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Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher
mit einem zylindrischen waagerechten Mantel zur Aufnahme von Längsrohren zur Leitung
des einen zum Wärmeaustausch dienenden Mittels, der mit Ein- und Austrittsöffnungen
für das andere am Wärmeaustausch teilnehmende Mittel versehen ist.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches
gegenüber den bisher bekannten Einrichtungen zu erhöhen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im unteren Teil des
Wärmeaustanschers im Boden über die ganze Länge verteilt Eintrittsöffnungen für
das zu erwärmende Mittel vorgesehen sind, da,B ferner durch eine Längswand ein getrennter
Raum gebildet wird, -in den das erwärmte Mittel nicht unmittelbar, sondern erst
nach Überströmen. dieser Wand eintreten kann, wobei diese Oberkante dieser Wand
oberhalb wenigstens der Mehrzahl der das Heizmittel führenden Längsrohre liegt,
und schließlich, daß eine Austrittsöffnung fair das erwärmte Mittel im unteren Teil
des abgetrennten Raumes am Austrittsende des Wärmeaustauschers angeordnet ist.
Durch
diese Maßnahmen wird das zu erwärmende Mittel gezwungen, über die ganze Länge des
Wärmeaustauschers senkrecht zu den Heizröhren zu strömen, da der- Abstrom zur Austrittsöffnung
im getrennten .Raum durch die Trennwand diese Strömung nicht beeinflussen kann.
Die Wärmeübertragung findet also unter äußerst günstigen Verhältnissen statt. Im
Gegensatz zu bekannten, mit Umlenkblechen u. dgl. arbeitenden Einrichtungen wird
eine wirbelfreie einwandfrei beherrschte Strömung erreicht. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, daß durch weitere Mittel die Strömungsgeschwindigkeit
der zu erwärmenden Flüssigkeit zwischen den Einlaßöffnungen und der Auslaßöffnung
allmählich vergrößert wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das einen ,zylindrischen Wärmeaustauscher für Schweröl betrifft, der in einem das
Schweröl enthaltenden Behälter untergebracht ist und der durch in Röhrenbündeln
geführten kondensierten Dampf beheizt wird. In der Zeichnung zeigt Fig. i einen
schematischen axialen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie A-B
der Fig. i, Fig. 3 einen Querschnitt gemäß ,der Linie C-D der Fig. i, Fig.4 einen
Querschnitt gemäß der Linie E-F der Fig. i, Fig. 5 einen ähnlichen Querschnitt einer
abweichenden Anordnung und Fig. 6 in kleinerem Maßstab die Anordnung eines solchen
Wärmeaustauschers in einem großen Vorratsbehälter.
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i bezeichnet den zylindrischen Metallmantel des Austauschers, 2 die
Rohre für den Heizdampf, 3 den vorderen und 4 den hinteren gewölbten Abschlußdeckel.
Der Dampf tritt durch den Stutzen 5 ein, das kondensierte Wasser tritt durch den
Stutzen 6 aus. Das kalte Schweröl tritt durch Öffnungen 7 ein, die der Länge nach
im unteren Teil des Mantels i vorgesehen sind. Das warme Schweröl tritt durch das
Rohr 8 aus. Hinter dem gewölbten Abschlußdeckel 3 ist eine senkrechte Querwand io
vorgesehen, wodurch eine Kammer entsteht, die wiederum durch eine waagerechte Wand
9 in zwei Kammern geteilt ist. In die Querwand io sind die Enden der Rohre des Bündels
eingesetzt. Über der Wand 9 tritt der Dampf in die Rohre ein. Unter der Wand fließt
das Kondenswasser aus den Rohren heraus. Der gewölbte Deckel 4 ist am Umfang an
einer lotrechten gelochten Querwand i i befestigt; in deren Löchern die Enden der
Rohre 2 lose gelagert sind, damit sie sich bei Erwärmung frei ausdehnen können.
Diese Umwälzvorrichtung des Dampfes und des Kondenswassers oder eines sonstigen
in bekannten zylinderförmig gestalteten Wärmeaustauschern benutzten Mittels hat
keine besonderen Merkmale und entspricht der üblichen Technik.
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Eine lotrechte Querwand 13" (Fig. 5), die sich in der Nähe der Querwand
io befindet und mit einer waagerechten Kante versehen ist, begrenzt einer. Raum,
in den das zu erwärmende Schweröl nur durch Überströmen der oberen waagerechten
Kante eintreten kann. Da der gleiche Unterdruck über der ganzen freien Oberfläche
des Schweröls im Wärmeaustauscher auf der anderen Seite der Wand 13a herrscht, bewegt
sich das Schweröl im -wesentlichen lotrecht und rechtwinklig zu den Rohren 2. Hat
jedoch der Austauscher eine große Länge, so kann eine Neigung zum Schrägströmen
bestehen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird vorzugsweise eine Wand vorgesehen,
die als Längsüberströmrinne ausgebildet ist. Diese wird nachfolgend an- Hand der
Fig. i bis 4 einzeln beschrieben.
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Eine Blechrinne 12 ist an ihrem hinteren Ende dicht mit .der Querwand
i i verbunden und an ihrem vorderen Ende an einer Querwand 13 befestigt,
die der Querwand 13" entspricht, aber mit einer der Form der Rinne entsprechenden
Aussparung verseben ist. Die Rinne dient als Sammler des durch die Öffnungen 7 in
den Austauscher eintretenden Schweröls und bewirkt das Längsfließen des Schweröls
von hinten nach vorn.
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DieWirkungsweise ist.folgende: DerAustauscher ist im unteren Teil
eines Behälters durch einen Flansch in der Ebene C-D befestigt. Befindet sich der
Ölspiegel im Behälter über den Öffnungen 7, so tritt das Öl durch diese Öffnungen.
in den Wärmeaustauscher und steigt bis zu einer Höhe., die vom Ölspiegel im Behälter
und von der Viskosität abhängig ist. Die Luft wird dadurch im oberen Teil des Mantels
i verdichtet. Bei der Inbetriebsetzung durch Einlaß des Dampfes in das Rohrbündel
und durch die Saugwirkung der an das Rohr 8 angeschlossenen Pumpe wird der Ölspiegel
im Austauscher mit Hilfe eines Hahnes 15 eingestellt, der das Entweichen der Luft
unter der Einwirkung des hydrostatischen Druckes des Öles gestattet, oder auch das
Eintreten von Luft unter der Einwirkung des von der Pumpe erzeugten Unterdruckes
zuläßt. Nach erfolgter Einstellung verharrt der Ölspiegel unter einer freien Stelle
14 des zylindrischen, durch die Wände 13 und io begrenzten Raumes und kann
mit Hilfe eines ölstandsanzeigers 16 oder einer ähnlichen Vorrichtung überwacht
werden. Da der Unterdruck an der Stelle 14 auf der ganzen Länge des Austauschers
der gleiche ist, wird das Öl auch gleichmäßig durch die Öffnungen 7 angesaugt trotz
der unterschiedlichen Entfernung vom Vorderende des Austauschers. Das Öl bewegt
sich somit im wesentlichen rechtwinklig zu den Rohren des Bündels. Es überströmt
die waagerechten Kanten der Rinne 12 und fließt in Richtung des Sammelraumes zwischen
den Wänden 13 und -io, und von dort in Richtung des Austrittsrohres B. Bei
dieser Anordnung entstehen keine örtlichen Wirbelströmungen. Da ferner die Summe
der Querschnitte der öffnun. gen 7 ein Vielfaches des Querschnittes des Rohres 8
ist, und da der Durchgangsquerschnitt zwischen den Rohren des Bündels und den Wänden
des Mantels i und der Rinne 12 von unten nach oben immer kleiner ,wird, wird die
Bewegung des Öles im Maße der Temperaturerhöhung, also im Maße der Viskositätsverminderung,
beschleunigt.
Für jeden- in einem Behälter angeordneten Saugaustauscher
ist es üblich, das Eintreten des Öles durch die Einwirkung einer Vorwärmeschlange
17 u erleichtern, die sich am Boden des Behälters befindet (Fig. 6).
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Im Rahmen der Erfindung wird vorzugsweise eine waagerechte Metallwand
r8 vorgesehen, die das Aufsteigen des vorgewärmten Öles verhindert und dessen Ansaugen
vom Austauscher ig sichert.
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Abgesehen von der erhöhten Wärmeübertragungsziffer bietet der Erfindungsgegenstand
auch noch den Vorteil, daß es möglich ist, das günstigste Verhältnis zwischen den
Dampf- und Ölmengen einzustellen: Ist nämlich für eine gegebene Wärmemenge die angesaugte
Ölmenge zu groß, so sinkt der Ölspiegel an der Stelle 14, und es ist dann angebracht,
die eingelassene Dampfmenge zu vergrößern. Ist dagegen die Wärmemenge zu groß für
die von der Pumpe angesaugte Ölmenge, so hebt sich der Ölspiegel, und es ist dann
angebracht, die eingelassene Dampfmenge zu vermindern oder die von der Pumpe angesaugte
Ölmenge zu vergrößern, wenn die Pumpe einstellbar ist.
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Es ist auch möglich, den erfindungsgemäßen Austauscher als Kühler
arbeiten zu lassen. Dabei strömt das Kühlmittel in den Rohren des Bündels, während
die zu kühlende Flüssigkeit durch den Mantel strömt. Ferner kann der erfindungsgemäße
Austauscher als Kondensator dienen. Der zu kondensierende Dampf strömt dabei durch
die Bündelrohre, während die Kühlflüssigkeit durch .den Mantel strömt.
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Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, könnte man auch die freie
Stelle 14 beseitigen, jedoch würde dies auf Kosten des Wirkungsgrades geschehen.
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Das für die Beschreibung gewählteAusführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
soll nicht als beschränkend gelten. Es sind weitere Anwendungen möglich, wozu den
Verhältnissen entsprechend die Anordnung der Eintrittsöffnungen des zu erwärmenden
oder des zu kühlenden Mittels, die Gestalt des Mantels des Austauschers, die Gestalt
und die Anordnung der Ablenkwände zur Bestimmung des Weges des Mittels außerhalb
des Rohrbündels in Richtung einer Rinne, die Vorrichtung zur Einstellung der oberen
freien Stelle usw. geändert werden.