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Wärmeaustauschvorrichtung, insbesondere zur Erhitzung von Luft Die
Erfindung betrifft Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen das eine der beiden wärmeaustauschenden.
Mittel senkrecht zu den von dem anderen Mittel durchströmten Rohren in das Gehäuse
eingeführt und in diesem in Richtung der Rohre umgelenkt wird.
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Die bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art haben den Nachteil,
daß sie die Bildung toter Ecken ermöglichen oder aber, soweit sie auf deren Beseitigung
hinzielen, sich besonderer mechanischer Mittel, wie z. B. Leitwände u. dgl., bedienen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man die Bildung toter
Ecken auch ohne den Einbau zusätzlicher Leitwände vermeiden kann, wenn man nur den
Querschnitt der Rohre im Bereich der Umlenkstelle allmählich oder stufenweise verringert,
indem man sie beispielsweise abflacht.
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Das Wesen- der Erfindung und ihre Wirkung im Vergleich zu bisher üblichen
Wärmeaustauschvorrichtungen sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Abb.
i eine gewöhnliche Wärmeaustauschvorrichtung in Form eines- Röhrenbündels im Längsschnitt
zeigt.
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Die Abb. 2 -und 3 sind in einer senkrecht zu den Röhrenachsen verlaufenden
Ebene gelegte Querschnitte, welche -beispielsweise verschiedene Anordnungen der
Röhrenbündel darstellen.
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Gemäß diesen Abbildungen wird der Körper der Wärmeaustauschvorrichtung
durch einen Kasten i gebildet, dessen zwei gegenüberliegende Seiten 2 und 3 als
Röhrenplatten dienen, welche durch ein Röhrenbündel q. miteinander verbunden sind.
Diese Röhren -%verden von den heißen Rauchgasen, beispielsweise im aufsteigenden
Sinne in Richtung von 3 nach 2 durchzogen, wie es die geradlinigen, parallel zu
den Röhren verlaufenden Pfeile angeben. Eintritt und Austritt der zu erwärmenden
Luft sind auf der gleichen Kastenseite durch 5 und 6 bezeichnet. Bei dieser Art
von Austauschern ist es verhältnismäßig leicht, eine gleichmäßige Verteilung der
Rauchgase über alle Röhren der Austauschvorrichtung zu erhalten. Dagegen ist es
schwierig, -einen richtigen Luftumlauf zu bewirken. Die Luft sollte nämlich durch
5 in das Röhrenbündel d. einströmen und zwischen den Röhren dieses Bündels im wesentlichen
senkrecht zur Achse der Röhren zwischen diesen durchdringen; nachdem sie das Röhrenbündel
auf der Eintrittsseite gleichmäßig und vollständig umspült hat, sollte sie sodann
unter gleichmäßiger und vollständiger Umspülung des mittleren Teiles des Röhren-
Bündels
der Austrittsseite zuströmen und schließlich in gleicher Weise wieder . ausströmen,
wie das Einströmen auf der Eintrittsseite beschrieben wurde. In Wirklichkeit widersteht
nun die Luft dem gleichmäßigen Durchströmen und Verlassen des Röhrenbündels. Sie
sucht, zwischen 5 und 6 auf kürzestem Wege längs einer durch die gekrümmten Pfeile
zwischen 5 und 6 angedeuteten Bahn abzuziehen, so daß die verschiedenen Zonen des
Bündels 4 sehr ungleichmäßig von der Luft bespült werden. Insbesondere bilden sich
mit 7 und 8 bezeichnete Zonen, in denen die Heizflächen der Austauschvorrichtung
außerordentlich schlecht ausgenutzt sind.
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Wenn die Röhren gemäß Abb. 2 versetzt angeordnet werden, so ergibt
sich für die in Richtung des Pfeiles 9 einströmende Luft die Schwierigkeit, sich
richtig über die ganze Wärmeaustauschvorrichtung zu verteilen. Man kann eine bessere
Luftverteilung in den Röhrenbündeln erzielen, wenn man eine Anordnung gemäß Abb.
3 verwendet, bei der die Röhren nach sich rechtwinklig kreuzenden Achsen angeordnet
sind und die Luft in Richtung des Pfeiles io zugeführt wird. Die Luftverteilung
wird zwar auf diese Weise verbessert, aber man würde hierbei insofern einen Nachteil
in Kauf nehmen, als man bei gleichem größten Achsenabstand der Röhren auf einer
Röhrenplatte 2 von gegebener Fläche nicht ebensoviel Röhren anordnen kann, 3vie
bei der versetzten Anordnung gemäß Abb. 2.
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In den Abb. 4. und 5 ist durch gekrümmte Pfeile der Weg angedeutet,
den der Luftstrom zwischen dem Eintritt 5 und dem Austritt 6 beschreiben kann, je
nach der Höhe des Ein- und Austrittquerschnittes und je nach den.Erleichterungen,
die man dem Umlauf der Luft durch geeignete Anordnung der Röhrenbündel 4 geben kann.
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Die Vorteile und Nachteile der Anordnungen gemäß Abb. 2 und 3 sind
daher folgende: Die Anordnung gemäß Abb. 2 ist für die Luftströmung vorteilhaft,
wenn diese parallel zur Röhrenachse verläuft.
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Die Anordnung gemäß Abb. 3 ist für die Luftströmung von Vorteil, wenn
diese senkrecht zur Röhrenachse verläuft.
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Für gegebene Strömungsverluste am Eintritt oder am Austritt des Röhrenbündels
ergibt diese Anordnung geringste Höhen für die Lufteintritts- oder Luftaustrittsöffnungen.
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Die Erfindung, die in der Verringerung der Rohrquerschnitte im Bereich
der Umlenkstelle und einer damit erreichten Vergrößerung der Strömungsquerschnitte
für die Luft besteht, weist folgende Vorzüge aus a) Hinsichtlich des Eintritts und
Austri der Luft mit Bezug auf das Röhrenbün ergeben sich die Vorteile der Anordnung
w Abb. 3, d. h. Eintritts- und Durchgangsqu schnitte für die Luft im Innern des
Röhr Bündels in Form von im wesentlichen ger2 linigen fegen von hohem und im wesei
liehen gleichförmigem Querschnitt.
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b) Rohrwände mit Rohrbündeln von c Art gemäß Abb. 2, d. h. in gedrängter
Anor nung, gegebenenfalls versetzt zueinander u, von einer Bemessung der Durchgangsque
schnitte, die der parallel zur Achse d Rohrbündels hindurchstreichenden Luft d geringste
Reibungsfläche darbietet.
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Um die Erfindung für ein Röhrenbund der in Abb. 2 dargestellten Art
zu verwende werden die Röhren des Bündels an den Ste len, wo man die Vorteile eines
Bündels gern; Abb. 3 zu erreichen wünscht, leicht abg flacht. Diese Abflachung hat
eine Ver größ@ rung des zwischen zwei benachbarten Röhre liegenden Raumes zur Folge,
wie es in Abb. beispielsweise dargestellt ist, und ergil Durchgänge, durch die die
Luft das Bünd, leicht durchströmt. In dieser Abbildung i: ein Schnitt durch das
Röhrenbündel punktier dargestellt, das in dem Teil 4 nicht abgeflacr ist, während
in vollen Linien ein Schnit durch die Röhren dargestellt ist, die gemäß abgeflacht
sind. Die durch diese Abflachun_ der Röhren erhaltenen Durchlässe sind mit i bezeichnet;
die Luft wird bei 12 zugeführt Die Höhe, auf die die Röhren in an sich "be kannter
Weise abgeflacht sind, kann verschie den sein; insbesondere kann sie mit wachsendem
Abstand der Röhren von der Eintritts oder Austrittsstelle der Luft abnehmen.
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Man kann auch, wie in Abb. 7, wo 5 die Eintrittsstelle, 4 das Röhrenbündel
ist, die Röhren nur in dem dreieckigen Teil 13 abflachen, von dem zwei Seiten durch
die Rohrwand und den Teil 5 gebildet werden. Ebenso kann, was den Auslaß anbetrifft,
wenn dieser bei 6 erfolgt, die Abflachung sich auf den dreieckigen Teil 14 beschränken.
Eine solche Anordnung ermöglicht eine bessere Verteilung der Luft bei ihrem Durchgang
durch das Bündel 4.