-
Verfahren zum Erhitzen von Flüssigkeiten Bei den heute durchweg gebräuchlichen
Einrichtungen zum Erhitzen von Flüssigkeiten werden diese durch das Innere von Rohren
geleitet, welche außen von Heizgasen bestrichen werden. Der Wärmeübergang zwischen
den beiden Medien Heizgas und Flüssigkeit erfolgt infolgedessen unter Zwischenschaltung
einer festen, heizgasseitig vielfach mit Rippen o. dgl. ausgerüsteten Trennwand,
so daß die Wärme zunächst vom Heizgas auf die Trennwand und alsdann von dieser auf
die Flüssigkeit übergehen muß. Dieser zweimalige Wärmeübergang bedingt naturgemäß
Verluste, ganz abgesehen von den Nachteilen, welche z. B. durch die hohen Temperaturen
der Trennwand, Verschmutzungsgefahr, Korrosionsangriff usw. gegeben sind.
-
In der vorstehend angegebenen Weise sind heute im Prinzip sowohl Flüssigkeitserhitzer
für den Hausbedarf, wie Warmwasserbereiter o. dgl., als auch Flüssigkeitserhitzer
für industrielle Zwecke, wie beispielsweise Ekonomiser usw., gebaut. In dem Bestreben
nun, beim Wärmeaustausch zwischen Heizgasen und Flüssigkeiten die Trennwand mit
allen den durch sie bedingten Nachteilen auszuschalten, hat man, und zwar insbesondere
für den Bau von Warmwasserbereitern für den Haushalt, schon vorgeschlagen, die Flüssigkeit
von oben an der Innenwandung eines senkrecht stehenden Rohres entlangzuführen und
die ihre Wärme unmittelbar an die Flüssigkeit abgebenden Heizgase von unten nach
oben durch das Rohr streichen zu lassen. Mehrere derartige Rohre können dabei zu
einer Einheit zusammengebaut und in bekannter Weise mit den nötigen zusätzlichen
Einrichtungen, wie Wassermangelsicherung u. dgl., versehen sein. Bei diesen Vorrichtungen,
bei denen die kinetische Energie des `'Wassers zunächst in einer Druckluft für die
Verbrennung des Gases erzeugenden Turbine vernichtet wird, wird das Wasser alsdann
drucklos dem oberen Ende des Heizrohrs dadurch zugeführt, daß es in einem dünnen
Film über den ganzen Umfang
des oberen Endes des Heizrohrs überläuft
und als dünner Film über die Innenwandung des feststehenden Rohrs senkrecht herunterrieselt.
-
Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß bei Schwankungen
in der Wasserzufuhr und insbesondere bei etwas größerer Wassermenge sich der dünne
Film von der Rohrwandung ablöst, so daß hierdurch sowie durch Tropfenbildung Flüssigkeit
in den für die Heizgase erforderlichen Raum gelangt, wodurch die im unteren Rohrende
vorgesehene Heizflamme beeinträchtigt bzw. zum Erlöschen gebracht werden kann. Durch
die Speisung der Brenner mit Preßluft, wodurch im übrigen unerwünschte bewegte Teile
bedingt sind, wird zwar die Gefahr des Erlöschens der Flamme vermindert, der Cbelstand
selbst jedoch nicht abgestellt. Gleiches gilt für die Anordnung besonderer Tropfenfänger
und Drahtnetze, so daß sich diese Einrichtungen in der Praxis nicht durchsetzen
konnten.
-
Man hat ferner auch schon vorgeschlagen, die zu erhitzende Flüssigkeit
unter Druck gegen Turbinenschaufeln zu leiten, welche an der Innenwandung des oberen
Endes eines um eine senkrechte Achse drehbaren Mantels angeordnet sind. Hierdurch
ii ird der 'Mantel in schnelle Umdrehung versetzt, und die Flüssigkeit, deren kinetische
Energie in den Turbinenschaufeln aufgezehrt ist, wird einerseits durch die Fliehkraft
gegen die umlaufende Mantelinnenfläche gedrückt, andererseits durch die Schwerkraft
an dieser senkrecht abwärts bewegt, so daß als Resultierende aus diesen beiden Kräften
die Flüssigkeitsteilchen, bezogen auf den Raum, einen spiralförmigen Weg beschreiben,
bezogen auf die umlaufende Mantelinnenfläche jedoch senkrecht an dieser herunterrieseln.
Im Innern des senkrecht stehenden umlaufenden Mantels ist ein feststehender glockenartiger
Führungskörper angeordnet, wobei die Heizgase in dem Ringraum zwischen dem umlaufenden
Mantel und diesem glockenartigen Führungskörper aufwärts strömen und ebenfalls ihre
Wärme unmittelbar an den Wasserschleier abgeben.
-
Die Nachteile dieser Einrichtung bestehen darin, daß für die Wärmeausnutzung
zunächst die Wärme verlorengeht, welche zur Aufheizung des im Innern der Vorrichtung
vorgesehenen feststehenden Führungskörpers verbraucht wird, was sich insbesondere
bei stark intermittierendem Betrieb sehr störend auswirkt, zumal bei Stillstand
diese Wärme an den nunmehr ungeschützten ruhenden Mantel abstrahlt und diesen nutzlos
aufwärmt, daß ferner der feststehende Führungskörper schutzlos den Heizgasen preisgegeben
und damit sehr schnell der Zerstörung ausgesetzt ist und daß bei der Einrichtung
umlaufende, d. h. bewegte Teile erforderlich sind, wodurch bei hohen Herstellungskosten
und trotz betrieblicher Wartung leicht Störungen auftreten können. Derartige Einrichtungen
eignen sich infolgedessen kaum für Haushaltswarmwasserbereiter, und auch für industrielle
Zwecke dürften sie kaum Eingang in die Praxis gefunden haben: Erfindungsgemäß sollen
nun bei Flüssigkeitserhitzern mit unmittelbarem Wärmeübergang vom Heizgas auf die
Flüssigkeit die den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art anhaftenden Nachteile
dadurch vermieden werden, daß die Flüssigkeit etwa tangential und derart unter Druck
dem oberen Ende eines senkrecht angeordneten feststehenden Rohrs zugeführt wird,
daß sie sich unter dem Einfluß ihrer-kinetischen Energie und der Schwerkraft spiralförmig
an der Innenwandung des Rohrs,,,welches von den Heizgasen durchstrichen wird, abwärts
bewegt.
-
Während sich also bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art
die Flüssigkeit, bezogen auf das feststehende Rohr bzw. auf den umlaufenden Mantel,
an der Innenfläche dieser Körper senkrecht abwärts bewegt, liegen die Verhältnisse
beim erfindungsgemäßen Verfahren insofern grundlegend anders, als die Flüssigkeit
sich infolge ihrer tangentialen Zuführung und infolge Ausnutzung ihrer kinetischen
Energie, bezogen auf. das feststehende Rohr, an dessen Innenwandnng spiralförmig
abwärts bewegt.
-
Das neue Verfahren kombiniert die Vorteile der beiden zuletzt geschilderten
Flüssigkeitserhitzer, ohne deren Nachteile mit in Kauf nehmen zu müssen, da einerseits
infolge der tangentialen Zuleitung der Flüssigkeit unter Ausnutzung ihrer kinetischen
Strömungsenergie selbst bei dickeren Flüssigkeitsschichten nicht die Gefahr. der
Tropfenbildung oder der Ablösung der Flüssigkeit von der Rohrwandung besteht und
da andererseits keine mechanisch bewegten Teile und kein innerer Führungskörper
mit all seinen hierdurch bedingten Nachteilen erforderlich sind.
-
Dabei hat man es in der Hand, je nach dem Druck der. zugeleiteten
Flüssigkeit, im allgemeinen dürfte der normale Wasserleitungsdruck mehr als ausreichend
sein, und je nach deren Menge sowie je nach dem gewählten Verhältnis zwischen dem
Rohrdurchmesser und dem Flammenkegeldurchmesser, ferner je nach der gewählten, gegebenenfalls
veränderlichen, Länge des Rohrs und auch je nach der Neigung der tangentialen Zuführung
sowohl die Durchlaufmenge als auch die Durchlaufgeschwindigkeit und die Flüssigkeitstemperatur
in weitesten Grenzen zu beeinflussen bzw. zu regeln.
-
Das neue Verfahren und die zu dessen Durchführung dienende Einrichtung
kann sowohl Anwendung finden für Warmwasserbereiter für Haushaltszwecke als auch
für Flüssigkeitserhitzer für industrielle Zwecke, wobei die Einrichtung sogar als
Verdampfer ausgebildet sein kann; in letzterem Falle wird nicht die erhitzte Flüssigkeit
am unteren Ende des Rohrs abgezogen, sondern der gebildete Dampf strömt mit den
Heizgasen aus dem oberen Rohrende aus.
-
Selbstverständlich können mehrere derartige Rohre zu einer Einheit
verbunden sein, und es können bei diesen Vorrichtungen die üblichen Einrichtungen,
wie Wassermangelsicherungen usw., angebracht werden. Als Heizmittel können Flammen,
Abgase, Heißluft sowie alle anderen gasförmigen HeizmittelVerwendungfinden.
-
Zur Durchführung des neuen Verfahrens werden vorzugsweise verhältnismäßig
engwandige, senkrecht oder etwa senkrecht stehende Rohre benutzt, deren oberes Ende
mit einer tangentialen Flüssigkeitszuführung versehen ist. Die Rohre selbst können
aus beliebigem Werkstoff bestehen, z. B. aus Metallen, Kunststoffen, keramischen
Stoffen usw. Im ersteren Falle empfiehlt es sich, sie wenigstens an ihren unteren
Teilen außen zu isolieren, um unerwünschte Wärmeabstrahlungen tunlichst zu vermeiden.
Das
:reue Verfahren uiic.' eine zu seiner Durchführung geeignete Einrichtung sind in
der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
-
Gemäß Abb. i ist das senkrecht stehende verhältnismäßig enge Rohr
i an seinem oberen Ende mit einem tangentialen haltwasserzufluß 2 versehen; weiterhin
befindet sich hier ein Abzug 3 für die Abgase. Das untere Ende des Rohrs ist mit
einer Heizgaszuführung 4 versehen, so daß in dem Rohr eine Flamme 5 brennt. Weiterhin
ist hier der Ablauf 6 für das erhitzte Wasser vorgesehen. Durch den tangentialen
Eintritt des Wassers aus dem Anschluß 2 in das Rohr i bewegt sich dieses an der
Innenwandung des Rohrs i unter der Wirkung einerseits seiner tangentialen Zuleitung
und andererseits der Schwerkraft spiralförmig als Wasserschleier 7 abwärts, wird
unmittelbar durch die Heizgase der Flamme 5 erhitzt und läuft als erhitztes Wasser
bei 6 ab.
-
Abb. 2 ist ein Schnitt durch das Rohr i an der Stelle der tangentialen
haltwasserzuleitung.
-
Die Abb.3 veranschaulicht die Vereinigung von sieben Rohren i zu einem
gemeinsamen Wassererhitzer, wobei von der Zuleitung 8 zu allen Rohren i taugentiale
Zuleitungen 2 vorgesehen sind. In jedem der Rohre i brennt eine Flamme.