DE2936684A1 - Verfahren zum austauschen von waerme und eine vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum austauschen von waerme und eine vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

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Description

Verfahren zum Austauschen von Wärme und eine Vorrichtung zur Durchführung diese» Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen vor. Wärme zwischen einem ersten Strom von Verbrennungsgasen, die aus der Verbrennung von auf Erdölbasis beruhendem Brennstoff m:Jj Luft entstehen und einem zweiten Strom eines wärmeabsorbierenden Mediums, wobei der Austausch durch eine Wand erfolgt, die den ersten und zweiten Strom voneinander trennt und wobei ein flüchtiges Mediums in flüssiger Phase, das eine hohe Verdampfungswärme aufweist und einen niedrigen Siedepunkt hat, z.B. Wasser, in diese erste Strömung in eine Zone hoher Temperatur gegeben wird.
Die bekannten Verfahren dieser Art haben meist einen niedrigen Wirkungsgrad, da sich Ruß und andere Ablagerungen an den Wänden des Wärmeaustauschers bilden. Um auszugleichen muß der Wärmeaustauscher überdimensioniert werden. Manche Brennstoffe auf Erdölbasis lassen eine Abkühlung der Verbrennungsgase auf Temperaturen unter dem Taupunkt (weniger als 200 0C) nicht zu, weil sich Schwefelsäure bildet, die im Wärmeaustauscher oder im Kamin korrodierend wirkt. Die Bildung von Ruß oder Ablagerung kann die Tendenz zur Korrosion noch erhöhen, da die Schwefelsäure dadurch zurückgehalten wird. Normalerweise liegt der maximale Wirkungsgrad unter 90 %, auch wenn der Wärmeaustauscher angemessen ausgelegt und gewartet wird. Der durchschnittliche Wirkungsgrad während der Intervalle zwischen den Wartungen ist im allgemeinen viel niedriger. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird es möglich, einen Wärmeaustauscher so zu konstruieren, daß er einfach im Aufbau wird und eine sehr kleine Wärmeaustauschfläche hat und infolgedessen billig hergestellt werden kann, selbst wenn er aus einem gegen Korrosion beständigen Material gebaut wird.
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Eine Rußbildung wird im allgemeinen vermieden, jedoch erlaubt der Aufbau eine leichte Reinigung, falls dies nötig ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Dämpfe des flüchtigen Mediums in einer Zone niedriger Temperatur des ersten Stromes kondensieren läßt.
Dadurch wird erreicht, daß eine merkliche Wärmeübertragung nach dem Heizröhrenprinzip erfolgt, d.h. ein flüchtiges Medium wird an einer Stelle erwärmt und an einer anderen Stelle kondensiert. Während jedoch dieses flüchtige Medium in üblichen Heizrohren in einem geschlossenen Kreislauf in einem hermetisch abgeschlossenen System durchgeführt wird, wird die Verdampfung und Kondensierung gemäß der Erfindung bei Atmosphärendruck und in einem offenen Kreislauf durchgeführt.
Durch die Kondensation erhält man eine sehr wirksame Wärmeübertragung bei niedriger Temperatur.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine solche Vorrichtung ist schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird im folgenden im einzelnen beschrieben.
Mit 1 ist ein Wasserbehälter bezeichnet. Durch eine Pumpe 2 wird Wasser aus dem Behälter 1 über eine mit einem Filter 4 versehene Leitung angesaugt. Das Wasser wird zu mehreren Sprühdüsen 5 geführt, die das Wasser in eine Strömung von Verbrennungsgasen abgeben, die von einem üblichen ölbrenner 6 erzeugt werden. Die Verbrennungsgase haben zunächst eine hohe Temperatur und sie werden abgekühlt, wenn sie an den Rohren vorbeistreichen, die Flüssigkeit aus einem Behälter 8 erhalten, der im Querschnitt ringförmig ausgebildet ist und den Strom der Verbrennungsgase führt. Die anfängliche Abkühlung der
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Verbrennungsgase erfolgt durch Strahlung und Konvektion und die Verbrenuungsgase gelangen dann durch eine Zone 9, in der sie gekühlt werden, indem Wasser aus Düsen 5 in den Strom versprüht wird. Das Wasser verdampft fast augenblicklich und die Mischung von Dampf und Verbrennaigsgasen wird durch ein weiteres Rohrbündel 10 abgekühlt, wobei diese Rohre Flüssigkeit aus einem Behälter 11 erhalten, der grundsätzlich in gleicher Weise wie der Behälter 8 ausgebildet ist. Die Mischung aus Dampf und Verbrennungsgasen wird dann in einer Zone 9 weiterhin durch Einsprühen von Wasser durch Düsen 5 abgekühlt und der Strom der Verbrennungsgase, der jetzt eine große Menge Wasserdampf enthält, wird dann dadurch abgekühlt, daß er durch ein weiteres Rohrbündel 13 geleitet wird, wobei diese Rohre Flüssigkeit enthalten, die aus einem Behälter 14 stammen, der ebenso ausgebildet ist wie die Behälter 8 und 11. Der kondensierte Dampf wird als Wasser wiedergewonnen und über die Leitung 15 wieder in den Behälter 1 zurückgeführt. Die Abgase gelangen schließlich in den Kamin 16, in den eine umlaufende Scheibe I7 aus porösem Material ragt. Die Scheibe I7 ragt auch in einen Zug 18, durch den Verbrennungsluft für den Brenner 6 geleitet wird. Die latente Wärme in den Verbrennungsgasen, die in den Kamin 16 gelangen, wird so in an sich bekannter Weise wiedergewonnen.
Die Wärme, die von den Rohren 7, 10 und I3 und den Wänden der Behälter 8, 11 und 14 aufgenommen wurde, wird von der Flüssigkeit in den Behälter einem weiteren Kreislauf zugeführt, der aus einer Pumpe 19 und Rohren 20 bis 23 besteht und der in Reihe einen Radiator 24 enthält. Dieser weitere Kreislauf enthält eine Flüssigkeit, die in Richtung von den Rohren 21 im Behälter 14 zu den Rohren 22 im Behälter 11 geleitet wird und weiterhin den Rohren 23 im Behälter 8 zugeführt wird. Auf diese Weise erhält man eine hohe Temperatur dieser Flüssigkeit am Eingang des Radiators 24, während eine niedrige Temperatur im Behälter 14 aufrecht erhalten wird.
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Die Temperatur im Behälter 8 kann etwas über 100 0C betragen, während die Temperatur im Behälter 14 nur 30 0C betragen k«?Tin. Die Temperatur im Behälter 11 kann etwa 60 0C betragen. Die Temperatur der Abgase im Kamin 16 beträgt, bevor sie zur Scheibe« 17 gelangt, nur 60 0C und auf diese Weise wird der größere Teil des Wasserdampfgehaltes kondensieren und zum Behälter 1 .^urückgeleitet werden.
Der Regenerativ-Wärmeaustauscher, der durch die umlaufende Scheibe 17 gebildet wird, entfernt ebenfalls Wasser aus den Abgasen und gibt dieses Wasser an den Verbrennungsluftstrom ab. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist drei Behälter 8, 11 und 14 mit abnehmenden Temperaturen auf. Man kann natürlich auch nur einen einzigen Behälter mit niedrigerer Temperatur verwenden, jedoch dann wäre es notwendig einen weiteren Kreis einschließlich des Radiators 24 bei viel niedrigerer Temperatur vorzusehen und dies würde viel Platz in Anspruch nehmen.
Einer der großen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Kamin aus einem Material hergestellt werden kann, das nicht wärmebeständig ist, z.B. aus Kunststoff.
Der Gehalt des in diesem Wärmeaustauschverfahren umlaufenden Wassers nimmt allmählich an Schwefelsäure zu und das Wasser sollte durch. Zusatz von Alkalien, z.B. von Natriumkarbonat in den Behälter 1 neutralisiert werden.
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Claims (4)

  1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmätir« - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
    München 2 BrauhausstraQe 4 ■ Telefon SammelNr. 22 53 41 Telegramme Zumpat ■ Telex 5 29979
    VZw.
    Sven Gunnar Roy Lagerquist, Göingevägen/Schweden und Yngve Ragnar Kihlberg, Ingelstadsvägen/Schweden
    Patentansprüche
    [1.1 Verfahren zum Austauschen von Wärme zwischen einem ersten Strom von Verbrennungsgasen aus der Verbrennung eines Brennstoffes auf Erdölbasis mit Luft und einem zweiten Strom eines wärmeabsorbierenden Mediums, wobei der Wärmeaustausch durch eine Wand stattfindet, die den ersten und zweiten Strom voneinander trennt und ein flüchtiges Medium in flüssiger Phase, das eine hohe Verdampfungswärme und einen niedrigen Siedepunkt aufweist, beispielsweise Wasser, der ersten Strömung in einer Zone hoher Temperatur zugesetzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man die Dämpfe des flüchtigen Mediums in einer Zone niedriger Temperatur dieses ersten Stromes kondensieren läßt.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das kondensierte flüchtige Medium sammelt und riickleitet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase zur Wiedergewinnung der Wärme zum Vorwärmen der Verbrennungsluft verwendet werden.
  4. 4. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme nach Anspruch 1, mit einem Brenner zum Verbrennen von Brennstoff auf Erdölbasis mit Luft und zur Abgabe von Verbrennungsgasen, mit Behältern und Rohren, die Oberflächen aufweisen, die die Abgase berühren und kühlen, während diese zu einem Kamin geführt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die das flüchtige Medium zusammen mit den Verbrennungsgasen längs eines Teiles ihres Strömungsweges in Umlauf gesetzt werden, daß diese Einrichtung einen Vorratsbehälter, eine Pumpe, eine Lieferleitung, Sprühdüsen und eine Rückleitung umfassen, wobei diese Rückleitung so angeordnet ist, daß kondensiertes flüchtiges Medium abgezogen und in den Behälter zurückgeleitet wird und die Rückleitung von der Bahn der Verbrennungsgase stromab der Kühlflächen abgezweigt wird.
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