DE897417C - Waermetauscher - Google Patents

Description

• Wärmetauscher Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Wärmetauscher mit fluchtenden oder versetzten, innen durchströmten und außen im wesentlichen quer angeströmten Rohren zu schaffen, der einen hohen Wärmeübergang bei geringem Durchflußwiderstand des die Rohre außen umströmenden Mediums gewährleistet. Besitzt dieses Medium große Strömungsgeschwindigkeiten, so ergeben sieh tbei den bekannten Wärmetauschern dieser Art beim Umströmen der Rohre `durch Wirbelbildungen hohe Formwiderstände. Es wird dann das Verhältnis von Wärmeabgabe zu Strömungswiderstand ungünstig und die gesamte Aulage unwirtschaftlich.
• Diesem Übelstand wird gemäß der Erfindung durch eine Führung oder Strömung über !die Rohre abgeholfen, die Wirbelbildungen des außen strömenden Mediums verhindert und eine formwi:derstan:dsfreie Umströmung der Rohre, insbesondere bei großen Strömungsgeschwindigkeiten, ermöglicht. Nach weiteren Kennzeichen,der Erfindung ist die wirbelfreie Strömung des außen Über die Rohre fließenden Mediums durch Führungsprofile erzwungen, die zwischen hintereinandertiegenden Rohren einer Reihe und/oder zwischen nebeneinan:derliegen-@den Rohrreihen vorgesehen sind. Die Rohre des Wärmetauschers sind gemäß der Erfindung entweder in axialer Richtung durchströmte Rohre oder bilden Teile von Fliehkraftabscheidern, die @ in an sich bekannter Weise innen rotierend durchströmt werden.
• In der Zeichnung ist,der Gegenstand der Erfindung in einigen Ausführungsformen beispielsweise dargestellt.
• Fig. i zeigt im Grundriß einen Wärmetauscher mit innen in axialer Richtung durchströmten Rohren im Schnitt; in Fig. z und 3 ist eine derartige Anlage in einander zugeordneten Rissen veranschaulicht, wobei die Rohre als Fliehkraftabscheider ausgebildet sind; hier ist Fäg. 2 ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 3 im Aufriß und Fig. 3 ein Grundriß geschnitten nach der Linie III-III der Fig.2; Fig. 4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ebenfalls geschnitten und im Grundriß dar; Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten weiterer Ausführungsformen. Sämtliche Figuren sind mehr schematisch gehalten.
• Bei idem Ausführungsbeispiel nach Fig. i sind zur Erzielung einer wirbelfreien Strömung über die Rohre i vor allem Profilkörper 3 vorgesehen, die zwischen den einzelnen Rohrreinen eingesetzt sind. Diese Profilkörper 3 werden durch Bleche gebildet, ,die an ihren Berührungsstellen z. B. durch Punktschweißung zusammengehalten sind. Fernerhin liegen zwischen den Röhren i einer Reihe Zwischenstücke 2. Es sind so; wie man sieht, .durch die genannten Profilkörper 3 und die Zwischenstücke 2 äquidistante Strömungswege gegeben. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile angedeutet. Durch :die Zwischenstücke 2 sind die hintereinanderliegen-,den Röhre i einer Reihe zu gas-, flüssigkeits- und staubdichten Wänden zusammengeschlossen,wobei in einer Anlage mit mehreren solchen nebeneinanderliegenden wandbildenden Rohrreihen das gesamte quer durchströmende Medium in streng geteilte Teilströme aufgeteilt und somit das Übertreten des Mediums von einem Teilstrom in einen anderen ausgeschlossen ist. Die Eintrittsstellen 5 und die Austrittsstellen 6 für :dieses Medium sind entsprechend düsenförmig bzw. diffusorartig vorgesehen, um dieStrömung auch amEintrittundAustrittverlustfrei und mit Druckrückgewinn zuführen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Rohre i irr axialer Richtung geradeaus durchströmt; der Wärmetausch findet mit dem quer strömenden Meidium durch die Rohrwandungen und: über die Zwischenstücke 2 statt. Die Rohre i der einzelnen Rohrreihen sind zueinander versetzt vorgesehen.
• In der Anlage, die durch die Fig. o und 3 dargestellt ist, bilden die einzelnen Rohre i Teile von Fliehkraftabscheidern. Es ergibt sich dabei, wie man aus dem Grundriß der Fig. 3 erkennt, eine günstige Gesamtanordnung- für diese Kombination eines Wärmetauschers mit Fliehkraftaibscheidern. Der Rohgasraum ist mit i i bezeichnet.- Das Rohgas strömt in Richtung der Pfeile 21 durch die Leitapparate 12 in die als Fliehkraftabscheider ausgebildeten Rohre i ein. Am Ende der Abscheider verläßt der ausgeschiedene Staub bei 13 gemäß Pfeilen 22 die Abscheider und ,gelangt in .den gemeinsamen Staubraum 14. Das Reingas durchsetzt diesen Staubraum in -den Reingasrohren 15, die in den Reingasraum 16 münden, wie die Pfeile 23 angeben. Indem Grundriß nach Fig. 3 sind links :zwei axiale und rechts zwei tangentiale Einlaufleitapparate,dargestellt. Selbstverständlich können in einer solchen Anlage auch nur .axiale oder nur tangentiale derartige Apparate Verwendung finden.
• Die in,den Fig. 2 und 3 dargestellte Bauweise ist vor allem auch deshalb vorteilhaft, weil bei Vielzellenanlagen die zur Verfügung stehenden Wärmetauschflächen verhältnismäßig klein sind. Um trotzdem einen guten Wärmetausch zu erhalten, wird ,die quer laufende Strömung rasch und verlustfrei geführt, wie dies auch schon tbeim Beispiel nach .der Fig: i beschrieben worden ist.
• 'Im Aufriß .der Fig. 2 erkennt man, daß hier einzelne Abscheider der verschiedenen Reihen miteinander fluchten. Die Profilkörper 3 haben .dementsprechend eine etwas andere Gestalt als bei der Ausführung gemäß Fig. i. Es sind hier zusätzlich zu den Zwischenstücken 2 und den Profilkörpern 3 an Stellers starleer Krümmung der Strömungswege Lenkbleche 7 angeordnet, die zur Verringerung der Umlenkwiderstände beitragen. Die Eintritts- und Austrittsstellen für >das quer durchströmende Medium 'können auch bei dieser Anlage am Eintritt düsenförmig und am Austritt diffusorartig ausgebildet sein.
• Bei .der Ausführung nach Fig. 4 ist die Profilierung neben den Zwischenstücken 2 auch durch entsprechend -ausgebildete Wandteile 4 .der Rohre i gegeben. Durch Rippen 8, die im wesentlichen quer zu den Wandteilen 4 liegen; ergibt sich hier eine Unterteilung des quer durchströmenden Mediums auch in einer Richtung _ senkrecht zur Achse der Rohre i.
• Bei einer besonderen Ausbildungsform, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist, sind durch die Rohre i, Zwischenstücke :2 und die Profilkörper 3 im Bereich einander gegenüberliegender Rohre i verschiedener Reihen Strömungswege mit zu- und abnehmenden Durchtrittsquerschnitten gegeben. Bei 17 ist dieser Durchtrittsquerschnitt groß, bei 18 klein. Die Änderung erfolgt im ,großen und ganzen stetig. Durch diese Konstruktion ist die Abrißfreiheit der Strömung auch an den Umlenkstellen mit kleinem Krümmungsradius gewährleistet. Außerdem wird an diesen Stellen bei 18 die Geschwindigkeit des strömenden Mediums erhöht. Dies ist deshalb günstig, weil in .den Zwischenstücken 2 zwischen den Rohren i einer Reihe die Wärmeleitung durch die starke Metallanhäufung verlangsamt ist. Das dort rasch vorbeiströmende Medium erhöht dann wieder den Wärmeübergang und somit auch die Wärmeleitung. Bei entsprechender Dimensionierung, die rechnerisch und versuchsmäßig zu ermitteln ist, können bei dieser Ausbildungsform über die gesamten Wärmetauschflächen- stets annähernd konstante Wärmeleitwerte bzw. Wärmedurchgangszahlen erhalten wenden.
• In ähnlichem Sinne ist .auch bei der Ausführung nach Fig. 6 eine Änderung des Durchtrittsquerschnittes zu ersehen. Hier erfolgt allerdings diese Änderung durch die Rohre i, die Zwischenstücke :2 und die Profilkörper 3 mit Bezug auf eine ganze Rohrreihe. Wie man sieht, ist der freie Durchtrittsquerschnitt für das quer durchströmende Medium beim Eintritt bei i9 klein und beim Austritt bei 2o groß. Hier ist für .das außen stromernde Medium eine im wesentlichen konstante Durchführungsgeschwindigkeit bei .gleichzeitiger entsprechender Volumenänderung gegeben. Bei beiden Ausführungsformen nach den Fig: 5 und 6 können die mit i bezeichneten Rohre entweder glatte solche Rohre oder Teile von Fliehkraftstaubabscheidern sein.
• Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispeile nicht beschränkt. Die Änderung des freien Durchtrittsquerschnittes gemäß Fig. 5 kann zusätzlich auch mit einer solchen Ausgestaltung nach Fig. 6 verbunden sein. Die Zwischenstücke zwischen den Rohren einer Reihe können jeweils mit den Rohren ein Stück bilden oder auch als getrennte Körper eingesetzt sein. Die Profilkörper zwischen den Rohrreihen lassen sich auch frei stehend anordnen und müssen nicht in allen Fällen zusammenhängende durchlaufende Wände bilden, insbesondere nicht bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten. Andernfalls ergeben sich durch die wandbildenden Rohrreihen zusammen mit den eingesetzten, ebenfalls wandbildendenProfilkörpern exakte Strömungskanäle, die so dimensioniert werden können, daß eine absolute Abrißfreiheit der Strömung gewährleistet ist. Diese Abrißfreiheit wird insbesondere auch durch die Einlaufdüsen am Eintritt des quer durchströmenden Mediums für den ganz-n zu durchlaufenden Kanal günstig beeinflußt.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wärmetauscher mit fluchtenden oder versetzten, innen durchströmten und außen im wesentlichen quer angeströmtenRohren,gekennzeichnet durch eine Führung der Strömung über ,die Rohre (i), welche Wirbelbnldungen des außen strömenden Mediums verhindert und eine formwiderstan@dsfreie Umströmung der Rohre (i), insbesondere bei großen Strömungsgeschwindigkeiten, ermöglicht.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die wirbelfreie Strömung des außen über die Rohre (i) fließenden Mediums durch Führungsprofile (2, 3, 4) erzwungen ist, die zwischen hintereinanderlie-genden Rohren (i) einer Reihe und/oder zwischen nebeneinanderliegenden Rohrreihen vorgesehen sind.
3. 3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß .die Führungsprofile zwischen hintereinanderliegen!den Rohren (i) durch Zwischenstücke (2) gegeben sind, die mit den Rohren ein Stück bilden oder als getrennte Körper eingesetzt sind und die F'ü'hrungsprofile zwischen nebeneinanderliegenden Rohrreihen als besondere Profilkörper (3) oder als entsprechend ausgebildete Wandteile (4) der Röhre (i) vorgesehen sind.
4. 4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß .die Rohre (i) in axialer Richtung durchströmte Rohre sind, wobei der Wärmetausch .durch die Rohrwandungen und die Zwischenstücke (2) erfolgt.
5. 5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschenden Rohre (i) Teile von Flielikraftabscheidern bilden, die in an sich bekannter Weise innen rotierend durchströmt werden (Fig. 2, 3).
6. 6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zwischenstücke (2) die hintereinanderlitgenden Rohre (i) einer Reihe zu gas-, flüssigkeits- und staubdichten Wänden zusammengeschlossen sind, wobei in einer Anlage mit mehreren solchen nebeneinanderliegenden wandbildenden Rohrreihen das gesamte quer durchströmende Medium in streng geteilte Teilströme aufgeteilt und somit das Übertreten des Mediums von einem Teilstrom in einen anderen ausgeschlossen ist.
7. 7. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 6, .dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Rohrreihen liegenden Profilkörper (3) durchlaufende Wände bilden.
8. 8. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, -daß durch die Führungsprofile (2, 3, 4) äquidistante Strömungswege gegeben sind (Fig. i Ibis 4). g. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zwischenstücke (2) -der Rohrreihen und die Profilkörper (3) zwischen den Rohrreihen im Bereich einander gegenüberliegender Rohre (i). verschiedener Reihen Strömungswege mit zu-und abnehmenden freien Durchtrittsquerschnitten gegeben sind (Fig. 5). io. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (2) und Profilkörper (3) mit Bezug auf eine ganze Rohrreihe .derart vorgesehen sind, ,daß der freie Durchtrittsquerschnitt für das quer durchströmende Medium vom Eintritt (bei i9) bis zum Austritt (bei 20) sich ändert, insbesondere zunimmt (Fig. 6). i i. Wärmetauscher nach !den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die für das querdurchströmende Medium vorgesehenen Eintrittsstellen (5) düsenförmig und die Austrittsstellen (6) diffusorartig vorgesehen sind (Fig. i). 12. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Führungsprofilen (2, 3, 4), vorzugsweise an Stellen starker Krümmung der Strömungswege, Lenkbleche (7) angeordnet sind (F'ig. 2). 13. Wärmetauscher nach den Ansprüchen i Abis 12, gekennzeichnet durch Rippen (8), die im wesentlichen quer zu den Strömungsprofilen (4) liegen (Fig.4). 14. Wärmetauscher nach )den Ansprüchen r bis 13, dadurch gekennzeichnet, @daß die Profilkörper (3) an den Rohren (i) bzw. den Zwischenstücken (2) abgestützt sind, z. B. durch Stäbe u. .dgl.