DE6603835U - Verfahren und vorrichtung fuer rekuperativen waermeaustausch - Google Patents

Description

Alois S t e i m e r , 8902 Gögpjingen bei Augsburg,

Unterfeldstraße 5

Az.: St 21 400/17f Gbm

G - 011

KlKwetii Ottse Unreriaq« (8eschr«t>uM «in· $cno«on»prj M *» wMzf «nQ«*<chre. M «eicht <on der Sossuno dt· «r»pfunoiich ^n-je-etcnten Un!«rtocen ob 0>e rechtliche SerffUtvno <Sr Abwe'chung »s¹ nicht Dk ursprünglich «irnje^chren Unter'cc»n b«f)npsp wh to is« Λ/ηΗο^ίβΛ. Sie Wnnen J*de«»eit «ihn* Nochwel· *ntt rtchttichen lnl;.-sssei j*buiv;o(ia' «in^ts«h«M «vd«K. Vwf VntrcQ verdM hWron -weh fotokopten oder F*τ·- ZV <*f übiichtr fttlitn telwFerl OeuhchM fefentomt.

Yorrichtunf für rekuverativen Wärmeaustausch

Die Neuerung betrifft einen reliait.·· . iven ■'J *μο b < s'; u-clcr für den Wärmeaustausch zwischen einem mit kondensierberem Dampf beZedenen, heizen, rtsförmigen Uediun {z. r. Rauch^as) und einer: kälteren luedium (z. B. "Jasser), nit mir.destens einem vom hei.^:.en Q-as d Tchströmten Rohr, in das konzentrisch ein rohrfcrni?er, am G-aseintrittsende offener und am Gasaustrittsende gescMossener Verdränperkörper r.it geringerem Durchmesser eingesetzt ist, so daJ3 zwischen ihm und den umschließenden Bohr ein Rir^spaltkanal gebildet ist.

Wärmetauscher dieser Art yreröen so ausfeiert, daß das heiße Medium beim Erreichen des regulären Temperaturgefälles zrächen ihm und dem kalten !»ledium mit einer über dem Taupunkt liegenden Temperatur heraustritt. Dieses Temperaturgefälle ^ird jedoch erst nach einer gewissen Anheizzeit erreicht, so daß während dieser Betriebsphese die Bildunr von Kondenswasser, das sogenannte "Schlitzen" des ;7ärE.ets -schers oier Kessels, unvermeidlich ist. Diese ^rschrinung ist lcsonöers dann schädlich, wenn die neuen Gase schvefelige Bestandteile enthalten, wie dies häufig bei cer Yerfeuerung von Kohle, rTeizöl und Gas der Fall ist. Es bildet sich dann schvefelige S«ure. die den Eisenwerkstoff stark angreift.

Aus diesem Grunde ist man z. E. bei Warm^vasserkesseln rezwunpen, die Rücklauf temper a tür des aus der. Heizsystem

7.

3603835

• · I ■ t ·

111 ·

I lilt · · ·

kommenden Wassers konstant zu halten, damit die Rauchgase bei großer Wärmeentnähme nicht zu stark gekühlt werden. Dies geschieht in der Weise, daß man dem kälteren Rücklaufwasser ständig eine von einem Thermostat gesteuerte Lienge heißeren Vorlaufwassers beimischt. Es ist hierfür also eine besondere Regeleinrichtung erforderlich.

Besonders stark tritt das Schwitzen auch bei solchen Wärmetauschern auf, in deren Rauchrohren rohrförmige Verdrängerkörper zur Bildung von Ringspaltkanälen eingeschoben sind. Infolge der starken Turbulenz in den Ringspaltkanälen wird der Wärmeübergang an die äußere Kanalwand bedeutend verbessert, so daß bei der Inbetriebnahme eines solchen Wärmetauschers häufig schon nach Durchströmen der halben Kanallänge der Taupunkt des den Rauchgasen beigemischten Dampfes unterschritten wird. Dieser Hange! dürfte wohl der Hauptgrund dafür sein, daß dieses seit Jahrzehnten bekannte Llit-tel zur Steigerung des Wärmeüberganges in der Praxis keine Bedeutung gewonnen hat.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es. die Kondenswasserbildung aus den Rauchgasen ohne zusätzliche Regeleinrichtungen zu unterbinden, da diese nicht nur den Aufwand erhöhen, sondern die Wärmeaustauschvorrichtung auch störanfälliger machen.

Die Neuerung besteht darin, daß bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art der Verdrängerkörper nur in einem dem G-asaustrittsende nahen Eereich nit radialen Durchbrochen versehen ist.

Die Wirkungen der Neuerung "erden -eiter unten tn Hanc der Fig. 1 erläutert. Ferner wird dargelegt, dar bei dieser Anordnung sich ein Selbstregelungseffe'-t einstellt, der es verhindert, daß beim Erreichen des regulären Tenpereturrefälles zwischen wärmeabgebendem und -aufnehmendem Medium die Austrittstenperatur größer wird.

V-

• I · »lit «*·# ·

t- ·

- 3-

Die öer weiteren Erläuterung dienenden Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 den Temperaturverlauf über die Länge des in Fig. 2 gezeigten Rins;spaltkanales und

Fig. 3 einen Warmv:asserkeesel mit Ringspaltrohrert nach der Erfindung.

Der in Fig. 2 gezeigte Ringspaltkanal 1 wird von den in den Böden 2, ο dicht befestigten AuSenrohr 4 und dem inneren Yerdrängerkörper 5 gebildet, der in das Rohr 4 eingeschoben und mittels Leisten 6 konzentrisch gelagert ist. Der rohrförmige Verdrängerkörper ist am Eintrittsende 7 des Kanals 1 offen und an Austrittsende 8 geschlossen. Nahe dem Austrittsende ist er nit radialen Bohrungen 9 versehen, deren Durchmesser vorteilhaft in Richtung des Primärstromes im Ringspaltkanal abnehmen.

Bei 7 tritt das heiße Gas mit der Temperatur T^ in den Ringspaltkanal 1 ein. Regulär soll der Wärmeübergang an die vom kühleren iiediuia umspülte WSBe des Bohr^s 4 asr&rt erfolgen, dafi die Gastemperatür längs der Kurve 10 auf T₂ abgesenkt T7ird, die etwas über der durch die Horizontale x._r gekennzeichneten Taupunkt-Temperatur liegt.

Bei einem Terdrangerxworper ohne Bohrungen 9 und öffnungen auf -Ser Sintrittsseite ülrd nun aber bsi der Inbetriebnahme das heiße Gas infolge äer starken Tur"b"ulerz so stark cekühlt, daB es schon im Abstand £ vor dem Austritt den Taupunkt 11 erreicht und im weiteren Yerlauf unter?chreitet. Ba? Rohr beginnt zu "schwitzen".

Mit äer vorliegenden Neuerung wird nun ir diesem Bereich ein Sekundärstrosi heizen Gases durch den Teräran-erkörrer in den Pria?rstrom eingeführt und mit diesen vermischt, so daB die Gasteinoeratur im Ringspalt Tiecer uter den Taupunkt

angehoben wird. Diese Sekundärströmung koinmt dadurch zustande, daß mit der Abkühlung der Gase im Ringspaltkanal 1 zugleich eine Volumen- und Druckverminderung entsprechend der Zustandsgleichung eintritt und dadurch im Bereich der niederen Temperaturen ein Druckgefälle zwischen dem Innenraum des Verdränger-

■ | körpers und dem Rin.c-spalt entsteht. 7/ird nun der Strömungswiderstand des Verdrängerrohres 5 und der Bohrungen 9 so bemessen, daß er gleich oder größer ist als die Druckabsenkung der Primärströnung im Eereich der Löcher 9 beim regulären Betriet, dann wird durch diese einfache ICaßnahme die Sekundärströmung unterbunden, so daß auch dann, wenn das reguläre

ft Temperaturgefälle erreicht ist, die Austrittstemperatur T_?

nicht größer wird, ras eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers bedeuten würde.

f Pig. 3 zeigt die Verwendung eines Tfärmetauschers nach der

JÜeuerun.£ in einem Warmwasserkessel 20 mit zentralem F rohr 21 und konzentrisch zu diesem angeordneten Ringspaltrohren 22, deren innere Verdrängerkörper 25 entsprechend Pig. 2 ausgebildet und angeordnet sind.

Die im Flammrohr 21 erzeugten Rauchgase werden in der Wendekammer 25, deren Boden nit Rippen 2^ -versehen ist, auf die Ringspaltkanäle rleiehmarig verteilt und durch den Fuchs 26 ins Preie entlassen. Durch den Vorlaufstutzen 2? gelangt das heiße Wasser in das Heizungssystem und durch den Rücklauistutzen 28 nach Wärmeabgabe wieder in den Kessel, wobei die Rücklauftemperatur - entgegen den bisher üblichen Temperaturen weit unter 70° C liegen kann.

Der gezeigte Kessel besitzt nun zns-ar - entsrrectend den Überwachungsvorschriften für ölgefeuerüe Kes?el - ein 2ntsi rohr 29 mit einer Detonationsklappe 50. T-rsuche haben aber gezeigt, da-: diese Klappe bei Anorcnun^ cer «"ärr.et aus eher gemäß der Keuerunr entbehrlich ist, da cie bein Zünden des einsrespritzen Brennstoffes entstehende Druck e Ie nit den

Verdrängerkörpern 25 weich abgefangen wird. Auch der Übergang auf eine höhere Laststufe, z. B. ceira Zuschalten einer weiteren Brennstoffdüse, erfolgt nicht z.it dein sonst ütlichen hohen Druckanstieg. liit den größeren ^asäuröhsatz steigt der Druck im. Flammrohr zwar sofort etwas an. Die anfangs einsetzende Sekundärstromune: durch cie Leeher 9 bewirkt acer, de.2 öer Druck nicht sofort, sondern erst nach einer -evrispen Aufheizzeit seine voll⁰ Höhe erreicht. Die Spaltweite des I-.in-sceltkanales 1 ist catei vorceilhaft 1/20 eis 1/6 der lichten Weite des Rauchrohres 4 bzw. 22.

Im Bereich der Bohrungen 9 wird dsr Wärmeübergang auch dadurch intensiviert, daß die Sekundärströmung nahezu im rechten Winkel auf die Wand der Rohre 22 auftrifft.

Zur Steuerung der Sekundärströmung können die Bohrungen auch etwas schräg zur Radialen liegen, so daß "bei größerer Geschwindigkeit der Primärströmung ein leichter Stau hervorgerufen wird.

Claims (4)

C · f I · C·· Scnutzqjasprücne

1. Rekuperativer Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen einem EDt kondensierbarem Dampf beladenen, heißen, gasförmigen Lledium (ζ. Ξ. Rauchgas) und einem kälterer. Lledium (z. B. Wasser), mit mindestens einem von heizen 1-as durchströmten P.ohr, in das konzentrisch ein rohrförmiper, an Jaseintrittsende offener und ar. Gasaustrittsende geschlossener Verdrängerkörper mit; geringerem Durchmesser eingesetzt ist, so daß zwischen ihm und dem umschließenden Rohr ein Ringspaltkanal gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Veröiänger-

körper (5) nur in einem dem Gasaustrittsende nahen Bereich mit radialen Durchbrüchen (9) versehen ist,

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite des Rinfrspaltkanales (·]) 1/20Ms 1/8 der lichten '«Veite des Rohres (4) beträgt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder Γ, dadurch ekejinzeichnet, daß die Durchbräche (9) in den 7erdr^:inrerkörpern (5) relativ kleine Durchflu-'.querrchnitte aufweisen, εο daß sie teim. Erreichen der normalen Sssaustrittstenper?tur (T^) die Sekundär trömung vom Innerer, des Yercränererkörpers [^) in den Rin.^spaltkanal (6) stark drosseln.

4. Γΐε-Torohr/Rauchrohrkessel nit nindertens z~*ei Züeer. und nit Stufenregelung, dadurch '-eker.nzpichn-t, daß ir. zreiten Zur Vorrichtunren nach einen ader nehr τ°γ. d°r Arp~rUc^v.e

1 tis ΰ anreordn t sine".

660383a