aufgebaut, leicht zu warten und möglichst wenige störungsanfällig ist, und der sich leicht verschiedenen Gegebenheiten anpassen läßt.The invention is based on the object of creating a heat exchanger designed as a recuperator, which has a simple structure with the most effective heat transfer to the fluid to be heated, easy to wait and is prone to failure as little as possible, and which can easily adapt to different circumstances leaves.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils ein Einzelabschnitt der Wärmetauscherwand den rauchgasseitigen Abschluß einer Kammer eines selbständigen, an einem Gerüst befestigten Wärmetauscherelementes bildet und eine von einer Ebene abweichende Form aufweist und daß am äußeren Umfang des Einzelabschnittes der Wärmetauscherwand ein mit dem Innenraum der Kammer verbundener, zu einem Auslaß führender Ringkanal angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that in each case an individual section of the heat exchanger wall the flue gas-side closure of a chamber of an independent, attached to a frame Forms heat exchanger element and has a shape deviating from a plane and that on the outside The circumference of the individual section of the heat exchanger wall is connected to the interior of the chamber, is arranged leading to an outlet ring channel.

Da die Einzelabschnitte der Wärmetauscherwand den rauchgasseitigen Abschluß der Kammer eines selbständigen Wärmetauscherelementes bilden, das in praktisch beliebiger Weise an dem ebenfalls beliebig auszubildenden Gerüst befestigt werden kann, läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher eine bequeme Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten hinsichtlich Größe, Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur des wärmeabgebenden Gases erzielen. Dabei sind die Wärmetauscherelemente leicht einzeln auszuwechseln, so daß bei Störungen mit praktisch nicht ins Gewicht fallenden Stillstandszeiten gerechnet werden kann. Hinzu kommt noch, daß die Störungsanfälligkeit dadurch beträchtlich abgesenkt ist, daß durch die von einer Ebene abweichende Form des Einzelabschnittes sich die Form des Einzelabscnittes durch die natürlichen Temperaturschwankungen laufend ändert und so Verkrustungen von der Wärmetauscherwand abgesprengt werden, wodurch auch ein stets optimaler Wärmeübergang erreicht wird.Since the individual sections of the heat exchanger wall form the flue gas-side closure of the chamber of an independent Form heat exchanger element, which is also arbitrary in practically any manner can be attached to be trained scaffolding, can be a convenient in the heat exchanger according to the invention Adaptation to the respective conditions in terms of size, flow speed and Achieve the temperature of the heat emitting gas. The heat exchanger elements can easily be replaced individually, so that in the event of malfunctions, downtimes that are practically insignificant can be expected can. In addition, the susceptibility to failure is considerably reduced that by the the shape of the individual section deviating from a plane changes the shape of the individual section through the natural temperature fluctuations continuously changes and so encrustations from the heat exchanger wall be blasted off, whereby an optimal heat transfer is always achieved.

Vorzugsweise ist am freien Ende des Zuleitungsanschlusses eine Düse angeordnet. Hierdurch läßt sich eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des zu erwärmenden Fluids und damit ein verbesserter Wärmeübergang erreichen.A nozzle is preferably arranged at the free end of the supply line connection. This allows an increased flow rate of the fluid to be heated and thus an improved heat transfer reach.

Die Einzelabschnitte der Wärmetauscherwand sind vorzugsweise pyramidenförmig ausgebildet und somit leicht herstellbar. Zudem ergeben sich bei dieser FormThe individual sections of the heat exchanger wall are preferably pyramid-shaped and thus easy to manufacture. In addition, this form results in

starke Formänderungen infolge von Temperatur-Schwankungen, so daß ihre Oberfläche stets sauber gehalten wird.strong changes in shape as a result of temperature fluctuations, so that their surface is always kept clean.

Ein besonders günstiger Aufbau, der sich leicht an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen läßt und zudem Einsparungen an Material- und iviontagekosten bringt läßt sich erreichen, wenn das Gerüst in an sich bekannter Weise (CH-PS 3 63 038) aus das zu erwärmende Fluid führenden rohrförmigen Ein/elteilen aufgebaut ist. ίοA particularly inexpensive structure that is easy to adapt to the can be adapted to the respective circumstances and also brings savings in material and ivionage costs can be achieved if the framework in a manner known per se (CH-PS 3 63 038) from the to be heated Fluid-carrying tubular parts is constructed. ίο

Zur Erhöhung der Endtemperatur des zu erwärmen den Fluids können mehrere Wärmetauscherelemente fluidseitig miteinander in Reihe geschaltet sein.Several heat exchanger elements can be used to increase the final temperature of the fluid to be heated be connected in series with one another on the fluid side.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtUsing the exemplary embodiment shown in the drawing the invention is explained in more detail. It shows

F i g. 1 den Aufbau eines Wärmetauschers (Schnitt A-A der F i g. 2) undF i g. 1 shows the structure of a heat exchanger (section AA of FIG. 2) and

F i g. 2 eine Seitenansicht des Wärnetauschers.F i g. 2 is a side view of the heat exchanger.

Gemäß Fig. I werden Wärmetauscherelemente 3 von einer, zu einem vorgefertigten Gerüst 1 gehörenden, aus gewalzten Trägern 2 gefertigten Konstruktion gestützt. Die Wärmetauscherelemente 3 sind am Gerüst 1 an vier Stellen durch Verbindungselemente 12 befestigt. Das Gerüst dient zum Transport des zu erwärmenden Fluids. Das zu erwärmende Fluid ströml vom Gerüst 1 zu dem Wärmetauscherelement 3. Die Zuleitungsanschlüsse 4, die zur Einführung des kalten, zu erwärmenden fluids dienen, sind aus gewöhnlichem Stahl gefertigt und an Düsen 5 angeschlossr n. die im Mittelpunkt der Wärmetauscherelemente 3 angeordnet sind. Die Düse 5 beschleunigt das zu erwärmende Fluid und bringt es auf die Wärmetauscherwand 6. Das erwärmte Fluid wird aus der von der Wärmetauscherwand 6 rauchgasseitig abgeschlossenen Kammer 7 seitlieh in einen Ringkanal 8 weitergeführt. Von dort strömt es uurch einen oder mehrere Ausführungsstutzen über eine Überleitung 9 in die Sammelleitung des Verbrauchers. Soll die Vorwärmiemperatur erhöht werden, so können mehrere Elemente derart in Reihe geschaltet werden, daß die Überleitung 9 des ersten Elementes mit der Düse 5 des zweiten Elementes verbunden ist, so daß sich die Temperatur des im ersten Element erwärmten Fluids in den folgenden Elementen weiter erhöht.According to FIG. 1, heat exchanger elements 3 of a structure made of rolled beams 2 belonging to a prefabricated framework 1 supported. The heat exchanger elements 3 are connected to the frame 1 at four points by connecting elements 12 attached. The frame is used to transport the fluid to be heated. The fluid to be heated flows from the frame 1 to the heat exchanger element 3. The supply line connections 4, which are used for the introduction of the cold, to be heated fluids are made of ordinary steel and connected to nozzles 5 n. the im The center of the heat exchanger elements 3 are arranged. The nozzle 5 accelerates the fluid to be heated and brings it to the heat exchanger wall 6. The heated fluid is removed from the heat exchanger wall 6 chamber 7 closed on the flue gas side is continued laterally into an annular channel 8. From there it flows through one or more discharge nozzles via a transition 9 into the collecting line of the consumer. Should the preheating temperature be increased are, so several elements can be connected in series that the transition 9 of the first Element is connected to the nozzle 5 of the second element, so that the temperature of the first Element heated fluid further increased in the following elements.

Das Wärmetauscherelement 3 ist auf seiner äußeren Fläche mit einer Isolierung 10 versehen, die unerwünschte Wärmeverluste verhindert. Die Wärmetauscherwand 6 gegenüber der Isolierung 10 ist zweckmäßigerweise aus 2 mm dickem, wärmebeständigem Cr-Ni-Stahl durch Stanzen gefertigt. Die Wärmetauscherflache ist in Richtung des zur Führung des wärmeabgebenden Mediums dienenden Raumes 11 pyramidenförmig nach außen gewölbt und in Richtung zur Kammer 7 hohl. Die vier Seiten des Pyramidenmantels ändern während des Betriebs infolge der Dilatation oder Verschiebung durch Erwärmung den Radius ihrer Wölbung. Durch Abkühlung nimmt der Radius der Wölbung zu, durch Erwärmung vermindert er sich. Durch die Formänderung der ringsum eingespannten Wärmetauscherfläche werden die auf der Oberfläche anhaftenden Verunreinigungen entfernt.The heat exchanger element 3 is provided on its outer surface with an insulation 10, which is undesirable Prevents heat loss. The heat exchanger wall 6 opposite the insulation 10 is expedient Made of 2 mm thick, heat-resistant Cr-Ni steel manufactured by stamping. The heat exchanger surface is in the direction of to guide the heat emitting The medium serving space 11 is curved in a pyramid shape outward and in the direction of the chamber 7 hollow. The four sides of the pyramid shell change during operation as a result of dilation or displacement by heating the radius of their curvature. As it cools down, the radius of the curvature increases to, with warming it decreases. Due to the change in shape of the heat exchanger surface clamped all around the impurities adhering to the surface are removed.

Durch geeignete Wahl der Zahl der Wärmetauscherelemente 3 können im horizontalen oder im vertikalen Schnitt Wärmetauscher von beliebiger Größe zusammengestellt werden, ohne diese einzeln projektieren zu müssen.By suitable choice of the number of heat exchanger elements 3 can be horizontal or vertical Section heat exchangers of any size can be assembled without projecting them individually have to.

Der Wärmetauscher wird nicht mit einer zusätzlichen Isolierung versehen, da sich die Isolierung auf der äußeren Fläche der Elemente gleichzeitig als Isolierung des Wärmetauschers eignet.The heat exchanger is not provided with additional insulation, as the insulation is on the outer surface of the elements is also suitable as insulation for the heat exchanger.

Es ist zweckmäßig, die Wärmetauscherelemente 3 durch Zusammenschweißen am Umfang angeschweißter wärmebeständiger Platten 13 gasdicht miteinander zu verbinden. Die Überleitung 9 kann während der Fertigung oder beim Zusammenbau isoliert werden. Die Wärmetauscherelemente 3 sind in ihrem Aufbau in Bezug auf ihre eine Diagonale symmetrisch. Diese Diagonale schneidet den zur Ausführung des zu erwärmenden Fluids dienenden Rohrenanschluß. Der horizontale und vertikale Schnitt eines Wärmetauschereiementes ist demnach identisch.It is useful to weld the heat exchanger elements 3 on the circumference by welding them together To connect heat-resistant plates 13 gas-tight to each other. The transition 9 can during manufacture or insulated during assembly. The heat exchanger elements 3 are related in their construction symmetrical on its one diagonal. This diagonal intersects the execution of the to be heated Pipe connection serving fluids. The horizontal and vertical section of a heat exchanger element is therefore identical.

F i g. 2 zeigt die Seitenansicht des Wärmetauschers. Als Beispiel ist ein Strahlungsrekuperator vertikaler Anordnung dargestellt; er kann aber in jeder beliebigen Lage aufgestellt werden. Die Seitenansicht zeigt vier Wärmetauscherelemente 3, ihre Anzahl kann aber in horizontaler oder vertikaler Richtung beliebig groß sein.F i g. 2 shows the side view of the heat exchanger. As an example, a radiation recuperator is more vertical Arrangement shown; but it can be set up in any position. The side view shows four Heat exchanger elements 3, but their number can be as large as desired in the horizontal or vertical direction be.

In F i g. 2 sind das das erwärmte Fluid führende und die Anlage stützende Gerüst 1, die Zuleitungsanschlüsse 4 für das zu erwärmende Fluid, die Wärmetauscherelemente 3 und die das erwärmte Medium durch- bzw. abführenden Überführungen 9 gezeigt. Arbeitet der Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip, so strömt das wärmeabgebende Fluid entlang der Längsachse des Wärmetauschers von unten nach oben.In Fig. 2 are the heated fluid leading and the system supporting framework 1, the supply line connections 4 for the fluid to be heated, the heat exchanger elements 3 and the passages 9 leading through and discharging the heated medium are shown. Does the Heat exchanger based on the countercurrent principle, the heat-emitting fluid flows along the longitudinal axis of the heat exchanger from bottom to top.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. As a recuperator designed heat exchanger with a metal heat exchanger wall divided into individual sections, which includes a smoke channel, in which the free end of a supply line connection for the fluid to be heated is directed towards the heat-emitting wall surface of an individual section, characterized in that each individual section the heat exchanger wall (6) forms the flue gas-side closure of a chamber (7) of an independent heat exchanger element (3) attached to a frame (1) and has a shape deviating from a plane and that on the outer circumference of the individual section of the heat exchanger wall with the interior of the Chamber connected, leading to an outlet ring channel (8) is arranged .

2. Recuperator according to claim 1, characterized in that at the free end of the supply line connection (4) a nozzle (5) arranged ibt.

3. Recuperator according to claim 1 or 2, characterized in that the individual section of the heat exchanger wall (6) is pyramid-shaped.

4. Recuperator according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (1) is constructed from tubular individual parts leading to the fluid to be heated.

5. Recuperator according to one of the preceding claims, characterized in that d. <Ss several Heat exchanger elements (3) are connected in series with one another on the fluid side.