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Insbesondere für die Zwischenüberhitzung von Dampf bestimmte Wärmeaustauschvorrichtungmit
Rohrschlangen, die aus einerAnzahl aufeinanderfolgenderSchleifen bestehen Die Erfindung
betrifft eine Wärmeaustausclivorrichtung, die insbesondere für cV Zwischenüberhitzung
von Dampf bestimmt ist und Rohrschlangen enthält, welche aus einer Anzahl aufeinanderfolgender
geschlosener Schleifen bestehen, die an einem Ende eine Biegung größeren Halbmessers
besitzen, während am anderen Ende rlie beiden Stränge der Schleifen sich angenähert
berühren. Durch die Erfindung soll es hauptsächlich erreicht werden, daß das Kondensat
des Heizmittels selbsttätig aus den Heizschlangen abfließen kann. Ferner er- iht
sich bei der erfinclungsgenläßen Ausgestaltung der Heizschlangen die 'Möglichkeit,
in dem Wärineaustauschbehälter auf einem verhältnismäßig kleinen Rauni eine möglichst
große Heizfläche unterzubringen, so daß ein günstigster Wärmeübergang voll (lern
Heizmittel auf das zu belu izende Mittel erreicht wird.
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Die Erfindung bestellt darin, claß all einer Seite einer jeden Rohrschlange
jede Schleife aus der Ehere der Rohrschlange heraus derart abgebogen ist, claß in
der Schlange vorn Einlaß- nach <lein Auslaßende hin ein Gefälle entstellt, durch
welches das selbsttätige Abfließen des Kondensates gesichert ist.
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Die Heizschlangen können entweder in an sich bekannter `eise radial.
zur Längsachse des Austauschbehälters angeordnet werd; n oder gemäß einer besonderen
Anführungsform der Erfindung ta.ngelitial zti dieser Längsachse. In diesem letzteren
Falle ergibt sich der Vorteil, daß bei einem gegebenen Behälter die Windungen der
Schleifen einer Schlange länger gemacht werden können als bei der radialen Anordnung.
Infolgedessen kann man auf diesem gegebenen Raum eine größere Heizfläche bei einer
gegebenen Anzahl von Rohrschlangen unterbringen als bei der radialen Anordnung.
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In den Zeichnungen sind Ausführuri.gsforinen einer Wärtneaustauschvorriclitung,
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. Abb. r ist ein Längsschnitt durch
die Vorrichtung; Abb.2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 von Abb. i ; Abb.3 ist ein
Schnitt ähnlich dem von Abb. 2 durch eine abgeänderte Ausführungsform; A:bb. 4.
und 5 zeigen in Ansicht bekannte Formen von Heizschlangen, denen
gegenüber
die Erfindung eine Verbesserung darstellt.
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Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter io, der zweckmäßig
stehend Verwendung findet und oben durch einen Deckel i i und unten durch einen
Deckel 12 abgeschlossen ist. Ein Einlaßstutzen 13 für den zu überhitzenden Dampf
befindet sich in der Nähe des Bodens und ein Auslaßstutzen 14 am oberen Teil des
Behälters, vorzugsweise diametral entgegengesetzt dein R'inlaß 13. Die Deckel i
i und 12 weises. Öffnungen verhältnismäßig kleinen Durchinessers auf, an welche
Stutzen 15 bzw. 16 angeschlossen sind. Mit diesen Stutzen sind. Platten 17 bzw.
i3 verbunden, in welche die Enden der Rohrschlangen eingewalzt sind. Diese bestehen
vorzugsweise aus einzelnen Rohrsträngen, die in Ziekzackwindungen gebogen sind und
deren Enden 19 bzw.2o gleichlaufend miteinander und zur Längsachse des Behälters
angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht in bekannter Weise .die einfache Gestaltung
und Bemessung der Befestigungsmittel, auch wenn der durch die Heizschlangen strömende
Dampf sehr hoch gespannt ist und daher einen sehr hohen Druck auf die Befestigungsmittel
ausübt.
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Von der Gestaltung der Heizschlangen und ihrer Verteilung bzw. Anordnung
im Innern des Behälters hängt die gute Wirkung des Wärmeaustausches stark ab. Dazu
gehört eine möglichst zweckmäßige Verteilung der Heizschlangen durch den ganzen
Innenraum des Behälters, um eine möglichst große Wärmeaustauschfläche bei gegebener
Behältergröße zu erzielen. Dazu ist weiter erforderlich, den Abstand zwischen den
Rohren der Heizschlangen ein bestimmtes Mindestmaß überschreiten zu lassen, da bei
zu kleinem Abstand der Rohre voneinander der verhältnismäßig dünn zwischen ihnen
hindurchströmende zu überhitzende Dampfstrom nicht genügend Wärme aufnehmen kann,
so daß die Wärmeabgabefähigkeit der Heizschlangen nicht .genügend ausgenutzt würde.
Aus praktischen Gründen, z. B. um Verbindungen zu vermeiden, sind zusammenhängendeElemente
zweckmäßig. Eine übliche Form von Schlange:i ist in Abb. d. dargestellt. Das Element
ist in Zickzackform gebogen und bildet eine Aufeinanderfolge von Windungen mit Strängen
21 und 22 jeder Windung parallel zueinander und rechtwinklig zu den Enden 1g und
2o. Bei dieser Schlangenform kann man indessen bei einer gegebenen Länge nicht genügend
Windungen unterbringen. Man hat daher zur Vergrößerung der Anzahl der Windungen
auf eine bestimmte Länge Schlangen nacli Abb. 5 gebildet, bei denen die Stränge
21 und 22 jeder Windung an jedem offenen Ende einer Windung einander genähert sind.
Bei dieser Form ist zwar die Anzahl der Windungen bei gegebener Länge der Schlangen
vergrößert, jedoch kann die Heizschlange in keiner Lage selbsttätig Kondensat abfließen
lassen, vielmehr werden sich stets Wassersäcke bilden, da stets ein Teil der Windungsstränge
in bezug auf den Strom des Dampfes durch das Rohr nach oben gerichtet sein wird.
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Die Gestaltung der Heizschlangen nach der Erfindung behält den Vorteil
einer großen Anzahl von Windungen für eine gegebene Länge bei und ebenso den Vorteil,
daß das Kondensat selbsttätig abfließen kann, ohne daß Wassersäcke entstehen. Außerdem
wird eine bessere Verteilung der Heizfläche innerhalb des Behälters erzielt, wenn
mehrere derartige Schlangen in der vorher angegebenen Weise mit zusammengedrängten
Enden angeordnet werden. Eine Heizschlange nach der Erfindung wird dadurch geschaffen,
daß man ein nach Abb. 5 gebogenes Rohr an den Enden jeder Windung, d. h. bei 23,
um einen Winkel von ungefähr d.5° dreht, so daß die Schlangen die Gestalt annehmen,
wie sie aus Abb. r und 2 ersichtlich ist. Die Schleifen sind dabei birnenförmig
gestaltet. Bei dieser Gestaltung der Schlangen kann die gleiche Anzahl für eine
gegebene Länge verwendet werden wie bei Abb.5; gleichzeitig wird dadurch, .saß die
Stränge der einzelnen Windungen durch die erwähnte Drehung in parallele Lage zueinander
gebracht sind und dadurch, daß die so gebogenen Eieden der Windtingen sämtlich in
derselben Richtung geneigt sind, erreicht, daß die Rohrschlangen bei senkrechter
Aufstellung keine Wassersäcke bilden.
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Die Vermeidung von Wassersäcken ist insbesondere bei Verwendung von
Naßd ampf als Heizdampf notwendig, sie ist aber auch bei Verwendung von überhitztem
Dampf erforderlich. Dies hängt damit zusammen, daß der Wärmeaustausch im Gegenstrom
stattfindet. -Dabei kommt der zu überhitzende Dampf zuerst mit den abgekühlten Enden
der Heizschlangen in Berührung und strömt allmählich zu den heißen Enden der Schlangen,
die hier noch mit überhitztem Dampf angefüllt sind. In diesem oberen Teil der Vorrichtung
muß dann die Temperatur der Heizschlangen stets Über der Sättigungstemperatur des
Heizdampfes gemäß dem verwendeten Druck gehalten werden, so daß in diesem Teil den
Heizschlangen bzw. dem in ihnen befindlichen Dampf nur die ilberhitzungswärmfe entzogen
wird. Die Verdampfungswärme wird dagegen in den unteren Teilen der Schlangen-entzogen,
wo sie in Berührung mit dem hier noch kälteren zu überhitzenden Dampf kotiimen.
Um dies zu erreichen, müssen also auch bei Verwendung von überhitztem Dampf die
Heizschlangen
so eingerichtet sein, daß keine Wassersäcke entstehen, damit die Temperatur im oberen
Teil der Schlangen nicht durch die Anwesenheit von Kondensat, das sich hier ansammelt,
verringert wird und damit der t:ntere Teil der Schlangen ebenfalls frei: von Kondensat
bleibt.
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Durch die obererwähnte Drehung der Windungen an ihren Enden 23 wird
jede Windung aus einer einzigen Ebene in zwei schräg zueinander liegende Ebenen
abgebogen; es entsteht eine Schlangenform, die eine bessere Verteilung der Heizfläche
innerhalb des Behälters gestattet, wenn die Schlangen nach Abb. i und 2 angeordnet
sind.
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Wie aus Abb. i hervorgeht, sind die Enden i9 und 2o der Heizschlangen
an den Platten i 7 und 18 ungefähr kreisförmig angeordnet. Die MTindungen der Schlangen
erstrecken sich vom Innern des Behälters nach dem Umfang zu. Aus Abb. 2 geht hervor,
daß die schräge Linie der Stränge 21 und 22 zueinander den Querschnitt des Behälters
gleichmäßiger mit Heizschlangen ausfüllt als bei Schlangen, deren Windungen je in
einer Ebene liegen. Durch versetzte Anordnung der in den Platten 17 bzw. 18 befestigten
Rohrenden kann die Größe des mittleren nicht von Heizschlanren eingenommenen Raumes
auf ein Minimum beschränkt werden.
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Um zu vermeiden, daß der zu überhitzende Dampf hauptsächlich durch
diesen mittleren Kanal oder Raum hindurchgeht, wird zweckmäßig darin eine schraubenförmige
Fläche 23j angeordnet, die mit den Platten 17 und 18 verbunden sein kann. Sie verhindert
nicht nur ein glattes Durchströmen des Dampfes durch diesen Raum, vielmehr verleiht
sie dem Dampf eine Drehbewegung und verteilt ihn dadurch sehr gleichmäßig im Innern
des Behälters und über die Heizschlangen. Außer dieser im Innern angeordneten Schraub-nfläche
können Lenkwände 2q. und 25 an dem Eimaß 13 verwendet werden, um eine plötzliche
Richtungsumkehr des eintretenden zu überhitzenden Dampfes zwecks Ausscheidung von
Feuchtigkeitsteilchen zu erzielen. Weiter Können im Innern des Behälters zur Erzielung
eines hin und her gehenden Weges des Dampfes Wände angeordnet sein, von denen eine
bei 26 angedeutet ist, die mit den Heizschlangen verbunden ist. Ein Ablaßhahn 27
ist im unteren Deckel angeordnet. Oben kann ein Sicherheitsventil 28 angeordnet
sein. für den Fall, daß der Druck im Innern des Behälters zii hoch wird. Die in
Abb.3 abgeänderte Ausführungsform ist im allgemeinen ebenso durchgebildet wie die
der Abb. i und 2. Nur verlaufen hier die Stränge der Heizschlangen nicht radial
zu der Längsachse des Behälters, vielmehr verlaufen sie tangential zu dem Grundkreis
der im Innern angeordneten Schraubenfläche. Diese Gestaltung kann zweckmäßig bei
Überhitzern verwendet werden, bei denen nur eine kleine Heizfläche nötig ist. Ein
Vergleich zwischen Abb. 2 und 3 ergibt ohne weiteres, daß die Anzahl der Schlangen,
die in der Ausführungsform der Abb.3 untergebracht werden kann, nicht so groß ist
wie bei der nach Abb.2; jedoch können wegen der tangentialen Anordnung der Schlangen
die Windungen länger gemacht werden als bei der radialen Anordnung. Daher kann eine
größere Heizfläche untergebracht werden bei einer gegebenen Anzahl von Schlangen
als bei Abb. 2.
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Die Erfindung gestattet also, ein Maximum an Heizfläche bei gegebener
Größe in einen Behälter unterzubringen, ohne daß die Heizschlangen zu nahe aneinander
liegen. Gleichzeitig werden ununterbrochene, d. 1i. 'Keine Verbindung aufweisende
Heizschlangen verwendet, die für Hochdruck geeignet sind. keine Wassersäcke bilden
und daher besonders gut bei Verwendung des Gegenstromaustauschprinzips zu gebrauchen
sind, insbLsondere wenn -als Heizdampf überhitzter Dampf Verwendung findet.