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Wärmeaustauscher für mit Kontaktmasse ausgestattete Öfen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher für mit Kontaktinasse ,gtefüllte Öfen,
die zur Durchführung von mit einer Abkühlung oder Aufheizung von Gasen und Dämpfen
verbundenen Prozessen dienen, bei denen das vorgeschriebene Temperaturgefälle ziemlich
genau eingehalten werden muß und die reinen möglichst gleichmäßigen Wärmeaustausch
an allen Punkten des Gasstromes erfordern. Dazu kommt noch, daß eine pulverförmige,
gegen örtliche Überhitzungen sehr empfindliche Kontaktmasse verwendet wird, die
von Zeit zu Zeit erneuert werden muß.
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Durch die Erfindung soll ein für diese Zwecke besonders geeigneter
Wärmeaus-Tauscher geschaffen werden, der einen guten Wirkungsgrad besitzt, also
das Kühl- oder Heizmittel voll ausnutzt und außerdem einfach und billig in der Herstellung
und im Betrieb ist. Gemäß der Erfindung ist der Kontaktraum von einer großen Zahl
senkrechter, paralleler Blechwände durchzogen, von denen jede von senkrechten Rohren
durchsetzt ist, Ideren Radius gleich ist dem Abstande zweier benachbarter Blechwände.
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Dabei sind die in den einander benachbarten Blechwänden angeordneten
Rohre so zueinander versetzt, daß mehrere zueinander parallele Längsreihen von Rohren
gebildet werden, in denen zwischen je zwei die Blechwände durchsetzenden Rohren
ein Abstand eingehalten wird, der dem Abstand zweier Blechwände entspricht.
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Es ist bereits ein Wärmeaustauschkörper bekannt, bei dem mehrere
Reihen von Rohren angeordnet sind, die mit tangential angeschlossenen, parallel
verlaufenden Metallplatten in Verbindung stehen. Bei dieser Einrichtung sind an
derselben Berührungsstelle eines Rohres mehrere Platten übereinander angeschlossen,
so daß an demselben Rohrquerschnitt mehr als zwei durchgehende Platten mit dem Rohr
in Wärmeaustausch stehen.
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Bei dieser Einrichtung kommt es lediglich darauf an, das gesamte
Wärmegefälle in Kesseln o. dgl. so stark wie möglich zu verbessern.
Es
ist dabei höchst unwichtig, ob die Temperatur an den verschiedenen Blechen genau
mit,einander übereinstimmt oder ob die Rohre an ihrem ganzen Umfange eine gleichmäßige
Temperatur aufweisen. Die H,auptsache ist vielmehr dabei, daß eine necht große Strahlfläche
erreicht wird, und das wird bei der bekannten Einrichtung dadurch erreicht, daß
an einem Rohrquerschnitt möglichst viele Platten gleichzeitig angeschlossen sind.
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Bei der Erfindung ist das Problem, ein möglichst großes Gesamtwärmegefälle
zu erhalten, völlig in den Hintergrund gedrängt durch das bei Verwendung von Kontaktmassen
so außerordentlich wichtige Problem, Temperaturen zu erhalten, die im gesamte nutzbaren
Wärmeaustauschraum so genau und gleichmäßig wie nur irgend möglich eingehalten werden
müssen. Im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung werden also beim Erfindungsgegenstand
nicht möglichst viele Platten an einen Rohrquerschnitt angeschlossen, sondern es
wird jedes Rohr unter Blerücksichtigting einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung
an mehreren Stellen von einzelnen Blechplatten, also jeweils an einer Stelle nur
von einem Blech getroffen, um auf diese Weise eine möglichst ganz gleichmäßige Wärmeverteilung
zu erreichen. Dabei werden die Anschlußstellen über den Umfang der Rohre gleichmäßig
verteilt.
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Eine andere bekannte Bauart verwendet Rohre mit abstehenden dünnen
Blechen, die strahlenförmig vom Rohr ausgehen, aber eine gleichmäßige Verteilung
der Wärmle über die gesamte Kontaktmasse nicht ermöglichen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt, und zwar zeigen Abb. 1 die Ansicht des Kontaktofens, Abb. 2 eine Draufsicht
zu Abb. I, teilweise mit abgenommenem Deckblech und teilweise im Schnitt, Abb. 3
einen Sclmitt nach der Linie III-III der Abb. I, Abb. 4 einen Teil des Rohrfeldes
der Abb. 2 in vergrößertem Maßstabe, Abb. 5 die Zusammenfassung einer Rohrgruppe
zu den oben und unter dem Rohrbündel angeordneten Hauben.
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Dler Ofen hat rechteckige Form (Abb. 1 bis 3) und besteht im wesentlichen
aus einem Bündel von lotrecht angeordneten Rohren 1, durch welche das Wärmeaustauschmittel
(Kühlwasser) fließt. Zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Oberfläche sind die
Rohre 1 untereinander durch Bleche 2 verhunden, welche durchgehende Wände bilden
und in verhältnismäßig engen Abständen parallel zueinander angeordnet sind. Der
Raum zwischen den Blechwänden wird mit einer für die Synthese' erforderlichen pulverförmigen
Kontaktmasse ausgefüllt.
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Die Biechwände 2 sind parallel zu den Rohrachsen angeordnet, stehen
also ebenso wie die Rohre lotrecht und ermöglichen somit eine aus wärmetechnischen
Gründen günstige Führung der Gase in einer der Kühlmittelströmung gleichen Richtung.
Ferner kann die Kontaktmasse oben eingefüllt und nach Verbrauch unten abgelassen
werden. Die Bleche sind an den Berührungspunkten der Rohre 1 mit diesen verschweißt
(Schweißnähte3 in Abb. 4). Jedes Rohr 1 wird von der Blechwand 2 in einem Mittelschnitt
getroffen, so daß dort zwei diametral gegenüberliegende Schweißnähte 3 entstehen.
Die Rohre I sind in der Querrichtung des Ofens versetzt angeordnet, und zwar b!eträgt
die Entfernung der Rohrreihen ein Drittel des Abstandes zweier in der Längsrichtung
des Ofens in einer Reihe nebeneinanderliegender Rohre. Dieser Abstand ist außerdem
so gewählt, daß die Bleche jeder Längsreihe, z. B. 12, die benachbarten Rohre der
vorhergehenden bzw. nachfolgenden Längsreihe, z. B. l1 und l3, bei 4 seitlich berühren,
was einer Teilung von der Größe des dreifachün Außenhalbmessers der Rohre zuzüglich
der doppelten Blechstärke entspricht. Eine geringfügige Verkleinerung dieses Abstandes
ergibt ein gewisses federndes und den Wärmeaustausch weiter begünstigendes Anpressen
der Bleche an die Berührungsstellen der Rohre. jedes Rohr 1 steht daher an vier
Punkten mit den Blechwänden 2 in Berührung, von denen zwei Schweißstellen sind,
und jede Blechwand 2 besitzt in einer Längsreihe der Rohre I mindestens eine Wärme
übertragungsstelle. je drei Längsreihen, z. B. li bis l3, von Rohren 1 münden in
eine Rohrplatte 5 (vgl.
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Abb. 5), weiche entsprechend der Länge dieser Reihen in mehrere Abschnitte
unterteilt ist, von denen jeder eine dicht abschließende Haube 6 besitzt, welche
mittels der Schrauben 7 und des Bügels 8 gegen die Rohrplattenabschnitte 5 gepreßt
wird. Die Rohrenden werden in die Rohrplatten 5 eingewalzt und liegen dort unmittelbar
nebeneinander, wobei die Endstücke der äußeren Rohre in entsprechender Weise an
die mittlere Rohrreihe herangebogen sind. Die Hauben 6 sind also erheblich schmaler
als die von ihr zusammengefaßten Rohrreihen, so daß zwischen ihnen genügend Platz
für das Einbringen bzw. Ablassen der Kontaktmasse verbleibt.
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Derartige Rohrplatten 5 und Hauben 6 sind sowohl am oberen als auch
am unteren Ende der Rohre I angeordnet. Jede Haube 6 ist
mit einem
Zuleitungs- bzw. Ableitungsflansch 9 (Abb. 3) versehen, und jie sechs solcher Flanschen
9 (Abb. 2) münden in denen gemeinsamen Rohrkörper 10. Die beiden unteren Rohrkörper
10, welche den Zufluß des Kühlmittels bilden, werden durch eine sich gabelfömig
teilende Hauptleitung 1 1 gespeist, die von leinem seitlich über dem Ofen angeordneten
Behälter 12 ausgeht, der auch die beiden Anschlußstutzen 13 für die beiden oberen,
,die Abflußleitung des Kühlwassers darstellenden Rohrkörper 10 enthält.
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Die Stutzen I.3 reichen mittels geeigneter Verlängerungen 14 ins Innere
des kesselförmigen Behälters I2 hinein und enden in der Nähe der oberen Behälterwand,
so daß das verbrauchte Kühlwasser im oberen Teil des Kessels 12 eintritt, während
das neu durch die Rohre I zu leitende Wasser am unteren Teil des Kessels I2 durch
die Haupdeitung 1 1 entnommen wird. Das Wasser strömt also schon zufolge seiner
Temperaturunterschiede ähnlich wie bei einer Wasserröhrenkesselanlage vom Behälter
12, Leitung 11, zu den zwei unteren Rohrkörpern 10, in die sechs Hauben 6, von da
steigt es gleichmäßig in den Rohren I auf und fließt über die oberen sechs Hauben
6, die Rohrkörper 10 und Anschlußstutzen I3, 14 in den oberen Teil des Kessels 12
zurück.
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Die Gasführung erfolgt dagegen von oben nach unten. Das Rohblechpaket
I, 2 des Wärmeaustauschers ist zu diesem Zwecke an den Seitenwänden von Tragblechen
15, I6 umgeben, an denen Winkeleisen 17 zum Aufsetzen des Paketes befestigt sind.
Die Längswandbleche 15 sind in der Mitte und an den Enden durch senkrecht angeordnete
Träger 18 versteift, welche in geeigneten Höhenabständen durch Querstärger 19 verbunden
sind. Die Querwandbleche 16 sind etwas beweglich und werden von Querschienen 20
gehalten, welche durcli in geeigneten Abständen die Träger 18 durchsetzende Zugstangen
21 und Schrauben 22 gegeneinander festgezogen werden und dabei die Rohre I und Bleche
2 fest aneinander pressen. Das obere Deckblech 23 besitzt einen nicht näher dargestellten
konischen Gaszuführungsstutzen. Ein ähnlicher Stutzen 24 ist an der Unterseite aus
den Längsblechen 15 hergestellt, welcher zum Abzug der Gase dient. Vor diesem Stutzen,
und zwar unter den Winkelstützen 17, ist lein schrägwandiger Siebkörper 25 angeordnet,
welcher den Raum zwischen den Augen 6 und den Winkeln 25 gasdurchlässig abschließt
und das Durchfallen Ider Kontaktmasse verhindert.
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Der Raum zwischen den Hauben 6 ist mit Klappen 26 versehen, die ebenfalls
für den Gasdurchtritt siebartig durchlöchert sind.
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Zum Öffnen der Klappen 26, welches beim Entleeren der Kontaktmasse
erfolgt, dient der in Abb. 3 dargestellte Handradantrieb 27.