EP0131187B1 - Wärmetauscher zur Aufheizung von organischen Wärmeübertragungsmedien - Google Patents

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EP0131187B1
EP0131187B1 EP84107158A EP84107158A EP0131187B1 EP 0131187 B1 EP0131187 B1 EP 0131187B1 EP 84107158 A EP84107158 A EP 84107158A EP 84107158 A EP84107158 A EP 84107158A EP 0131187 B1 EP0131187 B1 EP 0131187B1
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ENGELHARDT, DIETER
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F24H1/43—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes helically or spirally coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/40—Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/439—Serially connected conduit assemblies, i.e. no manifold

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for heating organic heat transfer media with the help of combustion exhaust gases, consist of a housing with a jacket, cover, bottom and inlet and outlet for the combustion exhaust gases and from at least one pipe register accommodated in the housing with inlet and outlet for the heat transfer medium, the Housing has thermal protection from a coolant flow through full tubes or half tubes, which are laid on the outside of the jacket as a spiral.
  • Heat exchangers with a plurality of tube registers arranged concentrically to one another are also known (FR-A-2319 844, FR-A-15 51 027).
  • the object of the invention is to avoid overheating or reheating of the organic heat transfer medium, in particular after the system having the heat exchanger has been switched off.
  • cooling systems made of solid tubes or half tubes may be provided on the outside on the cover and / or the bottom in a meandering or spiral shape.
  • the particularly heat-loaded areas are cooled more than the other areas, so that undesired overheating or reheating can be reliably avoided not only during operation but also after switching off. Design problems with regard to heat-related strains can be better mastered.
  • annular spaces can be formed between the pipe registers and between the outer pipe register and the jacket, which connect to the outlet and into the the combustion gases are redirected in the area of the cover. Since the greatest heat load takes place in the area of the deflection of the combustion exhaust gases, that is to say in the area of the cover, the spiral of the full pipes or half pipes also has the smallest slope there. The other areas of the jacket then need to be cooled less.
  • the heat exchanger shown is used to heat organic heat transfer media with the help of combustion exhaust gases. It consists in its basic structure of a cylindrical jacket 1 made of steel, which is closed at both ends by a cover 2 and a bottom 3.
  • a pipe register 5 is arranged, which consists of a spirally arranged coil, the individual windings 6 of which are arranged close to one another and close to the inside of the jacket 1.
  • the pipe register has in the area of the bottom 3 the inlet connector 7 and extends to just before the cover 2.
  • the second pipe register 9 ends at an outlet connection 15.
  • the jacket extension 12 extends from the cover 2 to approximately half the length of the jacket 1 and is connected to the jacket 1 via a radial flange 14.
  • an outlet connection 10 for the combustion exhaust gases is connected to the annular space 13.
  • the combustion exhaust gases consequently flow from the inlet connection 4 in the base 3 to the cover 2, where they are deflected into the annular space 13, which they leave through the outlet connection 10.
  • the annulus is delimited on the inside by the tightly lying turns 6 of the tube register 5.
  • the bottom 3 has inlet connections 4 for combustion exhaust gases from a burner (not shown).
  • cooling tubes are laid on the outside of cover 2 and base 3. These are half-tubes 16 which are welded with their free edges to the outside of cover 2 or base 3.
  • the half pipes 16 are laid in the form of meanders on the cover 2 and the bottom 3.
  • the jacket extension 12 also has a cooling coil on the outside in the form of a spiral made of half-tubes 19 which are welded with their free edges to the outside of the jacket extension 12.
  • the spiral has an uneven slope.
  • the slope in the lid area is small because the heat load is greatest there due to the deflection of the combustion exhaust gases.
  • the slope of the spiral becomes increasingly larger in the direction of the radial flange 14.
  • This spiral cooling coil also has connecting pieces 20, 21 through which a corresponding cooling medium can flow in or out.
  • the cooling coils formed by the half-tubes 16 and 19 should be flowed through by the organic heat transfer medium, which also flows through the tube registers 5 and 9.
  • the organic heat transfer medium which also flows through the tube registers 5 and 9.
  • circuits can then be implemented in which the heat transfer medium flows first through the tube registers 5 and 9 and then through the cooling coils formed by the half tubes 16 and 19 or vice versa.

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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Aufheizung von organischen Wärmeübertragungsmedien mit Hilfe von Verbrennungsabgasen, bestehen aus einem Gehäuse mit Mantel, Deckel, Boden sowie Einlass und Auslass für die Verbrennungsabgase und aus wenigstens einem im Gehäuse untergebrachten Rohrregister mit Zulauf und Auslauf für das Wärmeübertragungsmedium, wobei das Gehäuse einen Wärmeschutz aus von einem Kühlmittel durchströmten Vollrohren oder Halbrohren aufweist, die aussen auf dem Mantel als Spirale verlegt sind.
  • Bei der Übertragung eines organischen Wärmeübertragungsmediums, z.B. von Thermalölen, muss darauf geachtet werden, dass dieses Wärmeübertragungsmedium nicht überhitzt wird. Während des Betriebes des Wärmetauschers ist das möglich. Probleme ergeben sich aber beim Abschalten des Wärmetauschers bzw. der diesen aufweisenden Anlage, weil dann der Wärmeschutz des Mantels als Wärmespeicher wirkt und die darin gespeicherte Wärme auch nach dem Abschalten noch an das Wärmeübertragungsmedium abgibt. Das kann zu einer Überhitzung führen.
  • Das gilt nicht nur für Wärmetauscher, deren Mantel als Wärmeschutz eine Armierung oder Auskleidung aus keramischem Material, z.B. aus gemauerten feuerfesten Steinen, aufweist, sondern auch für Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Gattung, bei denen der Mantel aussenseitig einen Wärmeschutz aus spiralig verlegten Vollrohren oder Halbrohren aufweist (DE-A-2608977, DE-A-2514342). Bei den bekannten Ausführungen sind die Rohre aussen auf dem Mantel in einer Spirale mit konstanter Steigung verlegt, und dementsprechend besitzen die einzelnen Rohrwindungen gleichen und konstanten Abstand voneinander. Ihre Kühlwirkung ist folglich über die gesamte Länge des Mantels konstant.
  • Bekannt sind auch Wärmetauscher mit mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Rohrregistern (FR-A-2319 844, FR-A-15 51 027).
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überhitzung oder Nacherhitzung des organischen Wärme- übertragungsmediums insbesondere nach dem Abschalten der den Wärmetauscher aufweisenden Anlage zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Spirale sich von Bereichen mit hoher Wärmebelastung zu Bereichen mit geringerer Wärmebelastung hin vergrössert. Es versteht sich, dass aussenseitig auf dem Deckel und/oder dem Boden mäanderförmig oder spiralförmig verlegte Kühlsysteme aus Vollrohren oder Halbrohren vorhanden sein können.
  • Bei dem erfindungsgemässen Wärmetauscher werden die besonders wärmebelasteten Bereiche mehr gekühlt als die anderen Bereiche, so dass nicht nur während des Betriebes, sondern auch nach dem Abschalten eine unerwünschte Überhitzung oder Nacherhitzung zuverlässig vermieden werden kann. Konstruktive Probleme im Hinblick auf wärmebedingte Dehnungen können besser beherrscht werden.
  • Bei einer Ausführung mit einem Einlass für die Verbrennungsabgase oder einem Brenner im Boden und wenigstens zwei zueinander konzentrischen Rohrregistern aus dicht an dicht liegenden Windungen können zwischen den Rohrregistern sowie zwischen dem äusseren Rohrregister und dem Mantel Ringräume gebildet werden, die an den Auslass anschliessen und in die die Verbrennungsabgase im Bereich des Deckels umgelenkt werden. Da die grösste Wärmebelastung im Bereich der Umlenkung der Verbrennungsabgase, also im Bereich des Deckels, stattfindet, weist auch die Spirale der Vollrohre oder Halbrohre dort die kleinste Steigung auf. Die übrigen Bereiche des Mantels brauchen dann weniger gekühlt zu werden.
  • Grundsätzlich ist es möglich, dass das Kühlsystem von einem gesonderten Kühlmedium durchströmt wird. Einfacher und erfindungsgemäss bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Vollrohre oder die Halbrohre vom Wärmeübertragungsmedium selbst durchströmt sind. Je nach den gegebenen Verhältnissen sind dann Schaltungen möglich, bei denen das Wärmeübertragungsmedium zunächst die Rohrregister und dann die Kühlrohre, oder umgekehrt, durchströmt.
  • Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; die einzige Figur zeigt, teilweise geschnitten, die Ansicht eines Wärmetauschers.
  • Der dargestellte Wärmetauscher dient zur Aufheizung von organischen Wärmeübertragungsmedien mit Hilfe von Verbrennungsabgasen. Er besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem zylindrischen Mantel 1 aus Stahl, der an seinen beiden Enden durch einen Deckel 2 und einen Boden 3 verschlossen ist.
  • Im Mantel 1 ist ein Rohrregister 5 angeordnet, weiches aus einer spiralig angeordneten Rohrschlange besteht, deren einzelne Windungen 6 dicht an dicht aufeinander sowie dicht an der Innenseite des Mantels 1 angeordnet sind. Das Rohrregister besitzt im Bereich des Bodens 3 die Zulaufstutzen 7 und erstreckt sich bis kurz vor den Deckel 2. Dort gehen die Windungen 6 in die Windungen 8 eines zweiten Rohrregisters 9 über, welches konzentrisch zum ersten Rohrregister und um dieses herum ebenfalls mit dicht an dicht liegenden Windungen 8 angeordnet ist. Das zweite Rohrregister 9 endet an einem Auslaufstutzen 15. Die Mantelerweiterung 12 erstreckt sich vom Deckel 2 bis etwa zur halben Länge des Mantels 1 und ist über einen Radialflansch 14 an den Mantel 1 angeschlossen.
  • Kurz oberhalb des Radialflansches 14 ist an den Ringraum 13 ein Auslassstutzen 10 für die Verbrennungsabgase angeschlossen. Die Verbrennungsabgase strömen folglich vom Einlassstutzen 4 im Boden 3 zum Deckel 2, dort werden sie in den Ringraum 13 umgelenkt, den sie durch den Auslassstutzen 10 verlassen. Der Ringraum wird innenseitig von den dicht an dicht liegenden Windungen 6 des Rohrregisters 5 begrenzt.
  • Der Boden 3 weist Einlassstutzen 4 für Verbrennungsabgase eines nicht dargestellten Brenners auf.
  • Um die Wärmebelastung von Deckel 2 und Boden 3 in tragbaren Grenzen zu halten, sind aussenseitig auf dem Deckel 2 und dem Boden 3 Kühlrohre verlegt. Es handelt sich dabei um Halbrohre 16, die mit ihren freien Rändern mit den Aussenseiten von Deckel 2 bzw. Boden 3 verschweisst sind. Die Halbrohre 16 sind in Form von Mäandern auf dem Deckel 2 und dem Boden 3 verlegt. An den Enden der Kühlschlange befinden sich Anschlussstutzen 17 bzw. 18, über die das Kühlmedium zu- bzw. abgeführt werden kann.
  • Auch die Mantelerweiterung 12 trägt aussenseitig eine Kühlschlange in Form einer Spirale aus Halbrohren 19, die mit ihren freien Rändern mit der Aussenseite der Mantelerweiterung 12 verschweisst sind. Die Spirale besitzt eine ungleichmässige Steigung. Im Deckelbereich ist die Steigung klein, weil dort die Wärmebelastung wegen der Umlenkung der Verbrennungsabgase am grössten ist. Die Steigung der Spirale wird zunehmend grösser in Richtung auf den Radialflansch 14. Auch diese spiralige Kühlschlange besitzt Anschlussstutzen 20, 21, durch die ein entsprechendes Kühlmedium zu- bzw. abströmen kann.
  • Nach bevorzugter Ausführung sollen die von den Halbrohren 16 bzw. 19 gebildeten Kühlschlangen von dem organischen Wärmeübertragungsmedium durchströmt sein, welches auch durch die Rohrregister 5 und 9 fliesst. Je nach den gegebenen Umständen können dann Schaltungen verwirklicht werden, bei denen das Wärmeübertragungsmedium zunächst durch die Rohrregister 5 und 9 und dann durch die von den Halbrohren 16 bzw. 19 gebildeten Kühlschlangen fliesst oder umgekehrt.

Claims (3)

1. Wärmetauscher zur Aufheizung von organischen Wärmeübertragungsmedien mit Hilfe von Verbrennungsabgaben, bestehend aus einem Gehäuse mit Mantel (1), Deckel (2), Boden (3) sowie Einlass (4) und Auslass (10) für die Verbrennungsabgabe und aus wenigstens einem im Gehäuse untergebrachten Rohrregister (9) mit Zulauf und Auslauf für das Wärmeübertragungsmedium, wobei das Gehäuse einen Wärmeschutz aus von einem Kühlmittel durchströmten Vollrohren oder Halbrohren (16) aufweist, die aussen auf dem Mantel (1) als Spirale verlegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale sich von Bereichen mit hoher Wärmebelastung zu Bereichen mit geringerer Wärmebelastung hin vergrössert.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit einem Einlass (4) im Boden (3) und wenigstens zwei zueinander konzentrischen Rohrregistern (5, 9) aus dicht an dicht liegenden Windungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rohrregistern (5, 9) sowie zwischen dem äusseren Rohrregister (9) und dem Mantel (1) Ringräume (13) gebildet sind, die an den Auslass (10) anschliessen und in die die Verbrennungsabgase im Bereich des Deckels (2) umgelenkt werden.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollrohre oder die Halbrohre (9) vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt sind.
EP84107158A 1983-07-06 1984-06-22 Wärmetauscher zur Aufheizung von organischen Wärmeübertragungsmedien Expired EP0131187B1 (de)

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EP0131187A2 EP0131187A2 (de) 1985-01-16
EP0131187A3 EP0131187A3 (en) 1985-05-15
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