DE2511944A1 - HEAT EXCHANGER SYSTEM - Google Patents
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Description
D-8023 München-Puilach, Wiener Sir. 2; Tel. (P89) 7 93 30 71; Te'ex 5P12147 bros d Cables: «Patentibus» MünchenD-8023 Munich-Puilach, Viennese Sir. 2; Tel. (P89) 7 93 30 71; Te'ex 5P12147 bros d Cables: "Patentibus" Munich
Diplom IngenieureGraduate engineer
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COAL INDUSTRY (PATEIiTS) LIMITED, Hobart House, GrosvenorCOAL INDUSTRY (PATEIiTS) LIMITED, Hobart House, Grosvenor
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Wärmeau stauscheranlageHeat exchanger system
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscheranlagen und insbesondere auf die Form der innerhalb solcher Anlagen angeordneten Röhrenanlage.The present invention relates to heat exchange systems and in particular the shape of the pipe system arranged within such systems.
Es ist bekannt, Wärmeaustauscheranlagen kreisförmiger oder kreisringförmiger Gestalt vorzusehen und im letzteren Falle eine Rohrleitung innerhalb des kreisringförmigen Wärmeaustauschraumes radial anzuordnen. Bei einem kreisringförmigen Wärmeaustauscher, insbesondere einem, bei welchem die Rohrleitung in eine innerhalb des besagten Raumes befindliche Wirbelschicht eingetaucht werden soll, sind allerdings zwei Anforderungen an die Rohrleitungsanordnung als wünschenswert zu stellen. Die erste besteht darin, daß die Wirbelschicht möglichst eine kleine Tiefe aufweisen soll, wobei dies zwangsläufig erfordert, daß zu einer zufriedenstellenden Erzielung einesIt is known to provide heat exchanger systems of circular or annular shape and in the latter Case to arrange a pipeline radially within the circular heat exchange space. At a circular heat exchanger, in particular one in which the pipeline in an inside said The fluidized bed located in the room is to be immersed, however, are two requirements To provide pipeline arrangement as desirable. The first is that the fluidized bed is as good as possible should have small depth, which inevitably requires that to achieve a satisfactory
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Wirbelbettes der Abstand zwischen den Rohren der Rohrleitung genügend und gleichmäßig ist. Die zweite "besteht darin, daß die Länge der Rohrleitung gleichmäßig sein soll. In der Vergangenheit ist bei Wärmeaustauschern kreisringförmiger Gesti3.lt eine geradläufige Rohrleitung verwendet worden, wobei — wie oben erwähnt — diese radial angeordnet war. Die Radialanordnung, falls zur Erfüllung des oben erwähnetn ersten Erfordernisses vorgesehen, ergibt jedoch eine Rohrleitung ungleicher Länge. Ist wiederum die Radialanordnung so vorgesehen, daß sie dem zweiten Erfordernis genügt, so kann das erste Erfordernis hinsichtlich des besagten Abstandes nicht erfüllt werden.Fluidized bed is the distance between the pipes of the pipeline is sufficient and even. The second "is that the length of the pipeline should be uniform. In the The past is a circular shape in heat exchangers a straight pipeline was used, which - as mentioned above - was arranged radially. The radial arrangement, however, if provided to meet the first requirement mentioned above, a pipeline results in unequal Length. If, in turn, the radial arrangement is provided in such a way that it satisfies the second requirement, then the first requirement can are not met with regard to the said distance.
Demgemäß ist das Ziel der Erfindung die Schaffung einer Wärmeaustauscheranlage mit einer Rohrleitungsanordnung, die den beiden oben erwähnten Erfordernissen im wesentlichen genügt.Accordingly, the object of the invention is to provide a heat exchanger system with a pipeline arrangement which essentially meets the two requirements mentioned above.
Zu diesem Zwecke weist erfindungsgemäß die Wärmeaustauscheranlage einen Behälter und eine Gruppe innerhalb des Behälters angeordneter Wärmeaustauscherrohre jeweils gleicher involutorischer Form auf.For this purpose, according to the invention, the heat exchanger system a container and a group of heat exchanger tubes arranged within the container, each of the same involutorial tubes Shape on.
Die Evolute der Involute ist vorzugsweise ein Kreis. Der Behälter kann kreisringförmig sein, wobei die Außen- und Innenwände einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und sich die Rohre zwischen den Außen- und Innenwänden erstrecken.The evolution of the involute is preferably a circle. The container can be circular, with the outer and Inner walls have a circular cross-section and the tubes extend between the outer and inner walls.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die jeweils in gleicher involutorischer Form gebogenen Wärmeaus* tauscherrohre an ihren Innenenden an der Innenwand des kreisringförmigen Behälters und an ihren Außenenden an der Außenwand des Behälters befestigt, so daß ein zu erhitztendes oder abzukühlendes flüssiges oder gasförmiges Strömumgsiiittel durch die Rohre entweder von innerhalb der Innenwand des kreisringförmigen Behälters zum die Außenwand umgebenden Raum oder in umgekehrter Richtung geleitet werden kann.According to one embodiment according to the invention, the heat from each bent in the same involutive shape are Exchanger tubes at their inner ends on the inner wall of the circular ring Container and attached at their outer ends to the outer wall of the container, so that a to be heated or liquid or gaseous fluid to be cooled through the tubes either from within the inner wall of the annular container to the space surrounding the outer wall or in reverse direction can be directed.
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Nach einem bevorzugten Merkmal dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Rohre in einer Anzahl Schichten angeordnet, die jeweils in einer Ebene in rechten Winkeln zur Achse des kreisringförmigen Behälters liegen. Jede Schicht enthält eine Anzahl Rohre, wovon jedes.in seiner Gesamtlänge von den benachbarten Rohren in der Schicht in gleichen Abstand liegt. Die Außenenden der Rohre können so gebogen sein, daß sie sich durch die Außenwand des Behälters radial hindurcherstrecken, wobei in diesem Pail der Rohrenabstand erhöht wird, wenn die Biegungen gemacht werden, oder die Außenwände zur Erleichterung der Befestigung der Enden der Rohre an derselben entsprechend geformt werden.According to a preferred feature of this embodiment of the invention the tubes are arranged in a number of layers, each in a plane at right angles to the axis of the circular container. Each layer contains a number of pipes, each of which is equidistant in its total length from the adjacent pipes in the layer. The outer ends of the tubes can be bent so that they extend radially through the outer wall of the container, in this pail the pipe spacing is increased as the bends are made, or the outside walls for ease the fastening of the ends of the tubes to the same are shaped accordingly.
Die Anzahl der Rohre in jeder Schicht ist durch den Abstand der Rohre und den Durchmesser des Kreises bestimmt, von welchem die Evolute der Involute erhalten ist. Dieser Durchmesser kann demjenigen der Innenwand des Kreisringbehälters gleich sein.The number of pipes in each layer is determined by the distance between the pipes and the diameter of the circle from which the evolution of the involute is preserved. This diameter can be that of the inner wall of the annular container be equal.
Im Behälter kann eine beliebige Anzahl Schichten der Rohre vorgesehen sein, wobei eine hinsichtlich der Wärmeaustauschertechnik allgemein bekannte Einrichtung zur Speisung der Rohre mit dem Strömungsmittel verwendet werden kann. Somit können Schichten aus Rohren einer beliebigen Anzahl parallel und Gruppen von Schichten in Reihe geschaltet werden, um einen Wärmeaustauscher mit einer beliebigen Anzahl Durch- bzw. Arbeitsgänge zu erhalten.Any number of layers of tubes can be provided in the container, one with regard to the heat exchanger technology well-known means for feeding the tubes with the fluid can be used. Thus can Layers of pipes of any number in parallel and groups of layers connected in series to form one Heat exchangers with any number of through resp. To receive operations.
Kleine Änderungen der Länge eines Rohres gegenüber dem Durchmesser der Innen- und Außenwände des kreisringförmigen Behälters können durch eine geringe Biegung des Rohres in der Ebene der Schicht unter folgerichtiger geringer Abweichung von der ursprünglichen involu tori sehen Form ohne Auferlegung einer großen Spannung in den Baumaterialien ausgeglichen werden.Small changes in the length of a pipe compared to the diameter the inner and outer walls of the circular container can be made by a slight bend in the pipe in the plane of the layer with consequent slight deviation from the original involu tori see form without imposing any great tension in the building materials.
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Sämtliche Rohre können in derselben Richtung (.z.B. gegen den Uhrzeigersinn) in Form einer Involute ausgebildet bzw. benachbarte Schichten oder Gruppen von Schichten können gegenläufig sein. Sind benachbarte Schichten entgegengesetzter Richtung vorgesehen, so kann der Abstand der Schichten von Rohren entlang der Längsausdehnung des Behälters derart sein, daß die Ablenkung oder Durchbiegung eines Rohres in einer Schicht in dieser Richtung durch den Kontakt oder die Anlage mit den Rohren in einer benachbarten Schicht verhindert wird. Es können entweder Abstandshalter an den Rohren in der Nachbarschaft der Überschneidungsstellen vorgesehen oder die Rohre so ausgebildet werden, daß ihre Radialdicke größer an den möglichen Berührungspunkten als irgendwoanders ist, um die Gefahr einer Beschädigung infolge der Berührung der Rohre miteinander auf ein Minimum herabzusetzen.All pipes can go in the same direction (e.g. against the Clockwise) in the form of an involute or adjacent layers or groups of layers can rotate in opposite directions be. If adjacent layers are provided in opposite directions, the distance between the layers can be from Pipes along the length of the container be such, that the deflection or bending of a pipe in a layer in this direction by the contact or the plant with the pipes in an adjacent layer is prevented. There can either be spacers on the pipes in the neighborhood of the intersections provided or the tubes are designed so that their radial thickness is greater at the possible points of contact than anywhere else is around the Reduce the risk of damage as a result of the pipes coming into contact with one another to a minimum.
Bei Rohren in benachbarten Schichten mit involutorischer Form in gleicher Richtung können benachbarte Schichten so angeordnet sein, daß die Rohre in der Längsrichtung in einer Linie liegen oder aber gestaffelt bzw. in Zickzackform angeordnet sind. Bei dicht in Abstand voneinander liegenden, gegenläufigen benachbarten Schichten wird eine Staffelanordnung der Innenenden der Rohre bevorzugt.In the case of tubes in adjacent layers with involutorial Shape in the same direction, adjacent layers can be arranged so that the tubes in the longitudinal direction in a Line or are staggered or arranged in a zigzag shape. In the case of closely spaced, a staggered arrangement of the inner ends of the tubes is preferred for adjacent layers running in opposite directions.
Nach einer zweiten erfindungsgeinäßen Ausführungsform sind die Wärmeaustauscherrohre in einem kreisringförmigen Behälter angeordnet, wobei die Rohre in jeder Schicht involutorischer Form liegen, so daß jedes Rohr in einer Schicht in gleichem Abstand von den benachbarten Rohren liegt, jedoch die Enden jedes Rohres mit den Enden der in einer Linie in Schichten darüber und darunter liegenden Rohre durch Rückbiegungen von 180° verbunden sind. Ein Ende jedes Rohres in der ersten Schicht ist mit einem Kopfteil der Leitung verbunden, durch welchen das zu erhitzende oder abzukühlende Strömumngsmittel geliefert wird, während ein Ende des Rohres in der letzten Schicht mit einer Endkammer verbundenAccording to a second embodiment according to the invention the heat exchanger tubes are placed in an annular container, the tubes being more involutive in each layer Shape so that each pipe in a layer is equidistant from the adjacent pipes, however the ends of each tube with the ends of the tubes lying in a line in layers above and below by back bends connected by 180 °. One end of each pipe in the first layer is connected to a head portion of the conduit, through which the fluid to be heated or cooled is supplied, while one end of the Pipe connected to an end chamber in the last layer
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ist, die das Strömungsmittel sammelt. Der Kopfteil und die Endkammer können entweder innerhalb der Innenwand des kreisringförmigen Behälters liegen und einen '^eil derselben bilden oder die Außenwand des Behälters umgeben.that collects the fluid. The headboard and the End chambers can either lie within the inner wall of the annular container and form part of the same or surround the outer wall of the container.
Die Rohre in jeder Schicht können von jenen in benachbarten Schichten versetzt sein, so daß z.B. die Rohre in der jeweils fünften Schicht in einer Linie liegen und miteinander verbunden sind, wobei in diesem Falle die letzten vier Schichten mit dem Kopfteil bzw. der Endkammer verbunden sind. Auf diese Weise kann eine Anordnung dicht in Abstand voneinander liegender Rohre ohne Verwendung von Rückbiegungen eines ungebührlich kleinen Halbdurchmessers erzielt werden.The tubes in each layer may be offset from those in adjacent layers so that, for example, the tubes in each fifth layer are in a line and connected to each other, in this case the last four layers are connected to the head part or the end chamber. In this way, an arrangement can be closely spaced from one another Tubes can be achieved without the use of back bends of an unduly small half diameter.
Die Rohre in jeder Anordnung können durch Verbindungsstücke geeigneten Werksoffes zwecks Abstützung und zur Erleichterung des Zusammenbaues des Wärmeaustauschers miteinander verbunden werden.The pipes in any arrangement can be made of suitable material for support and ease by connecting pieces the assembly of the heat exchanger connected to each other will.
Im Gebrauchszustand kann der Behälter mit senkrechter Achse angeordnet sein und eine Wirbelschicht aus einem in ^eilchen vorliegenden Material enthalten, in welche die Rohre eingetaucht sind. Luft oder ein Verbrennungsunterstützendes Gas kann aus einem Verteiler unterhalb der Rohre in die Wirbelschicht geleitet werden, um mit in die Wirbelschicht eingeführtem Brennstoff in Reaktion zu kommen und ein Wirbelbett aus dem ieilchenmaterial zu bilden. Die gasförmigen Verbrennungsprodukte können von einem Raum oberhalb des Wirbelbettes entweichen und etwas von der durch die Verbrennung erzeugten Wärme wegtragen, wobei jedoch der größte ^eil der erzeugten Wärme auf das durch die Rohre laufende Strömungsmittel übertragen wird. Dieses Strömungsmittel kann entweder flüssig oder gasförmig sein, wobei das Verfahren die Verdampfung einer Flüssigkeit innerhalb der Rohre umfassen kann.In the state of use, the container can be arranged with a vertical axis and a fluidized bed composed of a single particle present material in which the tubes are immersed. Air or a combustion assisting gas can be passed from a distributor below the pipes into the fluidized bed in order to be able to with the introduced into the fluidized bed Fuel to come into reaction and form a fluidized bed of the filamentous material. The gaseous products of combustion can escape from a space above the fluidized bed and some of that from the combustion carry away the generated heat, but most of the heat generated is transferred to the fluid passing through the tubes. This fluid can either be liquid or gaseous, which method may include the evaporation of a liquid within the tubes.
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Für Verwendungszwecke, bei welchen die Verbrennung bei einem über dem atmosphärischen liegenden Druck erfolgt,kann der die Wirbelschicht enthaltende Behälter und die ihm zugeordnete Ausrüstung in einem Druckbehälter eingeschlossen sein, wobei die zylindrische Form der Wirbelschicht als zu einer Herahstzung der Größe des für die Wirbelschicht erforderlichen Behälters auf ein Minimum führend vorteilhaft ist.For uses in which the combustion takes place at a pressure above atmospheric, the can Fluidized bed containing container and its associated equipment can be enclosed in a pressure vessel, wherein the cylindrical shape of the fluidized bed as an approximation the size of the container required for the fluidized bed is advantageous leading to a minimum.
Ein Alternativverwendungszweck des Erfindungsgegenstandes ist die Übertragung von Wärme von einem Strömungsmittelstrora auf einen anderen, wobei der eine durch die röhrenförmigen Bauelemente hindurch und der andere über den Rohren in dem kreisringförmigen ^aum zwischen der Innen- und Außenwandung des Spalters strömt. Das Verfahren kann die Verdampfung einer Flüssigkeit oder die Kondensation eines Dampfes in dem jeweiligen Strömungsmittelstrom beinhalten.An alternative use of the subject matter of the invention is the transfer of heat from a fluid stream on another, one through the tubular members and the other over the tubes in the circular space between the inner and outer walls of the splitter flows. The method can be the evaporation of a Liquid or the condensation of a vapor in the respective fluid stream.
Sieben erfindungsgemäße Ausführungsformen der Wärmeaustauscheranlage werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen lediglich beispielsweise beschrieben; darin zeigen:Seven embodiments of the heat exchanger system according to the invention are described below by way of example only with reference to the accompanying drawings; show in it:
Fig. 1 eine vereinfachte Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage; 1 shows a simplified plan view of a first embodiment of the heat exchanger system;
Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage; 2 shows a simplified plan view of a second embodiment of the heat exchanger system;
Fig. 3 eine Draufsicht einer dritten Aueführungsform der Wärmeaustauscheranlage;3 is a plan view of a third embodiment of FIG Heat exchanger system;
Fig. 4 eine senkrechte Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage;Fig. 4 is a vertical sectional view of a fourth embodiment the heat exchanger system;
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Fig. 5 eine senkrechte Schittansieht einer fünften Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage;Fig. 5 is a vertical sectional view of a fifth embodiment the heat exchanger system;
Pig. 6 eine Draufsicht einer sechsten Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage;Pig. 6 is a plan view of a sixth embodiment of the heat exchanger system;
Pig. 7 eine Schnittansicht der sechsten Ausführungsform der in Pig. 6 gezeigten Wärmeaustauscheranlage; undPig. 7 is a sectional view of the sixth embodiment the one in Pig. 6 heat exchanger system shown; and
Pig. 8 eine senkrechte Schnittansicht einer siebten Ausführungsforra der Wärmeaustauscheranlage.Pig. 8 is a vertical sectional view of a seventh embodiment the heat exchanger system.
Bezugnehmend auf Pig. 7, weist die erste Ausführungsform der "ärmeaustauscheranlage einen Behälter eines kreisringförmigen Querschnittes, der durch eine Innenwand 14 und eine Außenwand 12 begrenzt ist, die, wie bei a gezeigt, abgesetzt oder abgestuft oder, wie bei b_, einfach kreisförmig sein kann. Eine Schicht von Rohren 10 ist dargestellt, wobei jedes Rohr eine involutorische Form hat. Eine Vielzahl von Schichten (die nicht gezeigt sind) ist vorgesehen, wobei die Rohre in jeder Schicht in gleichen Abstand voneinander liegen. Die Richtung der Involuten der Rohre 10 ist in jeder Schicht gleich, wobei in Fig. 1 die Richtung der Involuten gegen den Uhrzeigersinn darstellt. Die Rohre 10 in benachbarten Schichten sind in der Längsrichtung des Behälters ausgerichtet.Referring to Pig. 7, shows the first embodiment the "ärmeaustauscheranlage a container of a circular cross-section, which is through an inner wall 14 and a Outer wall 12 is limited, which, as shown at a, offset or stepped or, as at b_, simply be circular can. A layer of tubes 10 is shown, each tube having an involutive shape. A variety of layers (not shown) is provided with the tubes in each layer equidistant from one another. the The direction of the involutes of the tubes 10 is the same in each layer, where in Fig. 1 the direction of the involutes is counterclockwise. The tubes 10 in adjacent layers are aligned in the longitudinal direction of the container.
Die Rohre 10 in jeder Schicht sind an ihren Innenenden auf der Innenwand 14 befestigt, die eine einfache kreisförmige Gestalt hat. An ihren anderen Enden sind die Rohre 10 auf der Außenwand 12 befestigt. Bei der Alternativforra der bei a gezeigten Wand 12 ermöglicht es die örtliche Stufeaausbildung den Rohren, durch die kVand 12 befestigt zu werden, ohne die Rohre 10 zu biegen. Die Wand 12 mit der einfach kreisförmigen Gestalt, wie bei b, erfordert, daß die Außenenden der Rohre 10 örtlich so gebogen sein müssen, daß sie sich annähernd radial durch die Wand 12 hindurch erstrecken können.The tubes 10 in each layer are attached at their inner ends to the inner wall 14, which has a simple circular shape. The tubes 10 are fastened to the outer wall 12 at their other ends. In the alternative form of the wall 12 shown at a, the local step formation enables the pipes to be attached by the kV and 12 without bending the pipes 10. The wall 12 with the simple circular shape, as at b, requires that the outer ends of the tubes 10 must be locally bent so that they can extend approximately radially through the wall 12.
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Unter Bezugnahme auf Pig. 2 ist eine Wärmeaustauscheranlage gezeigt, die einen Behälter eines kreisringförmigen Querschnittes mit einer Außenwand 24 und einer Innenwand 26 aufweist. Die Außenwand 24 kann wie bei a oder b oder £ gezeigt geformt sein, um Alternativanordnungen zur Befestigung der Rohre an derselben zu erhalten. Eine Vielzahl von Schichten von Rohren ist innerhalb des Behälters angeordnet, wobei zwei benachbarte Schichten 20, 22 dargestellt sind. Die Rohre in der Schicht 20 haben eine involutorische Form, liegen jedoch in der entgegengesetzten Richtung gegenüber den Rohren in der benachbarten Schicht 22; die Involute der Rohre der Schicht 20 ist im"Uhrzeigersinn, während die Involute der Rohre in der Schicht 22 gegen den Uhrzeigersinn liegt. Die bei a gezeigte Außenwand 24 hat Riffelungen oder Wellen, welche Seiten annähernd in rechten Winkeln zu den Achsen der Rohre aufweisen, worin sie mit der Wand zusammenkommen. Bei b ist die die Außenawnd einfach zylinderförmig ausgebildet, wobei bei dieser Alternativform der Außenwand 24 die Außenenden der Rohre örtlich so gebogen sind, daß die Rohre die Wand annähernd radial erreichen. Die bei c gezeigte Außenwand 24 ist geriffelt, wobei die Rohre an ihren Außenenden gebogen sind, um durch die wand hindurch zu kommen.Referring to Pig. 2 shows a heat exchanger system which has a container with an annular cross section with an outer wall 24 and an inner wall 26. The outer wall 24 may be shaped as shown at a or b or £ to provide alternative arrangements for securing the tubes thereto. A plurality of layers of tubes are disposed within the container, with two adjacent layers 20, 22 being shown. The tubes in layer 20 are involutorial in shape but face in the opposite direction from the tubes in adjacent layer 22; the involute of the tubes of layer 20 is "clockwise" while the involute of the tubes in layer 22 is counterclockwise. The outer wall 24 shown at a has corrugations or waves which have sides approximately at right angles to the axes of the tubes, At b the outer wall is simply cylindrical, in this alternative form of the outer wall 24 the outer ends of the tubes are locally bent so that the tubes reach the wall approximately radially. The outer wall 24 shown at c is corrugated wherein the tubes are bent at their outer ends to break through in the w and therethrough.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsforra einer Wärmeaustauscheranlage gezeigt, die einen Behälter eines kreisföreinigen Querschnittes mit einer Außenwand 32 und einer Innenwand 36 aufweist, zwischen welchen eine Kammer 34 gebildet ist. Die involutorischen Rohre 30 sind Schlangenrohre, wobei jeder Trum des Rohres involutorisch geformt ist, so daß die Rohre mehr als eine Durchqueruiig der Kammer 34 machen. Die Bezugszeichen 1.1, 2.2 usw. zeigen Einlaß- und Auslaßenden bestimmter Rohre.In Fig. 3 is a third Ausführungsforra a heat exchanger system shown cleaning a container of a circular Has cross section with an outer wall 32 and an inner wall 36, between which a chamber 34 is formed is. The involutive tubes 30 are serpentine tubes, wherein each run of the tube is involutorially shaped so that the tubes make more than one traverse of the chamber 34. The numerals 1.1, 2.2, etc. indicate inlet and outlet ends of certain tubes.
Bezugnehmend nun auf Fig. 2, ist darin eine Wärmeaustauscheranlage in Form eines Wirbelschichtverbrenners gezeigt, inReferring now to FIG. 2, therein is a heat exchange system shown in the form of a fluidized bed combustor in
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welchem Rohre 40 einer involutorischer Form in einer Zweiganganordnung vorgesehen sind, wobei die Außenenden der Rohre mit einer gemeinsamen kreisringförraigen Kammer 41 und die Innenenden mit einem die Innenwand des kreisringförmigen Behälters bildenden Zylinder 42 in Verbindung stehen. Der Zylinder 42 ist aufgeteilt, um zwei Kopfleitungsstücke 43, 44 zu bilden, durch welche das Strömungsmittel im Arbeitszustand der Anlage in die Rohre 40 eintritt bzw. aus diesen austritt. Das Bezugszeichen 45 zeigt eine Grasverteilerplatte des Verbrenners, wie zwischen der Außen- und Innenwandung des Behälters angeordnet, und zwar in Richtung auf die unteren Enden desselben, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Ein Wirbelschicht, gestützt durch die Platte 45, ist bei 46 gezeigt.which tubes 40 of an involutive shape in a two-pass arrangement are provided, the outer ends of the tubes having a common circular chamber 41 and the inner ends with one the inner wall of the annular Container forming cylinder 42 are in communication. The cylinder 42 is split around two headers 43, 44 through which the fluid enters and exits the pipes 40 in the working state of the system this exits. The reference numeral 45 indicates a grass distributor plate of the incinerator, as between the outer and Arranged inner wall of the container, in the direction of the lower ends of the same, as can be seen from the drawing. A fluidized bed supported by plate 45 is shown at 46.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage. Nach dieser Figur ist die Anlage ein Wirbelschichtverbrenner, in welchem Rohre 50 einer involutorischen Gestalt in einer Zweiganganordnung installiert sind, wobei die Inneneden der Rohre 50 mit einer durch die Innenwand des kreisringförmigen Behälters gebildeten und an beiden Enden geschlossenen röhrenförmigen Kammer 51 in Verbindung stehen. Die Außenenden der Rohre 50 stehen mit einer der Außenwand des Behälters kreisumfangsmäßig benachbarten, kreisringförmigen Kammer in Verbindung. Die kreisringförmige Kammer ist in zwei !eile 52, 53 geteilt, welche Kopfleitungsstücke bilden, wobei im Arbeitszustand ein Strömungsmittel durch das eine eintritt und durch die Rohre 50 und die Kammer 5 strömt und von dort durch die Rohre 50 strömt und durch das andere austritt.Fig. 5 shows a sectional view of a fifth embodiment of the heat exchanger system. According to this figure is the Plant a fluidized bed combustor in which pipes 50 of an involutive shape are installed in a two-pass arrangement are, the inner end of the tubes 50 with a formed by the inner wall of the annular container and on both ends closed tubular chamber 51 in communication stand. The outer ends of the tubes 50 stand with one of the outer wall of the container circumferentially adjacent, circular chamber in connection. The circular chamber is divided into two parts 52, 53, which are head line pieces form, wherein in the working state a fluid enters through the one and through the tubes 50 and the Chamber 5 flows and from there flows through the tubes 50 and exits through the other.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Schniitdraufsieht einer Wärmeaustauscheranlage mit darin angeordneten involutorisch geformten Rohren 60. Bei dieser sechsten Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage sind Rohre 60 in Schichten innerhalb eines durch die Außen- bzw. Innenwände 62 bzw. 64 umgrenztenFig. 6 shows a simplified sectional top view of a heat exchanger system with involutorically shaped tubes 60 arranged therein. In this sixth embodiment of FIG Heat exchanger system are tubes 60 in layers within one bounded by the outer and inner walls 62 and 64, respectively
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kreisringfönnigen Behälters angeordnet. Die Rohre 60 in verschiedenen Schichten sind innerhalb des Behälters durch Biegungen miteinander verbunden, wobei die oberen und unteren Rohre mit Kopfleitungsstücken innerhalb der Innenwand 64 des Behälters verbunden sind. Nur zwei Rohre 60 sind in Fig. 6 gezeigt.arranged in a circular ring-shaped container. The tubes 60 in different layers are connected to each other inside the container by bends, the upper and lower Pipes are connected to headers within the inner wall 64 of the container. Only two tubes 60 are in Fig. 6 shown.
Fig. 7 zeigt eine Schnittahsicht der sechsten Ausführungsform der in Fig. 6 dargestellten Wärmeaustauscheranlage. Die Schnittansicht liegt an einem Durchmesser innerhalb der Innenwand des kreisringförmigen ^ehälters und dann auf einer gedachten Oberfläche, in welcher die Mittelachsen einer Anordnung miteinanderverbundener Rohre liegen. Die Bezugszeichen 70, 72 zeigen die beiden, unter Bezugnahme auf Fig. 6 erwähnten Kopfleitungsstücke.FIG. 7 shows a sectional view of the sixth embodiment of the heat exchanger system shown in FIG. 6. the Sectional view is at a diameter within the inner wall of the annular holder and then at one imaginary surface in which the central axes of an array of interconnected tubes lie. The reference numerals 70, 72 show the two, with reference to FIG. 6 mentioned header pieces.
In Fig. 8 ist eine siebente Ausführungsform der Wärmeaustauscheranlage gezeigt, die ein Wirbelschichtverbrenner ist. Rohre 80 einer involu tori sehen Form sind in einer Einganganordnung innerhalb des kreisringförmigen Behälters installiert. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Rohre in Schichten angeordnet, deren Mittelachsen auf Kegeln oder anderen Umdrehungsoberflächen um die Achse X-X des Behälters liegen. Eine derartige Anordnung kann bei einem Wirbelschichtkessel mit natürlicher Wasserzirkulation vorteilhaft verwendet werden. Eine Grasverteilerplatte 82 ist zwischen der Innen- und Außenwandung des Behälters angeordnet, wobei eine Wirbelschicht bei 84 gezeigt ist.In Fig. 8 is a seventh embodiment of the heat exchanger system shown, which is a fluidized bed combustor. Tubes 80 of an involute shape are in an entrance configuration installed inside the annular container. In this embodiment of the invention, the tubes are arranged in layers with their central axes on cones or other surfaces of revolution around the axis X-X of the container lie. Such an arrangement can advantageously be used in a fluidized bed boiler with natural water circulation will. A grass spreading plate 82 is disposed between the inner and outer walls of the container, one Fluidized bed is shown at 84.
Beispielsweise kann ein Lufterhitzer mit Wirbelschichtverbrennung für eine Gasturbine von 70 Megawatt mit den in Fig. 4 und Fig. 2b gezeigten Merkmalen ausgebildet sein. Die Wärmeaustauscherrohre haben einen Außendurchmesser von 2,54 cm (1 Zoll), während der Vertikalabstand der Rohrschichten 5,175 cm (1 V4 Zoll) beträgt. Der Horizontalabstand der Rohre in jeder Schicht ist 7,62 cm (3 Zoll). DasFor example, an air heater with fluidized bed combustion be designed for a gas turbine of 70 megawatts with the features shown in Fig. 4 and Fig. 2b. the Heat exchanger tubes have an outside diameter of 2.54 cm (1 inch) while the vertical spacing of the tube layers 5.175 cm (1 V4 in). The horizontal spacing of the pipes in each layer is 3 inches. That
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kreisringförmige Bett hat einen Innendurchmesser von 1,2192 m (4 Fuß) und einen Außendurchmesser von 4,2672 m (14 Fuß), die Tiefe der Wirbelschicht beträgt 3,6576 m (12 Fuß), während die aufeinanderfolgenden Schichten der Wärmeaustauscherrohre die oberen 3,2004 m (10 V 2 FuS) des Bettes einnehmen. In das Bett bzw. die Schicht durch nicht gezeigte Mittel eingeführter Brennstoff wird in durch den Luftverteiler am Unterteil der Schicht (des Wirbelbettes) zugeführter Luft verbrannt.annular bed has an inside diameter of 1.2192 m (4 feet) and an outside diameter of 4.2672 m (14 feet), the Depth of the fluidized bed is 3.6576 m (12 feet) while the successive layers of the heat exchanger tubes the occupy the upper 3.2004 m (10 V 2 feet) of the bed. In the The bed or the layer of fuel introduced by means not shown is in through the air distributor on the lower part the layer (the fluidized bed) supplied air is burned.
Durch diese Luft und die gasförmigen Produkte der Verbrennung wird das in Teilchenform vorliegende Material des Bettes in eine Wirbelschicht verwandelt. Ein größerer Teil der erzeugten Wärme wird auf die durch die Rohre strömende Luft übertragen. Der die Innenwand des kreisförmigen Bettes bildende Zylinder ist durch eine Scheidewand halbwegs.zur Röhrenanlage geteilt. Luft tritt in den Zylinder von unterhalb der Scheidewand und strömt durch die Rohre im unteren Teil der Röhrenanlage hinaus. Dann strömt die Luft in den die Außenwand des kreisringförmigen Wirbelbettes umgebenden kreisringförmigen Raum nach innen durch die Rohre im oberen Teil der Röhrenanlage und in den Raum innerhalb des oberen Teils des Zylinders oberhalb der Scheidewand, von welchem aus sie durch eine Leitung zur Turbine geleitet wird. Der oben beschriebene Wirbelschichtlufterhitzer ist in einem zylindrischen Druckbehälter eingeschlossen.Through this air and the gaseous products of the combustion, the particulate matter of the bed becomes in transformed into a fluidized bed. A larger part of the heat generated is due to the air flowing through the pipes transfer. The cylinder that forms the inner wall of the circular bed is halfway through a partition to the pipe system divided. Air enters the cylinder from below the septum and flows through the tubes in the lower part of the Pipe system out. The air then flows into the circular ring-shaped bed surrounding the outer wall of the circular fluidized bed Space inwards through the pipes in the upper part of the pipe system and into the space within the upper part of the Cylinder above the septum, from which it is led through a line to the turbine. The one described above Fluidized bed air heater is enclosed in a cylindrical pressure vessel.
Die Vorteile der Verwendung von Rohren einer involutorischer Form bei den oben beschriebenen Ausführungsformen bestehen darin, daß die Wärmeaustauscheranlage möglichst kompakt oder raumsp&rend gemacht wird und die Expansionswirkungen durch Änderungen der Rohrkrümmung leicht absorbiert werden können.The advantages of using tubes of an involutive Form in the embodiments described above are that the heat exchanger system is as compact or as possible is made space-saving and the expansion effects can easily be absorbed by changes in the pipe curvature.
PatentansprücheClaims
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