DE2344188A1 - Rohrschlangen-durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Patentanwalt*

l.-1-ig. H. Schmitt D*pi.-ir.g. W. Maucher Freiberg i. Br.

Hch. Bertrams Aktiengesellschaft, Basel 30, Aug. 1973

unsere Akte S 73

Rohrschlangen - Durchlauferhitzer

Gegenstand der Erfindung ist ein Rohrschlangen-Durchlauferhitzer mit Brenner, wie er z.B. für organische und anorganische Wärmeträger im Temperaturbereich zwischen 200 und 600 C benützt wird. Bekannte Erhitzer dieser Bauart, wie sie beispielsweise bis 32O⁰O für den Betrieb mit drucklosen Oelen eingesetzt werden, haben den Nachteil, dass die Rohrschlangen-Heizflächen ungleichmässig beaufschlagt sind, so dass der Wärmeträger in einzelnen Partien des Wärmeträgerweges überhitzt wird und sich deshalb zersetzt. Dies hat oft die Herabsetzung des Flammpunktes des Wärmeträgers zur Folge» was unter anderem bei Leckagen zu Brücken führen kann· Im Erhitzer selbst können "Verkrackungen auftreten, wodurch sich Ablagerungen bilden können« Die Folgen sind schliesslich die Zerstörung und Verbrennung des Rohrschlangenmaterials, Unfälle, welche auf diese Zusammenhänge zurückzuführen sind, sind in grösserer Zahl bekannt geworden. Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb die Schaffung eines Erhitzers der genannten Art, in welchem der Wärmeträger in allen Zonen des

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Wärmeträgerweges gleichmässig erhitzt wird und die Filmtem~ peratur an der aufzuheizenden Flüssigkeit genau bestimmbar ist. Zu diesem Zweck ist der Erhitzer nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine einzige axsymmetrisch gewundene Rohrschlange mit sich berührenden Rohrwin— düngen gebildete Wärmeträgerweg den die Strahlungszone bildenden Brennraum bis auf die einerends angeordnete Brenner-

„OiioUveiiiiAsi ZLK«teorctyefcei4 , mündung und den |o Rauchgasauslass vollständig lückenlos umgibt und seinerseits von einem mit brennerseitigem Austritt versehenen, die Kxmvektionszone bildenden Rauchgasmantel umschlossen ist.

Der aus einer einzigen, ein- oder mehrgängigen Rohrschlange bestehende Wärmeträgerweg ist zweckmässig als Hohlzylinder mit nach aussen konischer Deck- und Bodenwand ausgebildet und wird vom Wärmeträger entgegen der Flammenrichtung im Brennraum durchströmt, das heisst im Gleichstrom mit den durch den ausserhalb der Rohrschlange liegenden Rauchgasman— tel strömenden Rauchgasen. Ist die Rohrschlange mehrgängig, so sind alle die Rohrschlange bildenden, parallelgeschalteten Rohrstränge von genau gleicher Länge und gleichem Durchflusswiderstand, auch wenn verschieden grosse Durchflussmengen durch den Erhitzer gewählt werden. Der Rauchgasmantel ist zweckmässig von einem im Gleichstrom mit ihm durchströmten Luftmantel umgeben« Die allseitige Begrenzung des Brennraumes durch den Wärmeträgerweg verunmöglicht praktisch jede Wärmespeicherung in nicht vom Wärmeträger durchströmten Teilen, Die Filmtemperatur des Wärmeträgers an der innen durch Strahlung und aussen durch Konvektion beheizten Rohrschlangenwand ist dank der gleichmässigen Strömung durch alle Rohrteile und bei mehrgängiger Rohrschlange, wegen der längs des Strömungsweges pro Rohrstrang gleichmässigen Wärmeaufnahme an jeder Stelle des Erhitzers kontrollierbar. Ueberhitzungen sind somit - auch bei Üeberlast oder ungleichmässiger Beaufschlagung durch die Flamme - weitgehend ausgeschlossen.

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In der beiliegenden Zeichnung 4©4- im Axialschnitt schematises -ei» AusfUhrungsbeispielJ der Erfindung gezeigt. ****■ 2W^r «v\ Fi^Λ

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In (der Zeichnung ist 1 ein Fussgestell, auf welchem ein ringförmiger Luftkasten 2 mit Einlass-Stutzen 2a montiert ist· Die Aussenwand dieses zylindrischen Luftkastens 2 ist nach oben verlängert und bildet einen Luftmantel 3> der aussen mit einer bis zum Fussgestell herunter reichenden Isolierschicht 4 versehen ist. In diesem Luftmantel 3 ist mit radialem Abstand ein Rauehgasmantel 5 angeordnet, der oben mit einem noch innerhalb des Luftmantels 3 liegenden ringförmigen Rauchgassammler 6 in Verbindung steht, dessen Auslass-Stutzen mit 6a bezeichnet ist. Der obere Abschluss des Luftmantels 3 ist durch einen isolierten Deckel 4a gebildet. Durch eine zentrale Oeffnung dieses Deckels hindurch ragt ein Brenner 7» dessen nach unten gerichtete Düse 7a in der Mitte-.öffnung des Hauchgassammlers 6 liegt» Die Luftzufuhrorgane des Brenners 7 stehen mit der über dem Rauchgassammler 6 liegenden Partie 3a des Luftmantels 3 in Verbindung· Im Rauchgasmantel 5 ist mit radialem Abstand eine den Wärmeträgenreg im Erhitzer bildende» mehrgängige Rohrschlange 8 mit sich berührenden Rohrwindungen angeordnet. Diese einzige» einen zylindrischen Hauptkörper 8a aufweisende Rohrschlange besitzt eine nach oben konische Deckenpartie 8b mit zylindrischem Kragen, der die die Brennerdüse 7a ums chli ess ende Innenwand des Rauchgassammlers 6 umgibt, sowie eine nach unten konische Bodenpartie 8c mit einer der Düse 7a axial gegenüberliegenden Mittelöffnung 9» die über den zwischen der Bodenpartie 8c und dem Luftkasten 2 liegenden Verteilraum 10 mit dem zwischen der Zylinderpartie 8a und dem Rauchgasmantel 5 liegenden Rauchgaskanal 11 und somit über den Sammler 6 mit dem Rauchgas-Auslass-Stutz en 6a in Verbindung steht. Der zwi—

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sehen der Düse 7a und der Bodenöffnung 9 liegende Innenraum der Rohrschlange 8 bildet den Brennraum 12 (^ütrahlungs~ zone) des Erhitzers. Diese den Brennraum 12 bis auf die Brennermündung und die Bodenöffnung 9 lückenlos begrenzende Rohrschlange 8 ist durch drei parallel geschaltete, gleich lnage und gleichlaufend um die Mittelachse a des Erhitzers gewundene Rohrstränge 13a, 13b, 13c gleichen Durchflusswiderstandes gebildet. Die Rohrschlange 8 könnte aber auch nur eingängig sein, das heisst nur aus einem einzigen Rohrstrang bestehen, oder sie könnte mehr als drei Rohrstränge aufweisen. Im Bereich des Rauchgasverteilraumes 10 münden die drei gleich langen Rohrstränge 13a, 13b, 13c in ein Kollektorrohr 14, das durch den Luftkasten 2 hindurch nach unten zu einem Wärmeträger-Einlass—Stutzen 14a führt. Die oberen, den Kragen bildenden Enden der drei Rohrschlangen 13a, 13b, 13c münden ihrerseits in ein im Rauchgassammler 6 liegendes Kollektorrohr 15, das seitlich durch die Mantel 5 und 3 die Isolierschicht 4 hindurch nach aussen zu einem Wärmeträger-Auslass-Stutzen 15a führt·

Beim Betrieb des beschriebenen Rohrschlangen-Durchlauferhitzers strömt der Wärmeträger von unten nach oben in drei gleichen Strömen durch die Rohrstränge 13a, b, c, und nimmt aus dem Brennraum 12 (Strahlungszone) Wärme auf. Die heissen Rauchgase gelangen durch die Bodenöffnung 9 in den Verteilraum 10, streichen im Ringraum 11 hoch und werden vom Sammler 6 dem Auslass-Stutzen 6a zugeführt. Diese Rauchgasführung gestattet nicht nur eine zusätzliche Wärmeabgabe an den Wärmeträger, sondern verhindert auch unerwünscht hohe Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Aussenseite der Rohrschlange 8. Die unter sich gleichen und gleichlangen Rohstränge 13a, 13b, 13c, die alle in gleicher Weise auf der Rohrschlangen-Innenseite der Strahlungszone 12 und auf der Rohrsehlangen-Aussenseite der Konvektionszone 11 der Wärme-Belastung ausgesetzt sind, gewährleisten eine gleichmässige Erwärmung des Wärmeträgers, der bei gleicher Durchflussgeschwindigkeit und

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gleichem Druckgefälle in gleicher Menge durch jeden Rohr- · strang fIiesst.

Pa der Rauchgasauslass 9 aus dem Brennraum 12 eine relativ enge, axiale Oeffnung ist, könnte der beschriebene Erhitzer anstatt stehend auch liegend angeordnet sein, wenn der Wärmeträger nicht durch Schwerkraft entleert werden muss; die allseitige lückenlose Umhüllung des Brennraumes 12 durch die Rohrschlange 8 gewährleistet auch in diesem Pail eine gleichmassige Beaufschlagung dieser Rohrschlange in der Strahlungszone.

In Pig. 2 der Zeichnung ist la ein Ii¹US sge st eil, das den Zylidrischen Isoliermantel 25 mit Bodenring 25a und (mu Reinigungszwecken) entfernbares Mittelstüek 25b trägt. Durch die Deckrenpartie des Isoliermantels 25 ragt koaxial der Brenner 17 mit Düse 17a in den "Brennraum 22j bis auf die obere Düsenöffnung 17a und den unteren '.ilaucligasauslass 19 ist dieser Brennraum 12 vollständig lückenlos von der Rohrschlange 18 umschlossen. Der Rauchgasauslass 19 Ist hier durch einen Ringspalt unmittelbar über der Bodenpartie 18c im zylindrischen iiauptkörper 18a der Rohrschlange 18 zwischen benachbarten Rohrwindungen gebildet. Der zwischen diesem Hauptkörper 18a und dem Isoliermantel 25 nach oben führende Rauchgaskanal zu dem über der Deckenpartie 18b mit die Düse 17a umscaliessen- äen Kragen der Rohrschlange 18 liegenden Rauchgassammler 16, dessen Auslass mit 16a bezeichnet ist. Der Wärmeträgereinlass der !Rohrschlange ist mit 24a, der Auslass mit 24b bezeichnet. Als Isoliermaterial für die Teile 25, 25a, 25b wird zweckm&ssig ein Leielrfcbaustoff verwendet, z.B. durch ein Silikat gebundene Asbestfasern. Besonders bei grossen Ausführungen kann dadurch das vom ÜPussgestell la zu tragende Gewicht klein gehalten werden.

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BAD ORIGINAL

Dieses zweite Anwendungeneispiel hat wirtschaftlich den Vorteil, dass die Luftvorwärmung wegfällt, die entsprechenden Mantelteile preislich wesentlich günstiger werden, und dass ausserdem ein normaler Brenner Anwendung finden kann, welcher gegenüber einem Brenner, der mit vorgewärmter Luft arbeiten muss, ebenfalls wesentlich billiger ist.

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Claims (9)

1. PATENIA Ή SP R UEC IJ E

   l.J Rohrschlangen-Durchlauferhitzer mit Brenner für organische und anorganische Wärmeträger im Temperaturbereich von 200 bis 600 G, dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine einzige, axsymmetrische Rohrschlange mit sich berührenden Rohrwindungen gebildete V/armetragerweg den die Strahlungszone bildenden Brennraum bis auf die einerends angeordnete Brennermündung und den anderends angeordneten Rauchgasauslass vollständig lückenlos umgibt und seinerseits von einem mit brennerseitigem Austritt versehenen, die Konyektionszone bildenden Rauchgasmantel umschlossen ist.
2. 2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einlagig um die Erhitzerachse (a) gewickelte RohrscLlange (8, 18) einen zylindrischen Hauptkörper (8a, 18a), eine nach oben konische Deckelpartie (8b, 18b) mit die Brennerdüse (7a, 17a) umgebendem Kragen und eine nach aussen konische Bodenpartie (8c, 18c) aufweist.
3. 3. Erhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange (8) mehrgängig und somit aus mehreren parallelgeschalteten und gleichlangen Rohrsträngen (13a, 13b, 13c) gleichen Durchflusswiderstandes gebildet ist, deren eintritt- und austrittseitige Enden je in einen Kollektor (14 bezw. 15) münden, wobei der eintrittseitige Kollektor (14) im unter der Bodenpartie (8c) der Rohrschlange (8) liegenden Rauchgasverteilraum (10) und der austrittseitige Kollektor (15) im über der Deckelpartie (8b) der Rohrschlange liegenden Rauchgassammler (6) angeordnet ist.

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4. 4. Erhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasauslass durch eine der Brennerdüse (7a) koaxial gegenüberliegende Mittelöffnung (9) der Bodenpartie (8c) der Rohrschlange (8) gebildet ist.
5. 5. Erhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasauslass unmittelbar über der Bodenpartie (18c) der Rohrschlange (18) durch einen Ringspalt (19) zwischen "benachbarten Windungen des Hauptkörpers (18a) gebildet ist.
6. 6. Erhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Begrenzungswand des Rauchgasmantels (25) direkt durch den Isoliermantel des Erhitzers gebildet ist, wobei eine zentrale Mittelöffnung (19a) der auf einem konischen Isoliefrboden (25a) liegenden konischen Bodenpartie (18c) der Rohrschlange (18) durch ein Isolierstück (25b) abgeschlossen ist.
7. 7. Erhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasmantel (5) von einem Luftmantel (3) umschlossen ist, wobei die über dem Rauchgassammler (6) liegende Partie (3a) des Luftmantel (3) mit den Luftzuführorganen des Brenners (7) in Verbindung steht.
8. 8. Erhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange (8) mit unten liegendem RauchgasauslasB (9) stehend angeordnet ist.
9. 9. Erhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange (8) liegend angeordnet ist.

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