DE2447560A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Beschreibung

zum Patentgesuch

der Firma Clarke Chapman Limited, Victoria Works, Gateshead Co. Durham, WE8 3IIS, England

betreffend:

"Wärmetauscher"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, bei dem die Wärme von einer Wärmequelle auf ein Fluid mittels eines Zwischenwärme-Übertragungsfluids übertragen wird.

Ein solcher Wärmetauscher kann beispielsweise ein Badewannentypheizer sein, bei dem die Wärme von einem Heizer auf ein Fluid mittels eines weiteren Fluids übertragen wird, das als Zwischenübertragungsmedium wirkt.

Bei der Verteilung von Erdgas sind Drudereduzierstationen vorgesehen, um den Gasdruck von einem Bohl'lochdruck von etwa 7o at auf einen viel njadrigeren Druck herabzusetzen, unter dem das Gas mit Sicherheit an den Verbraucher verteilt werden kann. Es ist erforderlich, das Gas aufzuheizen, bevor oder während die Druckreduzierung erfolgt, um ein Vereisen der Installation

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stromabwärts des Druckreduzierventils zu verhindern. Es ist üblich für diesen Zweck einen solchen Badewannenheizer vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmeübertragungswirkungsgrad von indirekten Wärmetauschern, beispielswefee vom Badewannentyp bei Verwendung in Erdgasverteilanlagen zu verbessern.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung, deren wesentliche Merkmale" im Patentanspruch 1 zusammengefaßt sind, umfaßt der Wärmetauscher eine Wärmequelle und mindestens, eine Leitung für das aufzuheizende Fluid. Die Wärmequelle und die Leitung befinden sich innerhalb eines Behälters für das Zwischenübertragungsfluid

und zwischen Wärmequelle und Leitung ist eine Leitwandanordnung so vorgesehen, daß im Betrieb des Wärmetauschers eine Thermo-Siphon-Umlaufströmung des Zwischenübertragungsfluids erfolgt, derart, daß dieses Zwischenübertragungsfluid quer zu der Leitung strömt.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Wärmequelle zwischen einem Paar vertikaler Leitwände angeordnet und eine oder mehrere Leitungen für das aufzuheizende Fluid sind jenseits der Außenseiten jeder Leitwand,gesehen von der Wärmequelle aus, angeordnet.

Die Wärmequelle kann ein Heizkanal sein, durch den Verbrennungsgase von einem .Brenner strömen und umfaßt vorzugsweise eine doppelzügige Anordnung, deren beide Züge übereinander liegen.

In ähnlicher Weise kann ein einziges Rohr für das aufzuheizende Fluid vorgftesehen werden, bestehend aus einer Anzahl von Zügen, die in zwei Vertikalebenen angeordnet sind, wobei jede Ebene nahe einer zugeordneten Leitwand angeordnet ist. Alternativ können jfUoch auch zwei oder mehr Leitungen parallelgeschaltet sein zwischen Einlaß- und Auslaßsammlern, wobei die Sammler vorzugsweise innerhalb des Behälters untergebracht

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In einer bevorzugten Ausführungs form werden die Leitwände an einem Ende durch eine abnehmbare Rohrplatte gehalten, die dazu dient, ein Ende des Behälters zu verschließen und die Leitv/ände werden auf dem Boden des Behälters an einem oder mehreren Punkten zwischen ihrer Längserstreckung abgestützt. Vorzugsweise ist an dem oder jedem dieser Punkte fürjdie Relativbewegung zwischen Leitwänden und Behälter Spiel vorgesehen, um unterschiedliche thermische Expansion aufzunehmen. Falls der Einlaß und der Auslaß für den Heizkanal und für das oder jedes Leitungsrohr an der abnehmbaren Rohrplatte angeordnet sind ua v/enn die Heizkanalteile und die Rohre von den Leitwänden abgestützt sind, kann die gesamte Baugruppe aus Leitwänden, Heizkanal und Leitungsrohren ohne weiteres aus dem Behälter für Wartung oder Reparatur herausgenommen v/erden. Für diesen Zweck sind die Leitwände vorzugsweise in dem Behälter mittels Rollen oder anderen, die Reibung herabsetzenden Einrichtungen, a bgestützt.

Der Behälter für das Zwischenübertragungsfluid hat vorzugsweise Zylinderform, wobei sich die Leitung und der Heizkanal in Axialrichtung erstrecken.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Wärmeaustauscher

gemäß der Erfindung, und Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher

nach Linie 2-2 der Fig. 1.

Der Wärmeaustauscher umfaßt eine Wärmequelle in Form eines zweizügigen Heizkanals Io, der an seinemJSinlaß einen Gasbrenner 12 und eine Flammenfalle 14 aufweist, sowie an seinem Auslaß an einen Abgasschlot 16 angeschlossen ist. Die beiden Züge sind in U-Konfiguration angeordnet, und verlaufenjübereinander. Auf jeder Seite des Feuerzuges^ Io befindet sich eine vertikale Leitplatte 18, die unter Belassung eines Zwischenraumes zwischen ihrem oberen und unteren Ende und dem Gehäuse eines umgebenden

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Behälters 2o angeordnet sind. Der Behälter ist mit Wasser gefüllt und mit einem, an einem Ende offenen Sichtglas, 22, versehen für die Beobachtung des Wasserstandes, sowie mit einem Ausschalter 24 für niedrigen Wasserstand sowie mit einer Ausdehnungskammer 32 mit einem angelenkten Deckel. Um eine konstante Wassertemperatur aufrechtzuerhalten, wird äsr Brenner 12 automatisch geregit in Abhängigkeit von einem (nicht dargestellten) Detektor, der der Wassertemperatur ausgesetzt ist; der Brenner kann auch ausgeschaltet^ werden durch eignen Höchsttemperaturwächter 26, falls die automatische Regelung versagen sollte.

Der Wärmetauscher dient für das Aufheizen von Erdgas vor dessen Druckreduzierung und das zu erhitzende Gas strömt durch eine Leitung in Form einer Schleife 28. Die Schleife umfaßt sechs Steigungen, von denen drei in jeweils einer von zwei vertikalen Ebenen liegen, und jede Ebene liegt nahe einer der zugeordneten Leitwände 18. Die Gänge der Schleife werden durch die Leitwände 18 von dem Heizkanal Io getrennt.

Die Leitwände 18 sind auf einer einzigen herausnehmbaren Rohrplatte 3o montiert, mit der ein Ende des Behälters 2o verschlossen wird. Der Heizkanal Io wird zwischen den Leitwänden 18 mittels Klammern 34 abgestützt. Im Abstand liegende seitliche Platten 36, die an den Außenseiten der Leitwände befestigt sind, stützen die Gänge der Gasschleife 2S. Die seitlichen Platten erstrecken sich in Richtung der Wandung des Behälters 2o und stehen in Kontakt mit Seitenplatten 38, die innen an derBehälterwandung befestigt sind. 'Die Seitenplatten 3o erstrecken sich über die gledche Länge wie die Leitwände 18, doch ist ihre Abmessung zwischen Boden und Oberseite, wie man Fig. 2 entnimmt, etwas kleiner als die der Leitwände.

Um das Einsezten und Herausnehmen der Einheit, bestehend aus der Rohrplatte 3o, den Leitwänden 18, dem Heizkanal Io und den Gasschleifen 28 in den Behälter 2o bzw. aus diesem zu vereinfachen, ist eine Rolle 4o anden Leitwänden 18 nahe deren inneren Enden mittels eines Winkels 41 befestigt, welcher an einer Montageplatte zwischen den Leitwänden

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befestigt ist.

Der Brenner 12 ist vorzugsweise ein Brenner für gasförmigen Brennstoff, und wenn das zu erhitzende Fluid Erdgas ist, wird er von Erdgas gespeist, dasman abzweigt aus der Leitung, die das zu erhitzende Erdgas führt. In Fig. 1 ist eine Anzapfung 42 von den Gasschleifen 28 nahe deren Austrittspunkt vorgesehen, mittels v/elcher Brenntoff dem Brenner 12 über eine weitere Heizschleife zugeführt wird, die sich im Behälter befindet und von der ein Teil bei "43 angedeutetist. Im Betrieb wird der Heizkanal Io aufgeheizt durch die Verbrennungsprodukte vom Brenner 12, und es entstehen Thermo-Siphon-Strömungen in dem Wasser des Behälters 2o . Diese Strömungen werden durch die Leitwände 18 in eine Aufwärtsstrecke zwischen den Leitwänden 13 und eine Abw*(ärtsstrecke außerhalb der Leitwände aufgeteilt. Wie man Fig. 2 entnehmen kann, befindet sich der Heizkanal Io vollständig in der aufwärts gerichteten Strömung,und die Gasschleifen 28 befinden sich vollständig in der abwärts gerichteten Strömung. Die Seitenplatten 38 dienen als zusätzliche Begrenzungsmittel für die Abw^iärtsströmung und konzentrieren damit diese Strömung dichter hinsichtlich der Gasschleifen 28. Wie man Fig. 2 fernerentnehmen kann, üsgt die untere Kante der Leitwände 18 etwas tiefer als der untere Zug des Heizkanals Io, womit sichergestellt ist, daß die Aufwärtsströmung auf den Raum zwischen den Leitwänden 18 beschränkt wird.

Man erkennt weiter, daß die Thermo-Siphon-Strömungen quer zur Längserstreckung des Heizkanals Io erfolgen und der der Gasschleifen 28, womit ein wirksamerer Wärmeübergang von dem Heizkanal Io auf das Wasser in der Strömung und von dem Wasser auf die Gasschleifen 28 sichergestellt wird.

Die gerade beschriebene Konstruktion erleichtert die Wartung und Reparatur des Heizkanals und der Gasschleifen. Durch Lösen

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der Rohrplatte 3o vom Behälter 2o ist es dann möglich, die Einheit einschließlich der Leitwände 18 Hefekanal Io und Gasschleife 28 aus dem Behälter zu entnehmen, wobei die Bewegung aus dem bzw. in den letzteren erleichtert wird durch die Rolle 4o.

Ferner wird der freie Raum,der rings um den Wärmetauscher für ein solches Zerlegen erforderlich ist, herabgesetzt, v/eil die gesamte Entnahme des Heizkanals und der Schleife von einem Ende des Behälters aus erfolgen kann: das andere Ende des Behälters kann deshalb nahe einer Wandung oder einer anderen Installation positioniert sein.

Man erkennt, daß zwei getrennte Leitwände kein wesentliches Merkmal der Erfindung sind. Im Falle von Badwärmetauschern kleinerer Heizkapazität kann möglicherweise nur eine einzige Leitwand erforderlich sein. Zweckmäßigerweise ist die einzige Leitwand zentral innerhalb des Behälters angeordnet und der Heizkanal ist vollständig auf der einen Seite der Leitwand positioniert, während die Gasschleifen vollständig auf der anderen Seite liegen. Die einzige Leitwand kann verwendet werden, um den Heiskanal und ie Gasschleifen in ähnlicher Weise abzustützen, wie dies oben beschrieben wurde, #und die so gebild±e Einheit kann an einer herabnehmbaren Rohrplatte wie zuvor befestigt sein.

In einer anderen Ausführ^ungsform des Gegenstandes der Erfindung sind nur der Heizkanal und die Gasschleifen an der abnehmbaren Rohrplatte befestigt, während die Leitwand oder die Leitwände permanent innerhalb des Behälters befestigt bleiben. In diesem Falle bilden Stützstangen oder -platten befestigt an dem Winkel oder den Winkfein Abstützlager für den Heizkanal und die Gasschleifen und die letztgenennäten Komponenten sind gleitbeweglich längs dieser Abstützungen beim Einschieben und Entnehmen relativ zum Behälter.

Patentansprüche - 7 - 509817/0272

Claims (16)

Patentansprüche

1./ Wärmetauscher mit einem Behälter zur Aufnahme eines Zwischenwärmeübertragungsfluids, mit einem, im Behälter angeordneten Heizer für das Aufheizen des Zwischenübertragungsfluids und mit einer Leitungsanordnung innerhalb des Behälters, die von dem Zwischenübertragungsfluid aufzuheizen ist, gekennzeichnet durch mindestens eine, im wesentliche vertilal innerhalb des Behälters angeordnete Hefewand, die so positioniert ist, daß sie Thermo-Siphon-Umlaufströmungspfade voneinander trennt, welche sich im Zwischenübertragungsfluid infolge Aufheizung durch den Heizer ausbilden, und zwar in eine Aufwärtsrichtung, nur auf einer Seite jeder Trennwand und eine Abw^iärtsrichtung auf der betreffenden anderen Seite jeder Trennwand, wobei der Heizer vollständig in jenem Teil der Thermo-Siphon-Umlaufströmung angeorndet ist, in dem eine Aufwärtsströung erfolgt, und die Leitung nur in jenem Teil angeordnet ist, wo eine Abwärtsströmung erfolgt, und durch Abstützeinrichtungen für den Heizer und die Leitung, die aus dem Behälter durch ein und dasselbe Behälterende herausnehmbar sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Abstand liegende im Wesentliche vertikale Leitwände, zwischen denen der Heizer angeordnet ist, während die Leitungen jeweils außerhalb der Leitwände liegen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizer einen Fluidbrenner umfaßt, sowie einen die Verbrennungsprodukte des Brenners führenden und den Behälter durchsetzenden Heizkanal.

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ο —

4. Wäremtauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung und der Heizkanal derart innerhalb des Behälters angeordnet sind, daß sie quer zu den Ströungspfaden liegen.

5. Wärmetauscher nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkanal eine Doppelzuganordnung umfaßt, deren beide Züge innerhalb der Behälters übereinander liegen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen mindestens zv/ei Züge umfassen, die übereinander innerhalb des Behälters angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung innerhalb des Behälters angeordnete Einlaß- und Auslaßsammler umfaßt.

8. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine abnehmbare Wandung aufweist, an# der Heizer und die Leitung befestigt sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch jede Leitwand an derselben abnehmbaren Endwandung befestigt ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizer und cLe Leitung von der Leitwand bzw. den Leitwänden getragen sind.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandanordnung zusätzlich von dem Boden des Behälters abgestützt ist..

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12. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der Behälter Zylinderform besitzt und sich der Heizer und die Leitung axial hindurcherstrecken.

13. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizer einen Fluidbrennstoffbrenner umfaßt.

ä. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurchgekennzeichnct, daß ein Gasbrenner vorgesehen ist.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner nahe dem Auslaß der Leitung an dieser angeschlossen ist.

16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine innerhalb des Behälters angeorndete Wärmetauschschleife umfaßt.

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BAD ORIGINAL