DE868001C - Gegenstrom-Waermeaustauscher in Roehren-Bauweise - Google Patents

Description

• Gegenstrom-Wärmeaustauscher in Röhren-Bauweise Beim Bau von Wärmeaustauschern wird allgemein die Erfüllung folgender Forderungen angestrebt: i. möglichst kleiner Druckverlust der beiden durchströmenden Mittel. :2. möglichst kleine Heizfläche bei kleinstem Raumbedarf und geringem Baustoffaufwand, 3. möglichst vollkommener Wärmeaustausch und q.. leicht zugängliche einwandfreie Berechnung.
• Beim Bau von Wärmeaustauschern für Gasturbinenanlagen treten diese Erfordernisse besonders scharf hervor, da nur bei sehr geringem Druck- und Temperaturverlust der wirtschaftliche Anlagenwirkungsgrad in wünschenswerter Weise gewoben wird und damit überhaupt erst der Einbau eines Wärmeaustauschers gegenüber einer Anlage ohne Wärmeaustauscher wirtschaftlich gerechtfertigt wird. Als weitere Schwierigkeit kommt hierbei hinzu, daß der Wärmeaustauscher druckfest ausgebildet sein muß, da auf der einen Seite der Heizfläche die hoch verdichtete Verbrennungsluft dem ungefähr auf Atmosphärendruck entspannten Verbrennungsgas auf der anderen Seite gegenübersteht. :11s wirtschaftlichste Bauart kommen hier lediglich Rohrbündel in Frage, allerdings nicht in der Form der meist angewendeten quer angeströmten Rohrbündel, sondern in der Form von axial um- bzw. durchströmenden Rohren. Die Forderung geringer Heizfläche zwingt zur Anwendungmöglichst hoher Gasgeschwindigkeiten, wobei darauf gesehen werden muß, den hierdurch bedingten erhöhten Druckverlust zu vermeiden oder zumindest möglichst gering zu halten. ass ist-nun bekannt, bei.rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmern durch die Anordnung von Difftzsoren die hohe Rauchgasgeschwindigkeit nach Durchströmen des Wärmeaustauschers wieder in statischen Druck umzusetzen. Die Zeichnung zeigt . in Fig. i die hierfür grundlegende Anordnung, bei der ein Röhrenbündel io zwischen zwei Rohrböden ir und r2 eingezogen ist. Hierbei können wohl' auf die Rohre die Einströmdüsen 13 und die Ausströmdiffusoren 1q. gesetzt werden, und es kann der Druckverlust des durch die Rohre strömenden Mittels gering gehalten werden. Nicht möglich ist dies aber für das andere Mittel, insbesondere bei einem Gas, das zwischen den Rohren strömt und vor den Rohrböden umgelenkt werden -muß. -Seine Geschwindigkeit kann daher, um diese Stoß= und Austrittsverluste klein zu halten, nur von mäßiger Größe sein.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstromwärnieaustauscher in Röhrenbauweise und besteht darin, daß Überströmrohre vorgesehen sind, die parallelachsig zu den Rohren des Wärmeaustauscherröhrenbündels liegen und das die letzteren Rohre von außen umströmende Mittel durch den Sammelraum des durch die Rohre strömenden Mittels hindurchführen. Auf diese Weise wird jede Umlenkung der strömenden Mittel im Bereich hoher Gasgeschwindigkeiten vermieden. Die Überströmrohre und gegebenenfalls auch die von außen umströmten_ Rohre des Röhrenbündels können dabei mit Einströmdüsen und Ausströmdiffusoren versehen werden. Hierdurch kann erreicht werden, daß beide Strömungsmittel mit höhen Geschwindigkeiten durch denWärmeaustauscher strömen, wobei die hohe Geschwindigkeit vor der Umlenkung der Strömungsmittel wieder in statischen Druck umgesetzt wird.
• Die Zeichnung zeigt in Fig. 2 den. Längsschnitt eines nach der Erfindung ausgebildeten Wärmeaustauschers, wie er insbesondere für den Wärmeaustausch weief Gase bei einer Gasturbinenanlage Anwendung findet.
• Die von innen durchströmten Rohre 15 eines Röhrenbündels sind mit ihren Enden in Rohrböden der Sammelkammern 16 und 17 eingesetzt. Das unter dem höheren Druck stehende Gas tritt bei i8 in die Sammelkammer 16 ein, strömt durch die Rohre i5-und verläßt den Wärmeaustauscher durch die Sammelkammer 17 an deren Mündung i9. Auf die Einströmenden der Rohre 15 sind Düsen 2o gesteckt,. während die Ausströmenden mit Diffusoren 2.1 versehen sind.
• ,Zur Einführung des -im -Gegenstrom zu diesem Gas strömenden zweiten Gases kleineren Druckes dienen die Eintr ittskammer 22 und die Austrittskammer 23. Von diesen beiden Kammern 22 und 23 führen überströmrohre 2¢ und 25 durch die Saminelkäriitnern" i7 und 16 hindurch in das Innere des -Röhrenbündels 15. Das Gas strömt auf diese Weise 'vön-der:Eintrittskammer 22 durch die Rohre 24 in das Röhrenbündel, umströmt in diesem von außen die Rohre 15, um durch die Rohre 25 und die Austrittskammer 23 wieder abgeführt zu werden. In ähnlicher. Weise wie die Rohre 15 sind auch die Überström rohre 24 und j:25 mit Einströmdüsen 26 und 27 sowie Ausströmdiffusoren 28 und 29 versehen.
• Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß beide Gase im Bereich hoher Gasgeschwindigkeiten ohne Umlenkung geführt werden, was zur Folge hat, daß der Druckverlust der Gase gering gehalten wird. Die hierbei möglichen hohen Gasgeschwindigkeiten ergeben einen guten Wärmeaustausch, so daß man mit kleiner Heizfläche bei kleinstem Raumbedarf und geringem Baustoffaufwand auskommen kann.
• Die bei den Röhren des Wärmeaustauschers benutzten Einströmdüsen und Ausströmdiffusoren können durch entsprechende Aussparungen für die benachbarten Rohre auch bei enger Rohrteilung verhältnismäßig lang ausgeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür lassen die beiden Ansichten der Fig. 3 erkennen. Ein Ausströmdiffusor 30 ist mit einer Reihe von Aussparungen 3i versehen, die der Form der benachbarten Rohre angepaßt sind, so daß diese dicht neben den mit diesen Diffusoren ausgerüsteten. Rohren vorbeigeführt -wprden können.
• Wenn bei Erläuterung des Ausführungsbeispiels nur von dem. Wärmeaustausch zweier Gase gesprochen worden ist, so schließt dies natürlich nicht aus, daß ein Wärmeaustauscher gleicher oder ähnlicher .Bauart auch für die Zwecke der. Speisewasservorwärtnung, der - Dampfüberhitzung einschließlich Zwischenüberhitzung u. dgl. angewendet werden kann.. In allen Fällen wird man die Anfangsgeschwindigkeiten des abzukühlenden Mittels möglichst groß halten,.während die des zu erwärmenden Mittels- klein zu wählen sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:. i. Gegenstrom-Wärmeaustauscher in Röhren-Bauweise, gekennzeichnet durch Überströmrohre (2q., 25), die parallelachsig zu den Rohren (i5) des Wärmeaustauscher-Röhrenbündels liegen und das die letzteren Rohre von außen umströmendeMittel durch den Sammelraum (i6, i7)- des durch die Rohre (i5) .strömenden- Mittels hindurchführen.
2. 2. Gegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die bberströmrohre (24,:25) und gegebenenfalls auch die Rohre (i5) des Röhrenbündels mit Einströmdüsen (2o, 26, 27) und Ausströmdiffusoren (2i. 28, 29) versehen sind.
3. 3. Gegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Rohren liegenden Einströmdüsen und Ausströmdiffusoren (30) mit Aussparungen (3 i) für die benachbarten Rohre versehen sind.