DE76633C

DE76633C - System for the evaporation of liquids by transferring heat in closed transmission tubes

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Publication number: DE76633C
Application number: DENDAT76633D
Authority: DE
Original assignee: E. HERZ in Wien
Anticipated expiration: 1913-01-22

Description

ERWIN HERZ in WIEN.ERWIN HERZ in VIENNA.

Transmissionsröhren.Transmission tubes.

Die neue Verdampfungsanlage ist durch eine Anzahl möglichst entlüfteter Wärme-Ueberleitungsröhren gekennzeichnet, welche zum geringen Theil mit Flüssigkeit gefüllt sind, und deren untere Enden in einer Feuerung liegen, während ihre oberen Theile in gegen die Feuerung vollständig abgegrenzte, die zu verdampfende Flüssigkeit enthaltende Verdampfkessel hineinragen. Durch die Feuergase wird ein Theil der in den Röhren befindlichen Flüssigkeit in Dampf verwandelt, welcher in dem in den Verdampfkesseln liegenden Röhrentheile aufsteigt, condensirt, dabei seine latente Wärme an die umgebende, zu erhitzende oder zu verdampfende Flüssigkeit abgiebt, an Spannung verliert und wieder, theilweise in flüssiger Form bis zur Dampfzone des etwas höher gespannten Dampfes, nach den in der Feuerung angeordneten Röhrentheilen hinabsinkt.The new evaporation system is made up of a number of heat transfer tubes that are as ventilated as possible which are partly filled with liquid, and the lower ends of which lie in a furnace, while their upper parts lie against the Firing completely separated evaporation boiler containing the liquid to be evaporated protrude. By the gases of the fire a part of the liquid in the tubes is converted into vapor, which is converted into the part of the tube lying in the evaporation vessel rises, condenses, while its latent part Gives off heat to the surrounding liquid to be heated or evaporated, to voltage loses and again, partly in liquid form up to the vapor zone of the somewhat higher tension Steam, sinks down to the tube parts arranged in the furnace.

Die in die Röhren gefüllten Flüssigkeitsmengen werden so bemessen, dafs selbst bei stärkster Erhitzung der in der Feuerung gelegenen Röhrentheile niemals die gesammte Flüssigkeit, sondern nur ein Theil derselben zum Verdampfen gebracht werden kann. Da diesem Dampf durch die die oberen Rohrtheile umgebende Flüssigkeit die Wärme rasch entzogen wird und der Flüssigkeitsüberschufs eines jeden Wärme - Ueberleitungsrohres von den höchstgradig erhitzten Feuergasen umspült wird, kann kein Ueberhitzen des durch diese theilweise Verdampfung der in den Röhren eingeschlossenen Flüssigkeit gebildeten Dampfes eintreten. Die solcherart eingerichteten und in die Verdampf kessel hineinreichenden Röhren nehmen aus der Feuerung eine wechselnde, jedoch innerhalb bestimmter Grenzen liegende Wärmemenge auf, übertragen dieselbe an die in ihnen eingeschlossenen Dämpfe und geben diese Wärmemenge durch directe Wärmeleitung und Reduction bezw. Condensation an die umschliefsenden Flüssigkeiten der Verdampfkessel ab.The quantities of liquid filled into the tubes are measured in such a way that even at strongest heating of the tube parts located in the furnace, never the whole Liquid, but only a part of it, can be made to evaporate. There The heat was rapidly withdrawn from this vapor by the liquid surrounding the upper parts of the tube and the excess liquid of each heat transfer pipe from the flammable gases that are heated to the highest degree cannot overheat Evaporation of the liquid enclosed in the tubes vapor formed occur. The tubes set up in this way and reaching into the evaporation boiler take a changing, but within certain limits from the furnace Amount of heat, transfer it to the vapors enclosed in them and give this amount of heat by direct heat conduction and reduction respectively. Condensation to the surrounding liquids of the evaporation boiler away.

Auf diese Weise findet in den Wärmeleitungsröhren ein beständiger Kreislauf statt, indem die aus der Flüssigkeit sich entwickelnden Dämpfe, deren Ueberhitzung durch die nicht zur Verdampfung gelangende überschüssige Flüssigkeit und die oben erwähnte rasche Wä'rmeentziehung durch die zu erhitzende Flüssigkeit hintangehalten wird, in den Röhren aufsteigen, bis sie an einer aufserhalb des Bereiches der Feuerung liegenden Stelle reducirt und condensirt werden, worauf sie theilweise auch in flüssiger Form nach der Dampfzone zurückgelangen, welche oberhalb des Flüssigkeitsüberschusses liegt, und dort neuerdings in Dampf von etwas höherer Spannung verwandel werden. Das Verhältnifs der Wärme aufnehmenden und Wärme abgebenden Heizflächen, sowie die Gröfse der in die Wärme übertragenden Röhren oder Gefäfse einzugebenden Flüssigkeitsmenge müssen so gewählt werden, dafs die Menge der in der Zeiteinheit aufgenommenen Wärme der abgegebenen Wärmemenge das Gleichgewicht hält.·In this way, a constant cycle takes place in the heat conduction pipes the vapors developing from the liquid, the overheating of which by the not excess liquid which evaporates and the above-mentioned rapid Heat extraction is prevented by the liquid to be heated in the tubes rise until it reduces at a point outside the range of the furnace and are condensed, whereupon they are partly also in liquid form after the vapor zone get back, which is above the excess liquid, and there recently in Steam of slightly higher tension will be transformed. The proportion of heat absorbing and heat emitting heating surfaces, as well as the size of the heat Transferring tubes or vessels, the amount of liquid to be entered must be selected in this way that the amount of heat absorbed in the unit of time is the amount of heat given off The amount of heat keeps the balance.

Die Bemessung der Verhältnisse, welche einen solchen Beharrungszustand kennzeichnen, erfolgt auf Grundlage der bereits bekannten Wärmetransmissions - Coefficienten zwischen Feuergasen und Flüssigkeiten, Flüssigkeitsdämpfen und Flüssigkeit, des durch Versuche gefundenen Ueberleitungs-Coefficienten zwischen Feuergasen und gesättigtem Wasserdampf, sowie auf Grund der in der Wärmetechnik bekannten Beziehungen der Dämpfe und Flüssigkeiten und soll durch die folgende Betrachtung näher beleuchtet werden.The dimensioning of the ratios, which characterize such a steady state is based on the already known Heat transmission coefficients between fire gases and liquids, liquid vapors and liquids, through experiments found transfer coefficients between fire gases and saturated water vapor, as well as due to the relationships between vapors and liquids known in thermal engineering and should be examined in more detail by the following consideration.

Um die Wärme von Verbrennungsgasen auf Flüssigkeiten zum Zweck deren Verdampfung zu übertragen, ist z. B. in der Patentschrift Nr. 14552 vorgeschlagen worden, mit Flüssigkeit unter Druck gefüllte, verschlossene Röhren anzuwenden, welche an ihrem einen Ende von den Verbrennungsgasen umspült werden und mit ihrem anderen Ende in die zu verdampfende Flüssigkeit hineinragen. Bei diesem Verfahren kann jedoch die Flüssigkeit, welche die Wärme übertragen soll, nur unter denselben Bedingungen Wärme von den Feuergasen empfangen, nämlich durch Ueberleitung aus den Feuergasen nach der Flüssigkeit, wie es sonst bei jeder üblichen Dampfkesselanlage geschieht, und giebt diese aufgenommene Wärme dann erst dem zu verdampfenden Wasser ab. Im Gegensatz zu diesem Verfahren erfolgt bei der vorliegenden Anlage die mittelbare Uebertragung der Wärme von Verbrennungsgasen nicht durch Flüssigkeiten, sondern durch gesättigte Dämpfe. Die übertragbare Wärmemenge von Feuergasen auf Wasser beträgt pro Quadratmeter und Stunde für jeden Grad Temperaturunterschied etwa 13 bis 20 CaL, während von Feuergasen auf Dampf 60 bis 6 5 CaI. bei gleichen Einheiten übergehen. Die Uebertragung der Wärme von Feuergasen auf Dampf stellt sich also um das Vierfache günstiger als die Uebertragung der Wärme von Feuergasen auf Wasser. Ferner kann Dampf an Wasser gleichfalls pro Quadratmeter und Stunde bei jeder Temperaturdifferenz von einem Grad mindestens 800 bis 1000 oder noch mehr Calorien abgeben, während Wasser auf Wasser nur etwa die Hälfte Wärmemenge in gleichem Zeitraum pro Quadratmeter abgiebt.To the heat of combustion gases on liquids for the purpose of their evaporation to transfer is z. B. in Patent No. 14552 has been proposed with liquid pressurized, sealed tubes to use at one end are washed around by the combustion gases and at their other end into the one to be evaporated Protrude liquid. In this method, however, the liquid, which the heat is supposed to transfer, only heat from the flue gases under the same conditions received, namely by transferring from the fire gases to the liquid, such as it happens otherwise in every common steam boiler system, and gives off this absorbed heat then only from the water to be evaporated. In contrast to this procedure is carried out at of the present system the indirect transfer of heat from combustion gases not through liquids, but through saturated vapors. The amount of heat that can be transferred of fire gases on water is per square meter and hour for each degree Temperature difference about 13 to 20 CaL, while from fire gases to steam 60 to 6 5 CaI. skip if the units are the same. The transfer of heat from fire gases to steam is thus four times more favorable than the transfer of heat from fire gases on water. Furthermore, steam can also contribute to water per square meter and hour any temperature difference of one degree at least 800 to 1000 or even more Calories give off, while water on water only gives about half the amount of heat in the same Period per square meter.

Die bei der vorliegenden Neuerung nur in geringer Menge im Innern der Rohre vorhandene Flüssigkeit gelangt unter der unmittelbaren Einwirkung des Feuers zur Verdampfung, während der Dampf den Hohlraum der Rohre voll ausfüllt und durch unmittelbare Leitung und zum Theil auch durch Niederschlag seine Wärme an die zu behandelnde Flüssigkeit abgiebt. Theoretisch würde nun gerade so viel Flüssigkeit in seinem Rohr erforderlich sein, wie zur Bildung von gesättigtem Dampf von so hoher Spannung und Temperatur erforderlich ist, um im Beharrungszustande der Wärmeaufnahme der Rohre aus den Feuergasen das Gleichgewicht zu halten, bei einer Spannung von 5 Atmosphären, also etwa der 360. Theil des Inhaltes des Rohres, bei 10 Atmosphären etwa der 190. Theil. Um vollkommen sicher zu sein, dafs aber auch bei höheren, nicht beabsichtigten Spannungen der Dampf noch gesättigt bleibt, und unter Berücksichtigung der Verluste, welche beim Luftleerkochen der Rohre eintreten können, wird man vielleicht das 50-bis 100-fache der theoretisch nothwendigen Flüssigkeitsmenge verwenden. Jedenfalls wird aber die Flüssigkeitsmenge möglichst gering zu halten sein, da sie ja einen Verlust an Dampftransmissionsheizfläche bedeutet. Der aus dieser kleinen Flüssigkeitsmenge entwickelte Dampf nimmt demgemäfs allein die Wärme aus den Verbrennungsgasen auf und überträgt sie an die zu verdampfende Flüssigkeit. Auf solche Weise ist es ermöglicht, Verdampfungsapparate ohne jede unmittelbar vom Feuer berührte Heizflächen herzustellen.In the case of the present innovation, only a small amount inside the tubes is present Liquid evaporates under the direct effect of fire, while the steam completely fills the cavity of the pipes and by direct conduction and in part also gives off its heat to the liquid to be treated by precipitation. In theory, just enough liquid would now be required in its pipe as required to form saturated vapor of such high voltage and temperature is, in the steady state of the heat absorption of the pipes from the fire gases that To keep equilibrium at a tension of 5 atmospheres, i.e. about the 360th part of the contents of the tube, at 10 atmospheres about the 190th part. To be perfectly safe to be, but that even at higher, unintended tensions, the vapor still exists remains saturated, and taking into account the losses that occur when the pipes boil empty can occur, one will perhaps need 50 to 100 times what is theoretically necessary Use amount of liquid. In any case, however, the amount of liquid becomes as small as possible because they have a loss of steam transmission heating surface means. The vapor developed from this small amount of liquid accordingly takes the heat out of the water alone Combustion gases and transfers them to the liquid to be evaporated. On such Way it is possible to use vaporizers without any direct contact with the fire Manufacture heating surfaces.

Die Zeichnung veranschaulicht eine solche Verdampfungsanlage in senkrechtem Schnitt. α ist die Feuerung mit Plan- und Treppenrost α α¹, Füllschacht α² und den in den Fuchs α⁴ führenden Feuerzügen a³. B B sind ■ die mit der zu verdampfenden Flüssigkeit theilweise gefüllten, mit einander verbundenen Dampfkessel, welche ebenso wie die Feuerung irgend eine geeignete Construction haben können. In die Böden b der Kessel B sind mittelst der kegelförmigen Schraubstöpsel b^l eine Anzahl Röhren C fest eingesetzt, deren oberer, in den Kesseln B liegender Theil ganz oder theilweise von der zu verdampfenden Flüssigkeit umgeben ist, während ihr unterer, durch den Kesselboden b und das Deckengewölbe D der Feuerung hindurchgehender und von den Verdampfkesseln dadurch abgegrenzter Theil der directen Berührung der Feuergase ausgesetzt ist.The drawing illustrates such an evaporation system in vertical section. α is the furnace with flat and step grating α α ¹ , filling shaft α ² and the fire puffs a ³ leading into the fox α ⁴ . BB are the steam boilers partly filled with the liquid to be evaporated, connected to one another, which, like the furnace, can be of any suitable construction. In the bottoms of the boiler b B are means b ^l a number of tubes C securely inserted, the upper, horizontal in the boilers B part is wholly or partially surrounded by the liquid to be evaporated, whereas the lower, b through the boiler bottom of the conical screw plug and the vaulted ceiling D of the part passing through the furnace and thereby delimited from the evaporation boilers is exposed to direct contact with the gases of the fire.

Vor Einsetzen der Wärme-Ueberleitungsröhren C in die Kessel und die Feuerung wird in dieselben eine kleine, durch Versuche und Berechnung bestimmte Wassermenge c (welche bei der zum Theil im Schnitt dargestellten Röhre ersichtlich gemacht ist) eingefüllt; hierauf werden die Röhren durch Erhitzen entlüftet und an ihren oberen Enden bei c¹ luftdicht verschlossen. Sind die derart luftleer gemachten Röhren in der aus der Zeichnung ersichtlichen Stellung befestigt und der Verdampfkessel B mit Flüssigkeit gefüllt, so wird, sobald die in der Feuerung liegenden Röhrenenden geheizt werden, die in den Röhren befindliche Flüssigkeit zum Theil verdampfen; der sich bildende Dampf erwärmtBefore inserting the heat transfer tubes C into the boiler and the furnace, a small amount of water c determined by experiment and calculation (which is made evident in the tube partly shown in section) is poured into them; The tubes are then vented by heating and hermetically sealed ^{at their upper ends at c 1.} If the evacuated tubes are fixed in the position shown in the drawing and the evaporation kettle B is filled with liquid, then, as soon as the tube ends in the furnace are heated, the liquid in the tubes will partly evaporate; the steam that forms heats up

die in den Kesseln B enthaltene Flüssigkeit und bringt dieselbe schliefslich zum Verdampfen, wobei er direct die Wärme überleitet, sich reducirt, theilweise condensirt und in solcher Beschaffenheit nach der Dampfzone in die unteren Rohrtheile zurückströmt und so in fortwährendem Kreislauf immer wieder Wärme aus der Feuerung der zu verdampfenden Flüssigkeit zuführt. Wird der Apparat abgestellt, so condensirt der in den Röhren enthaltene Dampf vollständig und die wieder gebildete Flüssigkeit wirkt beim erneuten Anheizen wieder in der angegebenen Weise.the liquid contained in the boiler B and finally causes it to evaporate, whereby it directly transfers the heat, reduces itself, partly condenses and flows back into the lower pipe parts in such a condition after the steam zone and so in continuous circulation again and again heat from the furnace supplies liquid to be evaporated. If the apparatus is turned off, the vapor contained in the tubes condenses completely and the liquid which is formed again acts in the manner indicated when it is heated up again.

Versuche haben nach Angabe des Erfinders ergeben, dafs mit solchen wärmeübertragenden Röhren versehene Dampfanlagen unter sonst gleichen Verhältnissen nur ein Viertel der Gröfse der vom Feuer berührten Heizflächen bisheriger Apparate dieser Art erfordern, so dafs Anlagekosten und infolge der gröfseren Leitungsfähigkeit der Dämpfe und der Ersparung von Strahlungs- und Leitungsverlusten der.Feuergase auch die Betriebskosten wesentlich vermindert werden. Selbstverständlich lassen sich diese Einrichtungen in gleicher Weise auch für Kochapparate, Dampfkessel, Heifswasserheizanlagen u. dergl. zum Zweck des Kochens, der Destillation und sonstigen Dampferzeugung vortheilhaft anwenden.According to the inventor, experiments have shown that with such heat-transferring All other things being equal, steam systems fitted with tubes were only a quarter of those The size of the heating surfaces in contact with the fire on previous devices of this type required so that is the system costs and as a result of the greater conductivity of the vapors and the savings Radiation and conduction losses from the fire gases also significantly reduce operating costs will. Of course, these facilities can also be used in the same way for cooking appliances, steam boilers, hot water heating systems and the like for the purpose of cooking, for distillation and other steam generation.

Claims

Patent claim:

In the case of evaporation systems, the device for transferring heat from the heat source to the liquid to be heated or evaporated, characterized by vented and tightly closed tubes C containing a small amount of liquid, the lower ends of which extend into the furnace, while their upper part extends into those from the furnace separate evaporation vessels containing the liquid protrude, so that the amount of liquid in the tubes is converted into steam by direct contact with the furnace, which transfers its heat to the liquid to be evaporated at a point separated from the furnace by direct heat transfer and condensation of this liquid vapor The amounts of liquid contained in the tubes C are measured in such a way that the vapor developed from them does not overheat.

For this purpose ι sheet of drawings.