DE2413381A1

DE2413381A1 - Heater tube for heat exchanger - contains flow equalising insert to promote local turbulence and increased heat transfer

Info

Publication number: DE2413381A1
Application number: DE2413381A
Authority: DE
Inventors: Theodor Dr Ing Schmidt
Original assignee: Ludwig-Ofag-Indugas Ind GmbH
Current assignee: Ludwig-Ofag-Indugas Ind GmbH
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1975-10-02

Abstract

The tube forms part of a gas to gas or gas to liquid heat exchanger with the heating medium flowing through the tube. It can be used on its own or form part of a tube nest of identical or similar tubes. It consists of a circular metal tube with a clear passage inside for gas to flow through. Within this passage is placed a spirally wound sheet of metal gauze or wire mesh. The local turbulence promoted at each hole transfers to the main gas stream and raises the coefficient of heat transmission. Alternatively the insert can take the form of a series of discs of wire gauze perpendicular to the axis of the tube spaced along the axis.

Description

Strahlrohr Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlrohr mit in einem Strömungskanal strömenden Wärmeträgergas und den Strömungskanal umgebendem Strahlrohrmantel. - Bei einem solchen Strahlrohr mag das Wärmeträgergas als Heizgas durch einen zugeordneten oder sogar mit dem Strahlrohr integrierten Brenner erzeugt sein oder auch aus gleichsam fremder Quelle stammen (Abgas). Das Wärmeträgergas kann auch ein Kühlgas sein. Ein solches Strahlrohr dient im allgemeinen der Aufheizung eines umgebenden, zumeist strömenden Mediums, z.B. der Aufheizung eines Gases, wobei der Wärmeübergang auf das umgebende Medium eben durch Strahlung und außerdem durch Konvektion erfolgt. Jet pipe The invention relates to a jet pipe with in one Flow channel flowing heat carrier gas and the flow channel surrounding the radiant tube jacket. - With such a radiant tube, the heat carrier gas may be assigned as heating gas by an assigned one or even be produced with the burner integrated with the radiant tube, or from as it were come from a foreign source (exhaust gas). The heat carrier gas can also be a cooling gas. A Such a radiant tube is generally used to heat the surrounding, mostly flowing medium, e.g. the heating of a gas, whereby the heat transfer occurs the surrounding medium by radiation and also by convection he follows.

Zumeist werden mehrere Strahlrohre zu einem Register zusammengefaßt. Ein solches Strahlrohr kann aber auch dazu dienen, beispielsweise ein Bett aus durch ein Trägergas fluidisierten, festen Wärmeträgern aufzuheizen (oder zu kühlen), in welches es eingetaucht wird.Usually several jet pipes are combined into one register. Such a jet pipe can also be used, for example, through a bed to heat (or cool) a carrier gas fluidized, solid heat carriers, in which it is immersed.

Bei den bekannten Strahlrohren der beschriebenen Gattung und Zweckbestimmung befinden sich im Strömungskanal keinerlei Einbauten. Ihr Wirkungsgrad ist verbesserungsbedürftig. Diese Verbesserung ist Aufgabe der Erfindung.In the known jet pipes of the type and purpose described there are no built-in components in the flow channel. Their efficiency is in need of improvement. This improvement is the object of the invention.

Die Erfindung betrifft ein Strahlrohr mit in einem Strömungskanal strömenden Wärmeträgergas und den Strömungskanal umgebendem Strahlrohrmantel. Die Erfindung besteht darin, daS im Strömungskanal ein Strömungsgleichrichter aus einem oder aus mehreren Drahtnetzen oder dergleichen angeordnet ist. -Unter "dergleichen" sind z.B. Siebplatten, Lochplatten oder-Lochbänder zu verstehen. - Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß bei Ausrüstung eines Strahlrohres in der angegebenen Weise mit einem Strömungsgleichrichter des beschriebenen Aufbaus der Wirkungsgrad des Strahlrohres beachtlich verbessert wird. Das gilt sowohl dann, wenn - ohne den Einbau des Strömungsgleichrichters - das Wärmeträgergas im Strahlrohr laminar strömt, als auch dann, wenn es turbulent strömt. Dabei werden die erfindungsgemäßen Strahlrohre im übrigen nach der herrschenden Baulehre gestaltet. Für diese gilt (vgl. Schack, Der industrielle WärmeUbergang, Düsseldorf 1962> S. 65)> daß der Wärmeübergang und im Ergebnis der Wirkungsgrad um so besser sind, je kräftiger die Strömung durchwirbelt ist, - beruhigte Strömungen gelten als für den Wärmeübergang nachteilig. Daraus ist an sich abzuleiten, daß die Anordnung eines Strömungsgleichrichters in einem Strahlrohr nachteilig ist, denn ein Strömungsgleichrichter wirkt beruhigend. Diese herrschende Baulehre übersieht jedoch, daß an einem Drahtnetz oder dergleichen ein Spektrum gleichsam mikroskopischer, isotroper Turbulenz entsteht, die sich der makroskopischen Strömung des Wärmeträgergases,mag diese laminar oder turbulent sein, überlagert und den Wärmeübergangdurch Konvektion im Strahlrohr selbst verbessert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgergases wird nach bev<rzugter Ausführungsform der Erfindung und zum Zwecke der Optimierung zweckmäßigerweise so gewählt, daß dieses Spektrum mikroskopischer isotroper Turbulenz über den Querschnitt und über die wirksame, d.h. am Wärmeübergang teilnehmende Länge des Strahlrohres, weitgehend homogen ist. Entsprechend sind auch die Drahtnetze oder dergleichen anzuordnen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades beruht aber nicht nur auf dieser Erzeugung mikroskopischer isotroper und vorzugsweise homogener Turbulenz.The invention relates to a jet pipe with in a flow channel flowing heat carrier gas and the radiant tube jacket surrounding the flow channel. the The invention consists in the fact that a flow straightener consists of one in the flow channel or is arranged from a plurality of wire nets or the like. -Under "the like" are e.g. sieve plates, perforated plates or perforated belts. - The invention is based on the surprising finding that when equipping a jet pipe in the specified manner with a flow straightener of the structure described the efficiency of the jet pipe is considerably improved. This applies both to if - without the installation of the flow straightener - the heat transfer gas in the radiant tube laminar flows as well as when there is turbulent flow. The invention Nozzles designed in the rest of the prevailing building theory. For this applies (cf. Schack, Der industrial heat transfer, Düsseldorf 1962> p. 65)> that the heat transfer and, as a result, the The better the efficiency are, the stronger the current is whirled through, - calm currents apply as disadvantageous for the heat transfer. From this it can be inferred that the arrangement a flow straightener in a jet pipe is disadvantageous, because a flow straightener has a calming effect. However, this prevailing building theory overlooks the fact that a wire network or the like creates a spectrum of microscopic, isotropic turbulence, which is the macroscopic flow of the heat carrier gas, this may or laminar be turbulent, superimposed and the heat transfer by convection in the radiant tube itself improved. The flow rate of the heat transfer gas is preferred Embodiment of the invention and for the purpose of optimization expediently so chosen that this spectrum microscopic isotropic turbulence over the cross-section and over the effective length of the radiant tube, i.e. the length that participates in the heat transfer, is largely homogeneous. The wire nets or the like are to be arranged accordingly. The improvement in efficiency is not only based on this microscopic generation isotropic and preferably homogeneous turbulence.

Hinzu kommt, daß der Strömungsgleichrichter stets praktisch die Temperatur des Wärmeträgers aufweist und mit dieser Temperatur am Wärmeübergang durch Strahlung auf den Strahlrohrmantel teilnimmt. In dem Strom des Wärmeträgergases ist so gleichsam ein stationärer Wärmestrahler wirksam, der zum Wirkungsgrad erheblich beiträgt.In addition, the flow straightener is always practically the temperature of the heat carrier and with this temperature at the heat transfer through radiation participates on the nozzle jacket. In the flow of the heat carrier gas is so as it were a stationary radiant heater, which contributes significantly to the efficiency.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. So kann der Strömungsgleichrichter eine oder mehrere schraubenwendelförmig geformte Drahtnetzflächen aufweisen. Man kann aber auch mit mehreren, hintereinander angeordneten, scheibenförmigen Drahtnetzflächen arbeiten.In particular, there are several possibilities within the scope of the invention. So the flow straightener can one or several helically shaped have shaped wire mesh surfaces. But you can also do several, one after the other arranged, disc-shaped wire mesh surfaces work.

Ein anderer Vorschlag der Erfindung besteht darin, den Strömungsgleichrichter in Strömungsrichtung des Wärmeträgergases zu wellen. Im allgemeinen wird man mit einem Drahtnetz oder mit Drahtnetzen arbeiten, die aus im Wärmeträgergas korrosionsfesten Drähten aus austenitischem Stahl, Drahtdurchmesser zwischen 0,5 bis 7 mm, vorzugsweise zwischen 1 bis 2 mm, bestehen, welche im Webverband angeordnet sind. Webverband bezeichnet dabei Bindungen zwischen den Drähten, wie sie beim Weben üblich sind. Wirkverband bezeichnet Bindungen zwischen den Drähten, wie sie beim Wirken üblich sind. Die Maschenweite soll beispielsweise bei 2 bis 6 mm, vorzugsweise bei 3 mm liegen. Die für ein vorgegebenes Strahlrohr optimalen Verhältnisse findet man leicht durch Probieren. Im allgemeinen sind die optimalen Verhältnisse dadurch gekennzeichnet, daß in einer Projektion orthogonal zur Achse des Strahlrohres (und damit der Strömungsrichtung des Wärmeträgergases im Strahlrohr) sowie in Richtung des gewünschten Wärmeüberganges die quer zur Strömungsrichtung orientierten Drähte des Drahtnetzes bzw. der Drahtnetze eine geschlossene oder möglichst weitgehend geschlossene Fläche bilden, die Netzmaschen also verschwinden. Stets ist es vorteilhaft, dafür zu sorgen, daß der Strömungsgleichrichter in der Mehrzahl quer zur Strömungsrichtung orientierte Drähte aufweist. Handelt es sich um ein auch bezüglich der gewünschten Wärmeübertragung rotationssymmetrisches Strahlrohr, so wird man folglich im Rahmen der Ausführungsform mit gewelltem Strömungsgleichrichter mit einem harmonikabalgartig gestalteten Strömungsgleichrichter arbeiten. Das läßt sich insbesondere dann einfach verwirklichten, wenn der Strömungskanal für das Wärmeträgergas im Strahlrohr als Ringraum ausgeführt ist.Another proposal of the invention is the flow straightener to wave in the flow direction of the heat transfer gas. In general you will with a wire mesh or work with wire meshes that are corrosion-resistant in the heat carrier gas Austenitic steel wires, wire diameter between 0.5 and 7 mm, preferably between 1 and 2 mm, which are arranged in the woven bandage. Web association refers to bonds between the wires, as they are common in weaving. Knitted bandage describes bonds between the wires, as they are common in knitting are. The mesh size should, for example, be 2 to 6 mm, preferably 3 mm lie. The optimal conditions for a given jet pipe are easy to find by trying. In general, the optimal ratios are characterized by that in a projection orthogonal to the axis of the jet pipe (and thus the direction of flow of the heat transfer gas in the radiant tube) and in the direction of the desired heat transfer the wires of the wire mesh or wire meshes oriented transversely to the direction of flow form a closed or as largely closed area as possible, the net meshes so go away. It is always advantageous to ensure that the flow straightener has wires oriented in the majority transversely to the direction of flow. Acts it is also rotationally symmetrical with regard to the desired heat transfer Beam pipe, so one is consequently in the context of the Embodiment with corrugated flow straightener with a harmonica-shaped flow straightener work. This can be easily achieved in particular when the flow channel is designed as an annular space for the heat transfer gas in the radiant tube.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Strahlrohr der Wirkungsgrad wesentlich verbessert ist. Das ist einerseits überraschend, weil mit einem Strömungsgleichrichter gearbeitet wird, andererseits aber auch deshalb überraschend, weil durch den Einbau eines Strömungsgleichrichters des beschriebenen Aufbaus aus einem Drahtnetz oder aus mehreren Drahtnetzen der Druckverlust im Strahlrohr kaum vergrößert wird.The advantages achieved are to be seen in the fact that in an inventive Jet pipe the efficiency is significantly improved. On the one hand this is surprising because a flow straightener is used, but also because of this Surprising, because by installing a flow straightener of the described Structure from a wire mesh or from several wire meshes the pressure loss in the jet pipe is hardly enlarged.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.In the following the invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained in more detail.

Die Fig. la, lb; 2a, 2b; 7a, 3b zeigen stets Längsschnitte bzw. Querschnitte durch Strahlrohre der erfindungsgemäßen Gestaltung und Fig. 4 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 2b den Aufbau eines einzelnen Drahtnetzes.The Fig. La, lb; 2a, 2b; 7a, 3b always show longitudinal sections or cross sections by jet pipes of the design according to the invention and FIG. 4 shows an enlarged Detail from the object according to FIG. 2b shows the structure of a single wire network.

Die in den Figuren dargestellten Strahlrohre 1 besitzen stets einen Strömungskanal 2 für ein Wärmeträgergas und einen den Strömungskanal 2 umgebenden Strahlrohrmantel 7. Im Strömungskanal 2 befindet sich ein Strömungsgleichrichter 4 aus einem oder aus mehreren Drahtnetzen oder dergleichen.The jet pipes 1 shown in the figures always have one Flow channel 2 for a heat carrier gas and one surrounding the flow channel 2 Jet pipe jacket 7. In the flow channel 2 there is a flow straightener 4 from one or more wire nets or the like.

Bei der AusRührungsform nach Fig. 1 ist der Strömungsgleichrichter 4 aus schraubenwendelförmig geYormten Drahtnezflächen aufgebaut. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Strömungsgleichrichter 4 aus mehreren, hintereinander angeordneten, scheibenförmigen Drahtnetzflächen. Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich insbesondere für ein Strahlrohr 1 mit als Ringraum ausgeführtem Strömungskanal 2. Hier ist der Strömungsgleichrichter 4 in Strömungsrichtung des Wa'rmeträgergases gewellt. Es mag sich dabei um einen harmonikabalgartigen Strömungsgleichrichter 4 handeln. In allen Fällen-istl wie die Fig. 4 andeutet, der Strömungsgleichrichter 4 ein Drahtnetz oder aus mehreren Drahtnetzen auf aufgebaut, wobei das Drahtnetz aus im Wärmeträgergas korrosionsfesten Drten 5, O aus austenitischen Stählen, Drahtdurchmesser zwischen 0,5 bis 3 man vorzugsweise zwischen 1 bis 2 rnrn, besteht. Im Ausführungsbeispiel sind die Drähte 5, o im Webverband gezeichnet. Sie könnten auch im VJirkverband angeordnet sein. Die Strömungsrichtung des Wärmeträgerpases ist in den Figuren durch die Pfeile 7 angedeutet worden. - Urn die zur Erfindung gehörende Optimierung zu verdeutlichen, betrachte man den Strömunsgleichrichter aus Fig. 3a im Bereich A in Richtung des dort eingezeichneten Pfeiles B. Das ist eine Projektion orthogonal zur Achse 8 des Strahlrohres 1 und damit der Strömungsrichtung sowie in Richtung des gewünschten Wärmeüberganges bzw. encgegengesetzt dazu. Die Anordnung soll so getroffen sein, daß die einzelnen, quer zur Strömungsrichtung orientierten Drähte 5, oc dann gleichsam dicht an dicht liegen, die Netzmaschen also nicht mehr erkennbar sind.In the embodiment of Figure 1, the flow straightener is 4 constructed from helically shaped wire mesh surfaces. In the embodiment According to Fig. 2, the flow straightener 4 consists of several, one behind the other, disk-shaped wire mesh surfaces. The embodiment according to FIG. 3 is particularly suitable for a jet pipe 1 with a flow channel 2 designed as an annular space. Here is the The flow straightener 4 is corrugated in the direction of flow of the heat carrier gas. It this may be a harmonic-bellows flow straightener 4. In In all cases, as FIG. 4 indicates, the flow straightener 4 is a wire mesh or constructed from several wire nets, the wire netting consisting of the heat transfer gas Corrosion-resistant wires 5, O made of austenitic steels, wire diameter between 0.5 to 3 is preferably between 1 and 2 mm. In the exemplary embodiment the wires 5, o are drawn in the woven bandage. You could also join the VJirkverband be arranged. The flow direction of the heat transfer gas is through in the figures the arrows 7 have been indicated. - Urn the optimization belonging to the invention To clarify, consider the flow rectifier from FIG. 3a in area A. in the direction of the arrow B shown there. This is an orthogonal projection to the axis 8 of the jet pipe 1 and thus the direction of flow and in the direction of the desired heat transfer or opposite to it. The arrangement should be like this be taken that the individual, transverse to the direction of flow oriented wires 5, oc then as it were close together, so the net mesh is no longer recognizable are.

Claims

P a t e n t a n 5 p r, ü c h e

Radiant tube with heat carrier gas flowing in a flow channel and the jet pipe jacket surrounding the flow channel, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t that in the flow channel (2) a flow straightener (4) from one or is arranged from several wire nets or the like.

2. jet pipe according to claim 1, characterized in that the flow straightener (4) has one or more helically shaped wire mesh surfaces.

3. jet pipe according to claim 1, characterized in that the flow straightener (4) has several disc-shaped wire mesh surfaces arranged one behind the other.

4. jet pipe according to claim 1, characterized in that the flow straightener (4) is corrugated in the flow direction (7) of the Xrçärmeträgergases.

5. jet pipe according to claim 1, characterized in that the flow straightener (4) a wire mesh or several wire meshes made of corrosion-resistant in the heat transfer gas Wires (5,6) made of austenitic steel, wire diameter between 0.5 and 3 mm, preferably between 1 to 2 mm, which are arranged in the woven bandage or are.

L e r s e i t e