-
Dampferzeuger mit engem Raum Den Gegenstand der Erfindung bildet eine
Vorrichtung zur Erzeugung gespannten Dampfes mit engem Raum.
-
Der Grundgedanke des Erfindungsvorschlages bestellt darin, daß die
Verdampfung in stehenden, druckfesten Rohren ausgeführt wird, die auf der 11eizgasseite
mit zahlreichen, in den Ileizgasstrom hineinragenden Vorsprüngen versehen sind.
Dadurch gelingt es, den Wärmeübergang zwischen Heizgas und Rohrwandung wesentlich
zu verbessern und dadurch die Verdampfungsleistung erlieblich zu steigern. -Man
kann infolgedessen mit einer verhältnismäßig kleinen Anlage große Dampfineiigen
erzeugen, so daß die neue Kesselform-sich insbesondere zum Betrieb von Fahrzeugen
und für ortsbewegliche Dampferzeugungsanlagen eignet. Ferner kommt sie in allen
Fällen in Betracht, in denen nur beschränkter Raum für die Aufstellung einer Dainpferzeugungsanlage
zur Verfügung steht.
-
In der Zeichnung ist in Fig. i eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß
ausgestalteten Dampferzeugungsanlage beispielsweise dargestellt.
-
Es bezeichnet das Bezugszeichen i ein senkrecht stellendes oder steil
aufgerichtetes, druckfestes Rohr, z. B. ein Stahlrohr, in das die zur Verdampfung
kommende Flüssigkeit, z. B. Wasser, durch das Rohr 2 zugeführt wird. Der untere
Teil 3 des Rohres ist während des Betriebes mit Wasser und Dampf-Wasser-Gemisch
gefüllt, im oberen Teil befindet sich Dampf. Der gebildete Dampf wird durch die
Leitung 5 abgeführt und z. B. in einen Überhitzer geleitet. Bei entsprechender Bemessung
der Rohrlänge kaini der obere Teil des Rohres zur Überhitzung des Dampfes dienen.
Auf
der Außenseite ist das Rohr i mit Vorsprüngen 6 versehen, die in den nach außen
durch den Mantel 7 mit Schamotteausfütterung 7a abgeschlossenen Ringraum 8 hineinragen.
Durch diesen Mantelraum werden Feuergase oder Abgase, z. B. Dieselabgaseod.dgl.,
geführt. Beim Hindurchflieißen durch die von den Vorsprüngen 6 gebildeten Kanäle
kommen die Feuergase in ständigem Wechsel in und außer Berührung mit den Vorsprüngen.
Dadurch wird der Wärmeübergang erheblich verbessert. Die den Heizraum verlassenden
Gase werden z. B. durch einen Schornstein oder Ventilator bei g abgeführt. Auch
können sie zur Überhitzung des Sattdampfes oder zur Vorwärmung des zugeführten Wassers
Verwendung finden.
-
Zur Zuführung des Wassers dient eine nicht dargestellte Speisepumpe,
von der aus das Wasser in den Stutzen io gepumpt wird. Der Wasserstand im Verdampfer
kann mit Hilfe eines Anzeigerohres 13 kontrolliert werden.
-
Das Mantelrohr 7 kann gegebenenfalls mit einer äußeren Isolation versehen
werden.
-
Beachtlich ist die Ausbildung des Überganges zwischen dem Vorwärmeteil
der Verdampfungsrohre und dem Verdampfungsteil.
-
Das Rohr 15 trägt oben einen konischen Übergangsstutzen 16 aus Stahlguß.
In diesen Stutzen sind die druckfesten Verdampferrohre i eingeschraubt oder eingewalzt.
Die Rohre i sind außen mit den hier nicht dargestellten Vorsprüngen versehen. Die
Heizgase strömen z. B. von oben nach unten in Richtung des Pfeiles 18 an den Rohren
i und den Vorwärmerohren 15 entlang. Die Rohre 15 brauchen nicht unbedingt senkrecht
zu stehen; sie können z. B. auch schlangenförmig oder spiralförmig ausgebildet sein.
-
Soll andernfalls der Ekonomiserteil der Dampferzeugungsanlage teilweise
oder ganz im Verdampferrohr i untergebracht werden, so empfiehlt .es sich, den Durchflußquerschnitt
im unteren Teil der Verdampferrohre i zu verengen, um die Durchflußgeschwindigke.it
des Speisewassers zu erhöhen. Eine zu geringe Geschwindigkeit des Speisewassers
im Ekonomiserteil hat die Bildung von Dampfblasen zur Folge, welche den Wärmeübergang
verschlechtern. Um hier eine Erhöhung der Wassergeschwindigkeit, z. B. bis zu :2
m/Sek. zu erreichen, wird im Innern der Verdampferrohre i ein Einengungskörper,
z. B. in Rohrform ig, untergebracht, der an den mit Gewinde versehenen Rippen :2o
des konischen Stutzens 16 festgeschraubt ist. Am äußeren Umfang des Einengungsrohres
bleiben enge Durchflußquerschnitte für das Speisewasser frei, das mit verhältnismäßig
großer Geschwindigkeit dampfblasenfrei in Pfeilrichtung 21 durch den Ekonomiserteil
strömt.
-
Zwischen dem oberen Dampfsammler 22 und dem unteren Wassersammler
23 ist das nicht beheizte Rücklaufrohr i i untergebracht. Dasselbe dient zur Rückführung
mitgerissenen Wassers. Zur besseren Abscheidung dieses Wassers wird zwischen dem
oberen Dampfsammler 22 und dem Dampfzuführungsrohr 5 ein Wasserabscheider 24 angeordnet.
Die Verdampferrohre i sind, verglichen mit den hei den bisher üblichen Steilrohrkesseln
verwendeten Siederohren, sehr kurz. Es können beliebig viele derartige Rohre zu
einer Verdampferbatterie vereinigt und z. B. je nach der gewünschten Leistung in
Gruppen geschaltet werden.
-
Die einzelnen mit äußeren Vorsprüngen versehenen Rohre einer solchen
Batterie brauchen gegebenenfalls nicht jedes für sich ummantelt zu sein. Es können
vielmehr die ganze Batterie oder einzelne Gruppen der Batterie mit einem gemeinsamen
Außenmantel versehen zu sein, dessen Hohlraum von den Heizgasen durchflossen wird.
Die Heizgase können im Gegenstrom oder im Gleichstrom zu dem Wasser oder zu dem
abgeführten Dampf geleitet werden. Im allgemeinen bietet die Führung im Gegenstrom
die bessere Möglichkeit zur Ausnutzung der Heizwärme. Es kann das Heizgas, Besonders
bei Anordnung einer Rohrbatterie, aber auch im Kreuzstrom, also quer zu den Rohrachsen,
geführt werden.
-
Die Vorsprünge 6 können z. B. aus kammförmig oder sternförmig ausgestanzten
Blechen gebildet oder auch in Form gegossener Stern- oder Kammringe hergestellt
werden. Sie werden zweckmäßig in möglichst guten Wärmekontakt mit dem Rohr gebracht,
z. B. durch Verschweißen oder Galvanisieren oder durch Aufziehen in erwärmtem Zustand.
Sie können in Abständen oder auch mit versetzten Vorsprüngen dicht übereinander
geschichtet angeordnet werden, so daß' je zwei übereinanderliegende Reihen der Vorsprünge
Strömungskanäle für die hindurchfließenden Gase bilden.
-
Von besonderer Bedeutung sind die Abmessungen der Vorsprünge. Es hat
sich gezeigt, daß der Wärmeübergang zwischen den auf der Außenseite der Rohre fließenden
Gasen und der Rohrwandung wesentlich verbessert wird, wenn man die Länge der Vorsprünge,
in Strömungsrichtung gemessen, kleiner als 40 mm macht. Es ergibt sich -dann. beim
Hindurchströmen der Gase ein ständiger Wechsel -zwischen Berührung der Gase mit
den Vorsprüngen und einer Unterbrechung dieser Berührung. Dieser Wechsel verursacht
eine lebhafte Turbulenz und führt so zu der erwähnten Verbesserung des Wärmeübergangs.
Die Höhe der Vorsprünge- über der Rohrwand wird zweckmäßig geringer als 5o mm gehalten.
Eine längere Ausbildung der Vorsprünge bringt keine wesentliche Verbesserung des
Wärmeübergangs, während andererseits der Durchströmungsraum für die Heizgase unnötig
vergrößert wird.
-
Die beschriebene Ausführungsform eines Dampferzeugers kann mannigfach
im Rahmen der wesentlichen Gedanken abgeändert und ausgestaltet werden.
-
So ergeben sich z. B. besonders raumsparende Formen von Dampferzeugern,
wenn man .die senkrecht oder steil angeordneten Verdampferrohre gleichzeitig zur
Vorwärmung des Speisewassers wie auch zur Überhitzung des gebildeten Dampfes benutzt.
Die drei Phasen der Vorwärmung, der Verdampfung und der Überhitzung sind dann in
einem
solchen Steilrohrelement oder dementsprechend in einer Steilrohrbatterie
vereinigt. Auch eine etwaige Vorwärmevorrichtung für die Verbrennungsluft kann z.
B. unmittelbar über oder unter den Steilrohren angeordnet und mit den aus dem Heizraum
des Dampferzeugers abströmenden Rauchgasen betrieben werden. Der vorgeschlagene
Dampferzeuger ist in außerordentlich kleine Wasserräume unterteilt. Bei solchen
kleinen Räumen ist ein einmaliger Durchfluß des Wassers vom Vorwärmer bis zum Überhitzer
mit kontinuierlich aufsteigender Temperatur und entsprechender Zustandsänderung
angezeigt. Die Anwendung solcher kleinen Rohre von verhältnismäßig geringer Länge
hat wiederum den besonderen Vorteil, daß solche Rohre von kleinen Abmessungen sich
druckfester ausgestalten und raumsparend anordnen lassen, was wiederum für die Anwendung
des Dampferzeugers in beschränkten Räumen, Fahrzeugen usw. von Vorteil ist.
-
In der Praxis haben sich besonders solche Anordnungen bewährt, die
mit einmaligem Durchlauf des Wassers und Abführung des Dampfes mit relativ geringer
Geschwindigkeit von maximal etwa 30 m/Sek. arbeiten. Die Rohre erhalten in
diesem Fall eine Länge von etwa 2 m oder, wenn Vorwärmung und Überhitzung in den
gleichen Rohren vorgenommen werden, von etwa 3 bis q. m bei einem lichten Durchmesser
von etwa q.o bis i2o mm. Derartige Anordnungen haben erhebliche Vorteile vor den
bekannten Fahrzeugkesseln mit Rohrschlangen, da in den Rohrschlangen der erzeugteDampf
mit außerordentlich großer Geschwindigkeit sich durch die das Rohr erfüllende Wassermasse
hindurchquälen muß. Das dabei erzeugte Wasser-Dampf-Gemisch beansprucht einen verhältnismäßig
großen Raum, bevor trockener Dampf erzielt wird.
-
Die Länge der Dampfrohre im Dampfraum ist geringer bemessen als der
5ofache Durchmesser. Diese -!Maßnahme hat den Zweck, eine möglichst geringe Austrittsgeschwindigkeit
des gebildeten Dampfes aus dem Wasserspiegel der Nerdampferrohre zu erreichen und
eine zu starke Aufwallung und ein zu starkes Mitreißen von Wasser zu vermeiden.