DE910544C - Heat exchanger - Google Patents
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Description
Die Erfindung- betrifft einen Wärmeaustauscher mit Rohrwandungen für den Durchfluß des einen, d.h. des inneren der Wärmeaustauschmittel und mit einer einen abnehmenden Querschnitt aufweisenden Leitung· für das zweite, d. h. das äußere der Wärmeaustauschmittel.The invention relates to a heat exchanger with pipe walls for the flow of one, i.e. the interior of the heat exchange means and with a line having a decreasing cross-section · for the second, d. H. the outer the heat exchange medium.
Wärmeaustauscher mit gleichlaufenden, zweckmäßig voneinander getrennten Rohren für das innere Wärmeaustauschmittel, die äußerlich in Querrichtung zur Rohrenachse umspült werden, sind bereits bekannt.Heat exchanger with co-rotating, appropriately separated tubes for the interior Heat exchange media, which are flushed around the outside in the transverse direction to the pipe axis, are already known.
Bei solchen Wärmeaustauschern kann jedoch keine nennenswerte Turbulenz im Strom des äußeren Wärmeaustauschmittels und daher auch keine, vorteilhafte Wärmeübergangszahl erzielt werden, ohne daß 'man zu Hilfswandungen bzw. zu Leitwänden für die Zuleitung und Führung des äußeren Wärmeaustausch'mittels greifen muß. Dazu kommt, daß, da im Fall von Rippenrohren die Wärmeübergangszahl jene von Glattrohren ohne weiteres unterschreitet, 'man sich gezwungen sieht, häufige Reinigungen vorzunehmen, indem der zwischen zwei angrenzenden Rippen vorgesehene Spalt oder Zwischenraum so begrenzt ist, daß selbst ein ganz dünner Rußniederschlag (im Fall, daß das äußere Wärmeaustauschirnittel die Rauchgase eines Dampferzeugers od. dgl. sind) dazu führt, die Wärmeübergangszahl und den Durchflußquerschnitt des Außenstroms zu vermindern.With such heat exchangers, however, there can be no significant turbulence in the flow of the external Heat exchange medium and therefore no advantageous heat transfer coefficient can be achieved without that 'one to auxiliary walls or to guide walls for the supply and guidance of the external heat exchange' means must grab. In addition, there is the heat transfer coefficient in the case of finned tubes easily falls short of that of smooth tubes, 'one feels compelled to carry out frequent cleanings made by the gap or space provided between two adjacent ribs is so limited that even a very thin soot deposit (in the case that the external heat exchange means the flue gases of a steam generator od. Like. Are) leads to the heat transfer coefficient and to reduce the flow area of the external flow.
Die obengenannten Nachteile werden nun seitens des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers restlos behoben, indem derselbe im wesentlichen dadurchThe above-mentioned disadvantages are now completely eliminated on the part of the heat exchanger according to the invention fixed by doing the same essentially
gekennzeichnet ist, daß er eine bzw. mehrere aus rohrförmigen Elementen gebildete Rohrwandungen für das innere Wärmeaustauschmittel aufweist und weiter die Rohrelemente längs einer Erzeugenden miteinander so verbunden sind, daß die dadurch, gebildeten Leitwände, mindestens teilweise, die Leitung des äußeren Wärmeaustanschmittels begrenzen, wobei der Leitungsquerschnitt im Sinne der Stromrichtung des äußeren Wärmeaustauschmittels abnimmt und man auf diese Weise jederzeit über eine hohe Durchflußgeschwindigkeit des äußeren Wärnieaustiauschrnittels und folglich auch über eine hohe Wärmeübergangszahl verfügen kann.is characterized by having one or more of them having tubular elements formed tube walls for the inner heat exchange medium and furthermore, the pipe elements are connected to one another along a generatrix in such a way that those formed thereby Guide walls, at least partially, limit the conduction of the external heat exchange medium, wherein the line cross-section decreases in the sense of the flow direction of the external heat exchange medium and in this way you always have a high flow rate of the outer Heat exchange means and consequently also via a can have a high heat transfer coefficient.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des, erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, veranschaulicht.In the drawings are some embodiments of the heat exchanger according to the invention, illustrated.
Fig. ι bis 3 zeigen im Seiten- bzw. im Grund- und im Stirnaufriß einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger; Fig. 1 to 3 show a steam generator according to the invention in side or in plan and in front elevation;
Fig. 4 zeigt im Grundriß eine Dampferzeugereinzelheit in einer Ausführungsvariante;Fig. 4 shows a steam generator detail in plan in one embodiment;
Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen einen Rauchgasvorwärmer in Seiten- bzw. im Grund- und im Stirnaufriß; Figures 5, 6 and 7 illustrate a flue gas preheater in side and plan and front elevations, respectively;
Fig. 8 zeigt ein zweites Ausfüfarungsbeispiel des Rauchgasvorwärmers im Grundriß;Fig. 8 shows a second Ausfüfarungsbeispiel the flue gas preheater in plan;
Fig. 9 und 10 zeigen im Auf- und Grundriß einen Rauchgasvorwärmer mit verjüngten Rohrwandungen; Fig. 11 zeigt im Schnitt einen Rauchgasvorwärmer mit abnehmenden Rauchdurchgangssegmenten, die durch Rohrwände mit Rohren verschiedenen Durchmessers gebildet sind;9 and 10 show a plan and plan view Flue gas preheater with tapered pipe walls; Fig. 11 shows in section a flue gas preheater with decreasing smoke passage segments, the are formed by pipe walls with pipes of different diameters;
Fig. 12, 13, 14 zeigen im Stirnaufriß bzw. im Seitenaufriß und im Grundriß eine weitere Ausführungsvariante des Rauchgasvorwärmers;12, 13, 14 show in front elevation and in Side elevation and in plan a further variant of the flue gas preheater;
Fig. 15 zeigt im Schnitt eine Rohrwandeinzelheit mit doppelter Schweißnaht.Fig. 15 shows in section a pipe wall detail with double weld seam.
In den Fig. 1 bis 3 sind mit A die Kesselsiederohrwandungen bezeichnet.-In Figs. 1 to 3 are the Kesselsiederohrwandungen bezeichnet.- with A
Die vier veranschaulichten Flachrohrwände weisen Vertikalrohrachsen auf und sind gemäß den Seiten eines Vierecks angeordnet, in dessen Rahmen die VerbrennungskammerB, die z.B. aus einem oder mehreren Brennstoffinjektoren C gespeist wird, begrenzt ist. Vier weitere, aus Fallrohren gebildete äußere Flachrohrwände D. sind von den Siederohren so getrennt, daß sie die Rauchgasdurchgangsspalten E und P schaffen.The four illustrated flat tube walls have vertical tube axes and are arranged along the sides of a square, within the framework of which the combustion chamber B, which is fed, for example, from one or more fuel injectors C, is delimited. Four further outer flat tube walls D. formed from downpipes are separated from the boiler tubes in such a way that they create the flue gas passage gaps E and P.
Die an der Rauchgasabzugsseite zum Kamin vor-So gesehene Rohrwand^ weist Rohre auf, die sämtlich bzw. teilweise voneinander getrennt angeordnet sind, so daß sie den Rauchgasabzug gestatten.The one on the flue gas outlet side to the chimney before-Sun seen pipe wall ^ has pipes that all or are partially arranged separately from each other, so that they allow the smoke evacuation.
Entsprechend zur genannten Rohrwand ist äußerlich ein Wärmeaustauscher angeordnet, der den aus drei untereinander sowie zur Rohrwand D1 parallelen Rohrwänden F gebildeten Speisewasservorwärmer darstellt.Corresponding to the pipe wall mentioned, a heat exchanger is arranged on the outside, which represents the feedwater preheater formed from three pipe walls F which are parallel to one another and to the pipe wall D 1.
Der Dampferzeuger weist in seinem Oberteil das Rohrelement G auf, das als Abscheide- und Sammelkammer arbeitet und mit geneigten Rohrwänden// versehen ist, die den oberen Verschluß der Verbrennungskammer B bilden. Die Rauchgase steigen in der Verbrennungskammer B im Pfeilsinn X nach oben, dringen seitlich durch den Spalt E, und zwar an der dem Kaminabzug gegenüberliegenden Seite, Rohrwand Di1, und strömen dann im Pfeilsinn F nach unten. Gleichzeitig verbreiten sich die Rauchgase fächerartig, um dann in waagerechter Richtung längs den beiden Seiten des Spalts/5 (Pfeile'#) ihren Weg zu verfolgen. Die Breite des Spalts E überschreitet jene der beiden Seitenspalte P, so daß sich die Rauchgase über die ganze Spalthöhe verteilen, auf weiche Weise eine Rauchgasabzugsleitung geschaffen wird, deren abnehmender Querschnitt den allmählich durch den Kamin abziehenden Rauchgasen eine hohe Geschwindigkeit verleiht.In its upper part, the steam generator has the pipe element G , which works as a separation and collecting chamber and is provided with inclined pipe walls // which form the upper closure of the combustion chamber B. The flue gases rise in the combustion chamber B in the direction of arrow X upwards, penetrate laterally through the gap E, on the side opposite the chimney flue, pipe wall Di 1 , and then flow in the direction of arrow F downwards. At the same time, the smoke gases spread like a fan and then follow their path in a horizontal direction along both sides of the gap / 5 (arrows'#). The width of the gap E exceeds that of the two side gaps P, so that the flue gases are distributed over the entire height of the gap, creating a flue gas outlet duct in a soft manner, the decreasing cross-section of which gives the flue gases, which gradually evacuate through the chimney, a high speed.
Die Rauchgase strömen schließlich durch die Rohrwand D1 und verziehen sich, indem sie ein S beschreiben, in Querrichtung längs der Rohrwand F des Vorwärmers (Pfeile Z), bis sie durch den Kamin entfliehen.The flue gases finally flow through the pipe wall D 1 and, by describing an S, disperse in the transverse direction along the pipe wall F of the preheater (arrows Z) until they escape through the chimney.
Die Rohrwände stehen mit rohrförmigen Endsammelkammern L in Verbindung, und desgleichen münden die Rauchgasvorwärmerrohre in die rohrförmigen Endsammelkammern M. The pipe walls are in communication with tubular end collecting chambers L , and likewise the flue gas preheater pipes open into the tubular end collecting chambers M.
Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsvariante der Fig. 2, in der die den oben beschriebenen entsprechenden Teile mit den gleichen Vorzeichen, plus Index, angedeutet sind.FIG. 4 illustrates a variant embodiment of FIG. 2, in which those corresponding to those described above Parts with the same sign, plus index, are indicated.
Die gegenüber der Kaminabzugsseite angeordnete, nicht fortlaufende Siederohrwand S wird durch Öffnungen unterbrochen, durch welche die aus der Verbrennungskammer B kommenden Rauchgase in den Spalt E' übergehen und von da in Querrichtung, d. h. in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung, in die Seitenspalte P' und U gelangen. In Fig. 4 ist unten eine Fallrohrwand T veranschaulicht, die nicht fortlaufend ist (die Fallrohre sind voneinander getrennt angeordnet), so daß die Rauchgase die Rohre T vollkommen umspülen und sich dann in dem seitens der Siederohrwand A und des Generatorenaußengehäuses begrenzten Spalt U verteilen.The non-continuous boiler pipe wall S arranged opposite the chimney vent side is interrupted by openings through which the flue gases coming from the combustion chamber B pass into the gap E ' and from there in the transverse direction, ie in the direction indicated by the arrows, into the side gap P' and U arrive. In Fig. 4, a downpipe wall T is illustrated below, which is not continuous (the downpipes are arranged separately from one another) so that the flue gases completely wash around the pipes T and then distribute in the gap U delimited by the boiler pipe wall A and the generator outer housing.
Gemäß der in den Fig. 5, 6, 7 veranschaulichten Darstellung besteht der Rauchgasvorwärmer aus fünf mit horizontalen Endsammelkammern 4 verfeundenen Rohrwänden 2, deren Ebenen untereinander geneigt sind, so daß Durchgänge für die Abgase (im Pfeilsinn Z) geschaffen werden, deren entsprechend dem Bewegungssinn der Abgase abnehmender Querschnitt eine gleichbleibend hohe Geschwindigkeit der Abgase im L[aufe ihrer fortschreitenden Bewegung bewirkt, wobei sowohl die Temperatur als auch das Volumen der Abgase vermindert wird. Es wird auf diese Art und Weise eine hohe Wärmeübergangszahl erzielt.According to the representation illustrated in FIGS. 5, 6, 7, the flue gas preheater consists of five pipe walls 2 that are mutually aligned with horizontal end plenums 4, the planes of which are inclined so that passages for the exhaust gases (in the direction of the arrow Z) are created, which correspond to the sense of movement The cross-section of the exhaust gases decreasing causes a consistently high velocity of the exhaust gases in the course of their progressive movement, whereby both the temperature and the volume of the exhaust gases are reduced. In this way, a high coefficient of heat transfer is achieved.
Die Rohrwände sitzen in einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung 6 und eine Austritts öffnung 8 für die Abgase und weiter eine Innenleitwand 10 aufweist, die dazu dient, den Rauchgasstrom längs der Längsseite des Gehäuses, an der die Eintrittsöffnung 6 vorgesehen ist, zu verteilen. Auf diese Weise können die Rauchgase von oben über die ganze Länge der ersten Rohrwand normal zur Rohienachse vordringen.The pipe walls sit in a housing which has an inlet opening 6 and an outlet opening 8 for the exhaust gases and also an inner baffle 10, which serves to distribute the flue gas flow along the longitudinal side of the housing on which the inlet opening 6 is provided. In this way, the flue gases can penetrate normal to the axis of the raw material from above over the entire length of the first pipe wall.
In der Fig. 8 sind die Rohrwände 12 so vorgesehen, daß ein abwechselnd zentraler und seit-In Fig. 8, the tube walls 12 are provided so that that an alternating central and lateral
licher Rauchgasdurchgang mit abwechselnd auseinander- und zusammenlaufenden Strömungen normal zur Rohrenachse geschaffen wird. Auch in diesem Abbildungsfall rücken die Rohrwände einander allmählich näher, was die Verminderung des Durchgangsquerschnitts bewirkt und damit eine dauernd hohe Abgasgeschwindigkeit zusichert.Licher flue gas passage with alternately diverging and converging currents normal to the pipe axis is created. In this illustration, too, the pipe walls gradually move towards one another closer to what causes the reduction of the passage cross-section and thus a permanent one ensures high exhaust gas speed.
In den Fig. 9 und 10 verlaufen die Rohrwandungen 14 schräg aufeinander zu, so daß Rauchgasdurchgänge ,mit vermindertem Querschnitt geschaffen werden.In FIGS. 9 and 10, the pipe walls 14 run obliquely towards one another, so that flue gas passages , can be created with a reduced cross-section.
Die Endsammelkammern 1 5 der Rohrwandungen 14 sind mit Querwänden 17 versehen, die dazu dienen, dem Durchflußstrom des inneren Wärmeaustauschmittels eine Hinundherbewegung (d. h. in abwechselnder Richtung) zu verleihen, auf welche Weise sämtliche Wandungsrohre durchströmt werden. Der Durchflußweg des inneren Wärmeaustauschmittels wird durch die Pfeile V angedeutet.The end collecting chambers 1 5 of the pipe walls 14 are provided with transverse walls 17 which serve to give the flow of the inner heat exchange medium a reciprocating movement (ie in an alternating direction), in which way all wall pipes are traversed. The flow path of the inner heat exchange medium is indicated by the arrows V.
*o In der Ausführungsvariante gernäß den Fig. 12 und 14 sind gleichlaufende Rohrwände 18 und eine Hinundherbewegung der Rauchgase vorgesehen, wobei die stufenweise Annäherung der Rohrwände der Rauchgasbewegung entspricht, so daß eine alias mähliche Verminderung des Durchgangsquerschnitts erzielt wird.* o In the variant according to Fig. 12 and 14 are concurrent pipe walls 18 and one Reciprocation of the flue gases provided, the gradual approach of the pipe walls corresponds to the flue gas movement, so that an alias gradual reduction in the passage cross-section is achieved.
In der Darstellung gemäß Fig. 11 sind parallele Rohrwände 16 vorgesehen, wobei die Querschnittsminderung in den Rauchgasdurchgängen zweck - mäßig durch Steigerung des Rohrdurchmessers erhalten wird.In the illustration according to FIG. 11, there are parallel Pipe walls 16 provided, with the purpose of reducing the cross section in the flue gas passages - is obtained moderately by increasing the pipe diameter.
Fig. 15 zeigt im Schnitt eine Einzelheit, die die Verbindimg zwischen den Rohrenden 20 und der rohrförmigen Sammelkammer 22 betrifft. Die Rohre 20, aus welchen die Rohrwand gebildet ist, weisen einen verminderten Enddurchmesser auf und stehen miteinander längs einer Erzeugenden 24 in Berührung. Fig. 15 shows in section a detail showing the Connection between the pipe ends 20 and the tubular collecting chamber 22 relates. The pipes 20, from which the pipe wall is formed, have a reduced end diameter and stand with each other along a generatrix 24 in contact.
Die geminderten Querschnittenden sitzen in entsprechenden Bohrungen der Sammelkammer 22, an deren gegenüberliegender Seite die gleichachsig zu den Rohren 20 vorgesehenen Gewindemuffen 26 einen für die Reinigung der einzelnen Rohre dienenden abnehmbaren Verschlußpfropfen festhalten. Die Gewindemuffen 26 und die Rohre 20 sind an der Sammelkammer 22 verschweißt. Bei Hochdruckaus-, führungen ist eine Doppelschweißnaht, d. h. eine Innenschweißnaht 28 und. eine Außenschweißnaht 30, angezeigt. Es ist klar, daß die Innenschweißnähte 28 zunächst an der Gewindemuffe 26, und zwar vor Einbau der Rohre 20 und erst dann an diesen Rohren selbst durch die Muffenbohrung auszuführen sind.The reduced cross-section ends sit in corresponding bores in the collecting chamber 22 the opposite side of which are the threaded sockets 26 provided coaxially with the pipes 20 Hold a removable stopper for cleaning the individual pipes. the Threaded sockets 26 and the pipes 20 are welded to the collecting chamber 22. With high pressure, guides is a double weld, i. H. an internal weld seam 28 and. an external weld 30 is displayed. It is clear that the internal welds 28 first on the threaded sleeve 26, and to be carried out before installing the pipes 20 and only then on these pipes themselves through the socket bore are.
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Swiss patent specification No. 265 298.
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