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Wärmeaustauscher mit einem von einem Gehäuse umschlossenen Röhrenbündel
und mit über jedes Rohr geschobenen Mänteln Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher
mit einem von einem Gehäuse umschlossenen Röhrenbündel und mit über jedes Rohr geschobenen
Mänteln, von denen jeder mit dem Rohr einen Ringraum einschließt. Es gibt solche
Wärmeaustauscher, bei denen das gasförmige Wärmeaustauschmittel durch die ganze
Länge der Ringmäntel und das flüssige Wärmeaustauschmittel durch die ganze Länge
der Rohre strömt. Wenn nun zwecks Erreichens einer günstigen Wärmedurchgangs= zahl
bei großer Rohrlänge der Durchströmquerschnitt der Ringräume klein gehalten wird,
so hat diese Bauart den Nachteil, daß ein unwirtschaftlicher großer Druck für das
Durchströmen des gasförmigen Wärmeaustauschmittels erforderlich ist. Es gibt ferner
Wärmeaustauscher mit einem Röhrenbündel, durch welches eine Rohrschlange gesteckt
ist. Hierbei ist der Mantelringraum unterteilt, und werden diese Teilringräume von
Teilströmen des einen Wärmeaustauschmittels durchflossen, während das andere Wärmeaustauschmittel
die von den Teilmänteln umschlossenen Innenrohre, aus denen die Rohrschlange zusammengesetzt
ist, auf der ganzen Länge durchfließt. Ein solcher Wärmeaustauscher mit schlangenförfnig
zusammengebauten Innenrohren hat jedoch nur dann einen praktischen Wert, insbesondere
für größere Anlagen, wenn die Innenrohre möglichst lang sind. Ist dies aber der
Fall, so entsteht auch hier der Nachteil eines erforderlichen unwirtschaftlichen
großen Druckes für das Durchströmen des gasförmigen Wärmeaustauschmittels durch
die Mantelräume. Dient der Wärmeaustauscher als Verdampfer, so würde bei zu langen
Innenrohren der in den Mantelräumen erzeugte Dampf nicht rasch genug abströmen können
und dadurch einen Teil der Heizfläche unwirksam machen und sehr viel Flüssigkeit
mitreißen. Hinzu kommt noch der Nachteil, daß für das Durchstecken der Innenrohre
durch die Außenrohre Stopfbuchsen und für das Verbinden der Innenrohre zu einer
Rohrschlange zahlreiche Verschraubungen benötigt werden, wodurch die Betriebssicherheit
gefährdet und der Ausbau zwecks Reinigung erschwert wird.
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Diese Nachteile werden bei dem Wärmeaustauscher erfindungsgemäß dadurch
behoben, daß der jedes Rohr umgebende Mantel in mehrere Mäntel unterteilt ist und
die Teilmäntel eines jeden Abschnittes in Zwischenböden derart befestigt sind, daß
die von den Teilmänteln eines jeden Rohres umschlossenen Ringräume von dem gasförmigen
Wärmeaustauschmittel parallel durchströmt werden, während das flüssige Wärmeaustauschmittel
die Rohre auf ihrer ganzen Länge durchfließt. Bei dieser neuen Bauart können die
Innenrohre wesentlich länger als bisher ausgeführt werden. Die Länge der Innenrohre
ist vollkommen unabhängig
von der Länge der Ringräume bzw. von
der Länge der Teilmäntel, und umgekehrt. Die Länge der Teilmäntel wird bemessen
nur mit Rücksicht auf einen geringen Durchströmwiderstand des gasförmigen Wärmeaustauschmittels
bzw. auf einen die Wärmeübergangszahl begünstigenden kleinen Ringquerscbnitt. Lediglich
die Anzahl der Teilmäntel richtet sich nach der Länge der Innenrohre. Die Verwendung
langer Innenrohre an Stelle einer größeren Anzahl kurzer Rohre ergibt ferner den
Vorteil kleinerer Herstellungskosten des Wärmeaustauschers.
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In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
als Längsschnitte dargestellt.
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Die Ausführung nach Abb. i kann z. B. als Luftkühler benutzt werden.
Die inneren Rohre i sind an beiden Enden in den Stirnplatten und die je vier übergeschobenen
kurzen Rohre 2 bis 5 an einem Ende in Zwischenplatten eingewalzt. so daß das Kühlergehäuse
in fünf Kammern 6 bis io unterteilt ist, die durch die von den Röhrenbündeln gebildeten
Ringräume i i bis 14 miteinander verbunden sind. Das Kühlwasser fließt von der Kammer
17 durch die inneren Rohre i nach der Kammer 18. Die Luft tritt durch das Verteilerrohr
15 in die Kammern 7 und 9 ein, strömt von hier durch die Ringräume i i, 12 bzw.
13, 14. nach je einer der benachbarten Kammern 6, 8 bzw. 8, io und tritt durch das
Sammelrohr 16 aus.
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Durch jeden Ringraum strömt also nur 1f4 der gesamten Luftmenge, und
ist der axiale Durchflußweg eines jeden Luftteilchens gleich der Länge eines Ringraumes,
also etwa 114 des Wasserdurchflußweges. Bei diesem Beispiel der Erfindung ist also
die Luftgeschwindigkeit 1j4 und der zugehörige Druckverlust etwa 1f`64 der entsprechenden
Werte eines Luftkühlers gleicher Baulänge, bei dem über die inneren Rohre nur je
ein einziges etwa gleich langes Rohr geschoben ist. Gegenüber dieser Bauart beträgt
der Druckverlust bei dem Erfindungsgegenstand 1j$, wenn statt der hier beispielsweise
angenommenen vier Rohre nur je zwei Rohre übergeschoben werden, was immer noch einen
Vorteil bedeutet. Wie die bekannte Durchrechnung ohne weiteres ergibt, ist es durch
die Erfindung praktisch möglich, die Luft durch kleine Ringquerschnitte zu führen
und damit eine höhere Wärmedurchgangszahl zu erreichen, wobei die Geschwindigkeit
und der Druckverlust normal bleiben und auch die bisherigen großen Baulängen der
Luftkühler beibehalten werden können.
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Wenn abweichend von der Abb. i die übergeschobenen kurzen Rohre auch
am unteren Ende in je einer Platte eingewalzt werden und das Wasser auch durch die
dadurch entstehenden Kammern zwischen je zwei Einwalzplatten eines kurzen Rohres
geleitet wird, dann umspült das Wasser auch diese Rohre, so daß durch die beiderseitige
Wasserkühlung der Durchgangsweg der Wärme durch den ringförmigen Luftquerschnitt
geteilt wird.
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Wird durch die inneren Rohre i Dampf und durch die Ringräume i i bis
14 Frischluft geführt, so kann diese Bauart zum Vorwärmen von Luft, z. B. für eine
Luftraumheizung, verwendet werden. In sinngemäßer Ausführung kann die- Vorrichtung
auch als Rauchgasspeise-,rasservor-,ärmer benutzt werden.
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Die Ausführung nach Abb.2 stellt einen neuen Dampfkessel dar. Die
unten geschlossenen inneren Rohre 21 sind am oberen Ende im Oberkessel 26 und die
je vier kurzen Rohre 22 bis 25 in den Wasserkammern 2; bis 3o eingewalzt. Die Zwischenräume
32 und 34 sind auf der rechten Schmalseite mittels der durchlaufenden Kanalwände
39 bzw. 37 abgeschlossen und stehen an den übrigen drei Seiten mit dem Feuerraum
4o in Verbindung. Die Zwischenräume 31, 33# 35 sind auf der linken Schmalseite mittels
der flauer 41 bzw. der durchlaufenden Kanalwände 38, 36 abgeschlossen und stehen
an den übrigen drei Seiten mit dem Abzug 42 in Verbindung. Die auf dem Rost 43 erzeugten
Feuergase treten also von drei Seiten in die Zwischenräume 32 und 34. ein, strömen
von hier durch die Ringräume 44 45 hzw. 46,47 nach den Zwischenräumen 31,
33, 35 und treten durch deren drei offene Seiten nach dem Abzug 42 aus. Das Speisewasser
tritt durch den Stutzen 48 in den Oberkessel 26 ein und fließt von hier unmittelbar
in die inneren Rohre 21 und mittelbar durch die Kanäle 36 bis 39 und Stutzen 49
bis 52 in die '%,'Vasserkammern -27 bis 3o. Die gleichen Wege in entgegengesetzter
Richtung strömt der erzeugte Dampf nach dein Oberkessel 26 und tritt durch den Stutzen
53 aus. Hinsichtlich der Wärmedurchgangszahl, der Geschwindigkeit und des Druckverlustes
gilt hier sinngemäß das zu Abb. i Dargelegte.
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Die vorstehende Anwendung des Erfindungsgedankens erfordert also einen
neuen, im wesentlichen dadurch gekennzeichneten Kesseltypus, daß die im Oberkessel
26 an einem Ende eingewalzten '\;#Tasserrohre 21 durch die in Wasserkammern :27
bis 3o an beiden Enden eingewalzten Heizrohre 22 bis 25 gesteckt sind, so daß die
von den ineinandergesteckten Röhrenbündeln gebildeten Ringräume 44 bis 47 von den
Feuergasen in Teilmengen durchströmt werden.
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Es können zwei vollständige Kesselaggregare
sbehenderoder
liegender Bauart mit einem gewissen Zwischenraum nebeneinander aufgestellt werden,
welcher als gemeinsamer Feuerraum dient.