DE2345243C3 - Dampfbeheizter Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen dampfbeheizten Wärme:- austauscher, insbesondere für Heißwasserheizungen, der innerhalb eines Mantels wendelförmig angeordnete, Wasserdampf und Kondensat enthaltende Rohrleitungen sowie eine kondensatseitige Regelungseinrichtung aufweist.

Ein derartiger dampfbeheizter Wärmeaustauscher ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift 26 478 A. D. 1904 bekannt und besitzt Rohrleitungen, die über einen Teil ihrer Länge kreisförmigen Querschnitt und über die Restlänge einen elliptischen oder nahezu rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Durchflußfläche des Rohrteils mit kreisförmigem Querschnitt größer ist als die Durchflußfläche des Rohrteils mit elliptischem oder nahezu rechteckigem Querschnitt. Die Rohrteile verschiedenen Querschnitts sind spiegelbildlieh zur Rohrmitte, bezogen auf die Rohrlänge, angeordnet, d. h., die beiden Rohrenden besitzen gleichen Querschnitt und dazwischenliegende Rohrbereiche weisen einen anderen Querschnitt auf. Durch diese Gestaltung der Rohrleitungen sollte ein möglichst günstiger Übergang der Wärme auf das die Rohrleitungen umströmende Medium erreicht werden. Die praktische Anwendung hat aber gezeigt, daß der erhoffte Erfolg nicht eintritt.

Aus der österreichischen Patentschrift 2 11 019 ist ein Wärmeaustauscher mit Rohrleitungen bekannt, die einen ovalen Querschnitt und schraubenförmige Windungen besitzen. Die Rohrleitungen sind ferner derart angeordnet, daß die wärmeaustauschende Oberfläche je Raumeinheit des Wärmeaustauschers vom Dampfeintritt bis zum Kondensataustritt stetig zunimmt, damit die je Zeiteinheit ausgetauschte Wärmemenge in jeder Raumeinheit des Wärmeaustauschers ungefähr gleich groß ist. Durch diese Druckschrift wird somit die Lehre erteilt, über die Länge des Wärmeaustauschers die wärmeaustauschende Oberfläche zu vergrößern. Diese Maßnahme bringt technische Vorteile mit sich und wird in vielfältiger Form angewandt.

Eine vom Prinzip her ähnliche technische Lehre läßt sich schließlich auch der deutschen Patentschrift 10 71 729 entnehmen, durch die zur Vermeidung von durch Dampfbildung hervorgerufenen Dampf- und Wasserschlägen empfohlen wird, die Heizrohre derart auszubilden, daß die wärmetauschende Oberfläche des Heizrohrsystems in der Richtung vom Dampfeintritt zum Kondensataustritt wenigstens im oberen Teil des Heizsystems zunimmt.

Aus der deutschen Patentschrift 4 10 779 ist schließlich noch eine Wärmeaustauschvorrichtung mit einer schlangenlinienförmig angeordneten Rohrleitung bekannt, deren Querschnitt vom einen Ende zum anderen Ende von einer kreisrunden über eine ovale zu einer flachgedrückten Form allmählich übergeht. Diese Gestaltung ist außerordentlich aufwendig und mit hohen Herstellungskosten verbunden, ohne daß sie wirkliche technische Vorzüge besäße.

Der Erfindung liegt gegenüber dem oben skizzierten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwärmeübergang zu verbessern und dazu insbesondere den Wärmeübergang im Kondensatbereich ebenso gut zu gestalten wie bisher schon im Dampfbereich.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Rohrleitungen über einen Teil ihrer Länge kreisförmigen Querschnitt und über die Restlänge einen elÜDtischen oder nahezu rechteckigen Querschnitt mit kleinerer Durchflußfläche als die des kreisförmigen Querschnitts aufweisen und daß das Rohrleitungsteil mit kreisförmigem Querschnitt im Dampfbereich (a) und das Rohrleitungsteil mit elliptischem oder rechieckigem Querschnitt im Kondensatbereich ftyangeordnet sind.

Durch den Querschnitt der Rohrleitungen wird die Volumenänderung bei der Dampfkondensation berücksichtigt, so daß die sich auf Grund der DurchfluQgeschwirdigkeit ergebenden Vorzüge beim Wärmeübergang vollständig auswirken können. Es ist somit möglich, den Wärmeaustauscher mit einer größeren Dampfmenge zu beaufschlagen und die Durchflußgeschwindigkeit im Kondensatteil zu erhöhen, wodurch schließlich die spezifische und effektive Leistung des Wärmeaustauschers verbessert wird.

Die Länge der Rohrleitungsteile verschiedenen Querschnitts ist an den Dampf- bzw. Kondensatbereich angepaßt, damit jeweils optimale Verhältnisse herrschen.

In Weiterbildung der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, daß die Windungen des Rohrleitungsteils mit dem elliptischen oder nahezu rechteckigen Querschnitt einen geringeren Durchmesser als die Windungen des Rohrleitungsteils mit dem kreisförmigen Querschnitt besitzen. Auch hierdurch ist nochmals die Möglichkeit gegeben, den Wärmeübergang zu beeinflussen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen dampfbeheizten Wärmeaustauscher,

Fig.2 einen Schnitt durch eine Rohrleitung in größerem Maßstab.

Ein dampfbeheizter Wärmeaustauscher 1 besteht aus einem Mantel 2 und Rohrleitungen 3, die an den Stirnseiten des Mantels 2 in Anschlußflanschen 4 und 5 enden. Durch den Anschlußflansch 4, der einen größeren Durchmesser besitzt als der Anschlußflansch 5, strömt heißer Dampf in die wendelförmig gestalteten

Rohrleitungen 3, die er als Kondensat an dem Anschlußflansch 5 wieder verläßt. Im Gegenstrom zu dem Dampf und Kondensat strömt das zu erwärmende Heißwasser von dem Anschlußflansch 6 durch das Innere des Mantels zu dem Anschlußflansch 7, der sich am anderen Ende des Wärmeaustauschers 1 befindet.

Der Querschnitt der Rohrleitungen 3 ist, auf ihre Länge bezogen, unterschiedlich, wie aus der Darstellung in F i g. 2 hervorgeht. Der Querschnitt ist im Dampfbereich a kreisförmig und im Kondensatbereich b elliptisch oder rechteckig. Dadurch wird erreicht, daß die dem durchströmenden Medium zur Verfügung stehende Querschnittsfläche der Rohrleitung 3 im Kondensatbereich b geringer ist als im Dampfbereich a, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kondensats größer ist als bei gleichem Querschnitt im Dampf- und Kondensatbereich. Hiermit verbunden ist wiederum ein besserer Wärmeübergang, der den Wirkungsgrad bzw. die Wirtschaftlichkeit des Wärmeaustauschers 1 erhöht.

Die Längen der Rohrleitungsteile 8 mit kreisförmigem Querschnitt bzw. 9 mit rechteckigem oder elliptischem Querschnitt sind derart gewählt, daß im Dampfbereich a im wesentlichen ein großer Querschnitt und im Kondensatbereich b ein geringerer Querschnitt zur Verfugung steht.

Die verschiedene Querschnitte aufweisenden Rohrleitungen 3 sind einstückig und werden in einem geeigneten Herstellungsvorgang aus einer Rohrleitung mit kreisförmigem Querschnitt gefertigt. Die Durchlaufzeit des Kondensats durch den Wärmeaustauscher 1 wird schließlich noch dadurch beeinflußt, daß der Durchmesser c/der Windungen des Rohrleitungsteils 9 eine bestimmte Größe erhält bzw. aufgrund eines rechnerischen Ergebnisses festgelegt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Durchmesser d des Rohrleitungsteils 9 geringer sein als der Durchmesser D des Rohrleitungsteils 8 mit dem kreisförmigen Querschnitt. Auch die Steigung der Windungen und ihr Abstand voneinander ist im Bereich des Rohrleitungsteils 9 variabel und wird an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt.

Schließlich geht aus Fig. 2 hervor, daß die langen Seiten 10 der Windungen des rechteckigen Rohrleitungsteils 9 parallel zur Achse 11 der Rohrleitung 3 verlaufen, wodurch ebenfalls eine kürzere Durchlaufzeit des Kondensats erzielt wird, als wenn die langen Seiten 10 senkrecht zur Achse 11 lägen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dampfbeheizter Wärmeaustauscher, insbesondere für Heißwasserheizungen, der innerhalb eines Mantels wendelförmig angeordnete, Wasserdampf und Kondensat enthaltende Rohrleitungen sowie eine kondensatseitige Regelungseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (3) über einen Teil ihrer Länge kreisförmigen Querschnitt und über die Restlänge einen elliptischen oder nahezu rechteckigen Querschnitt mit kleinerer Durchftußfläche als die des kreisförmigen Querschnitts aufweisen und daß das Rohrleitungsteil (8) mit kreisförmigen Querschnitt im Dampfbereich (a)und das Rohrleitungsteil (9) mit elliptischem oder rechteckigem Querschnitt im Kondensatbereich ^angeordnet sind.

2. Dampfbeheizter Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Rohrleitungsteils (9) mit dem elliptischen oder nahezu rechteckigen Querschnitt einen geringeren Durchmesser (d) als die Windungen des Rohrleitungsteils (8) mit dem kreisförmigen Querschnitt besitzen.