CH274061A - Wärmeaustauscher. - Google Patents

Description

      Wärmeaustauseher.       Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf       Wärmeattstauseher.     



  Der Wärmeaustausch zwischen einem 'Me  dium und einer Wand findet hauptsächlich in  den Schichten statt, die der Wand benachbart  fliessen, während die der Wand entfernter  fliessenden Schichten an dem Wärmeaustausch  nur in kleinerem Ausmasse teilnehmen.  



  Auch bei turbulenter Strömung in Kanälen  besteht in den der Wand entfernter fliessenden  Schichten weniger Mischung der Teilehen als  am Rand.  



  Daher bestehen beim Austritt aus  einem     Wärmeaustattschkanal    Temperatur  unterschiede zwischen Schichten, die in un  mittelbarer Wandnähe geflossen sind, und  denjenigen Schichten, die weiter entfernt von  der Wand geflossen sind, wobei die Tempe  ratur der in Wandnähe fliessenden Schichten  sich stärker geändert hat     als    die Temperatur  der mittleren Schichten. Das zeigt. an, dass die  Temperaturdifferenz zwischen der in Wand  nähe fliessenden Schicht und der Wand, wel  che Differenz für den     Wärmefluss    zwischen  Medium und Wand massgeblich ist, am Aus  tritt des Kanals geringer ist als .die Tempe  raturdifferenz im Austrittsquerschnitt zwi  schen der Wand und der mittleren  Temperatur des Mediums.

   Der Wärme  austausch zwischen dieser wandnahen Schicht  und der Wand, dem die Erreichung  der     Querschnittsmitteltemperatur    beim Aus  tritt zu verdanken ist, ist somit kleiner als er    bei über den Austrittsquerschnitt konstanter       Mediumstemperatur    wäre.  



  Wenn man nun mit der Wärmeaustausch  wand wärmeleitend verbundene, über die  ganze Länge des     Kanals    sich erstreckende  Hilfswände anbringt, so wird, solange diese  Hilfswände einen gewissen Abstand vonein  ander haben, sieh die     obenbeschriebene    Er  scheinung wiederholen.    Ferner wirkt die Grenzschicht auf den  Wänden, besonders für tropfbare Flüssig  keiten, isolierend, und da mit zunehmender  Unterteilung der Kanäle die mittlere Dicke  dieser     Grenzschicht    über den Querschnitt  summiert zunimmt, kann bei näherem     Anein-          a.nderrücken    solcher Hilfswände der Wärme  fluss pro     Wandflächeneinheit    geringer wer  den.

   Der effektive Kanalquerschnitt wird  verengert, was grösseren Druckverlust be  wirkt.  



  Die Erfindung bezweckt, einen     Wärme-          austauscher    zu schaffen, bei dem ,der Wärme  fluss pro     Wandflächeneinheit    im Vergleich zu  bekannten Konstruktionen grösser .ist.  



  Gemäss dieser Erfindung ist der Wärme  austauscher, welcher in einem     Mediumstrom     an seiner     Wärmeaustauschwandung    in der       Flussrichtung    mindestens in einer Reihe an  geordnete     Wärmeaustauschhilfsflächen    auf  weist, dadurch gekennzeichnet, dass minde  stens zwei aufeinanderfolgende Hilfsflächen      der Reihe in .der     Flussrichtung    einen Abstand  zwischen der Endkante der einen und der An  fangskante ,der zweiten Hilfsfläche haben, dass       mindestens    zwei aufeinanderfolgende Hilfsflä  chen der Reihe .so angeordnet sind, dass sie in  der     Flussrichtung    gesehen mit keiner andern  Hilfsfläche der Reihe zur Deckung kommen,

    und dass mindestens eine dieser     I3ilfsfläehen     zwei in     Flussriehtung    verlaufende     Kanten     mit der Wandung des     Austauschers    ver  bunden hat.  



  Die Hilfsflächen können in     Flussrichtung     gesehen entweder parallel sein oder zuein  ander geneigt, oder sie können sich schneiden,  oder sie können auch verschiedene Formen  haben.  



  Weiterhin können die Hilfsflächen eben  oder auch in der     Flussriehtung    oder quer dazu,  z. B. wellenförmig, gekrümmt sein, und es kön  nen auch ebene und gekrümmte Hilfsflächen  in der gleichen Reihe vorgesehen sein.  



  Bei     kastenförmigen        Wärmeaustauschern     können die Hilfsflächen senkrecht oder par  allel zu den langen Seiten     des    Kastenquer  schnittes oder so angebracht, sein,     .dass    z. B.  aufeinanderfolgende Flächen senkrecht zuein  ander stehen, wobei zueinander parallele Flä  chen relativ zueinander über den     Flussquer-          schnitt    versetzt sind.  



  Die Zeichnungen betreffen Ausführungs  beispiele des Erfindungsgegenstandes.  



       Fig.    1 ist ein Grundriss einer ersten Aus  führung.     -          Fig.    2 ist ein Schnitt nach Linie     II-II     von     Fig.    1.  



       Fig.    3 ist ein Schnitt nach der Linie       III-III    von     Fig.    1.  



       Fig.    4     ist    ein Grundriss einer zweiten       Ausführung.     



       Fig.    5 ist ein Schnitt nach .der Linie     V-V     der     Fig.    4.  



       Fig.    6 ist. ein Schnitt nach der Linie       VI-VI    der     Fig.    4.  



       Fig.    7     ist    ein Schnitt nach Linie     VII-VII     der     Fig.    4.  



       Fig.    8 ist ein Längsschnitt, durch eine  dritte Ausführung.  



       Fig.    9 ist ein Querschnitt zu     Fig.    B.    In dem Beispiel nach     Fig.    1-3 besitzt  der     Wärmeaustauseher    geschlossene Gehäuse  1, welche zwei     gegenüberliegende        Wandungs-          teile    la und     1b    aufweisen, mit denen die Plat  ten 2, die jeweils in vier Reihen     #enkrecht    zur  Längsachse des Kanalquerschnittes angeord  net sind, verbunden sind.

   Diese Platten 2 sind  jeweils von relativ kleiner Länge verglichen  mit den     Wandungst.cilen    la und     1b.    Sie sind  so gestaffelt, dass in der     Flussriehtung    (siehe  Pfeil. 3) gesehen, keine zwei Platten der glei  chen Reihe zur Deckung miteinander kommen.  



  In der     Flussriehtung    des im Gehäuse flie  ssenden     Mediums    ist jeweils zwischen der  Hinterkante einer Platte und der Vorder  kante der     darauffolgenden    Platte     derselben     Reihe ein Abstand 4 vorgesehen, so     dass        Lük-          ken    gebildet sind, welche sich bei allen Reihen  auf gleicher Höhe befinden.  



  Ein zweites am     Wärmeaustauseh    teilneh  mendes     :Medium.    fliesst im Querstrom um die  Gehäuse 1 des     Wärmeaustausehers.     



  Nach     Fig.    4 bis 7 besitzt der Wärmeaus  tauscher Gehäuse 1. mit     Wa.ndungsteilen    la  und 1b. Die Platten 10 laufen hier parallel zu  den     Wandungsteilen    la und 1b und sind in  vier Reihen angeordnet. Sie sind     mittels    Ver  bindungswänden     11a    bzw.     11b,    die sich in der       Flussriehtung    und rechtwinklig zu den     Wan-          dungsteilen    la und 1b erstrecken, jeweils an  einem     Wa.ndungsteil    la     bzw.        1b    befestigt.

   Die       Verbindungswände        lla    bzw.     llb    für die  Platten 10 einer Reihe sind voll verschiedener  Länge, wodurch die Platten 10 über den Quer  schnitt gestaffelt werden, so dass in der     Fluss-          richtungdes    im Gehäuse fliessenden Mediums  gesehen die Platten derselben Reihe sich nichts  decken,  Die     Befestigungswände    11b sind mit den       Wan.dungsteilen        lb    und die Befestigungs  wände     lla    mit den gegenüberliegenden     Wan-          dungsteilen        1a    verbunden,

   um die Wärme ab- 9       wechselnd    beiden gegenüberliegenden     Wan-          dungsteilen    zuzuführen.  



  In der     Flussriehtung    ist jeweils zwischen  der Hinterkante einer Platte und der Vorder  kante der nächsten Platte jeder Reihe eine 9  Lücke vorhanden. Diese Lücken sind für alle      Reihen auf derselben Höhe und erstrecken  sich auch über die Verbindungswände     11a          und    11b. Die verschiedenen Reihen sind durch  Wände 12 getrennt, die sich über die gesamte  Länge des     Austauschers    erstrecken. Die     Lük-          ken    könnten sich auch über die Wände 12  erstrecken.  



  Ein zweites Medium umfliesst aussen die  Gehäuse 1.  



  Das erste Beispiel hat gegenüber     dein     zweiten den Vorteil, dass jede     Platte    mit den  beiden     Wandungsteilen        1a    und     1b    direkt ver  bunden ist, so dass der     Wärmefluss    zu oder  von den     Wandungsteilen    la und 1b auf dem  kürzesten Wege stattfindet. Dabei dienen die  Platten selbst zur Versteifung der Gehäuse.  



  Statt Platten könnten auch gewellte oder  gebogene     Wärmeaustauschhilfswände    vorge  sehen sein, um Schäden durch Wärmedeh  nung zu vermeiden.  



  Nach     Fig.    8 und 9 besitzt der     Wärmeaus-          tauscher    als Wandung zwei gleichachsige Röh  ren 20 und 21. In dem kreisringförmigen  Raume 22 zwischen den Röhren sind vier Rei  hen von Platten 23 radial angebracht, die die       Röhren    20 und 21 verbinden und deren Länge .  in der     Flussrichtung    klein ist verglichen mit  der der Röhren. Die Platten jeder Reihe lie  gen jeweils in verschiedenen     Radialebenen.     



  Jeweils zwischen der Hinterkante der  einen Wand und der Vorderkante der fol  genden Wand bestehen Lücken 24, die sich  bei allen Reihen auf gleicher Höhe befinden.  



  Das eine am. Wärmeaustausch teilneh  mende Medium fliesst durch den kreisringför  migen Raum 22 und das zweite Medium so  wohl durch die Röhre 21 als auch um die  Röhre 20. Es könnten auch zwei verschiedene       Medien    durch die Röhre 21 bzw.     um    die  Röhre 20 fliessen.  



  Bei den beschriebenen     Wärmeaustauschern     wird das Medium über den ganzen     Strö-          mungsquersehnitt    gleichmässiger am     Wärme-          austausch    teilnehmen als bei bekannten       Wärmeaustausehern,    so dass der     Wärmefluss     pro Flächeneinheit der Gehäusewandung grö  sser ist, was eine     Ersparnis    an Wandober-         fläche    und somit Gewicht des     Austauschers     für eine gewünschte Leistung bedeutet.  



  Da die     Wärmeaustauschhilfswände    in  Strömungsrichtung relativ kurz sind und  Lücken zwischen     a.ufeinanderfolgenden    Hilfs  wänden vorgesehen sind, kann die Bildung  von stationären, wärmeisolierenden     Grenz-          schichten    von der bei längeren Wänden vor  kommenden Dicke verhindert werden.  



  Dadurch, dass die     Lüeken        zwischen    den  einzelnen Hilfsflächen bei allen Reihen über  den ganzen Querschnitt jeweils auf der Blei  ehen Höhe liegen, können sich die an den  Hinterkanten der Hilfswände     entstehenden     Wirbel über den ganzen Querschnitt ausbrei  ten und auf diese Weise eine für den  Wärmeaustausch nützliche Mischung der  Teilchen hervorbringen.  



  Weil die Wärmeleitfähigkeit von Metall  viel grösser ist als die von Flüssigkeiten, wird  die Wandtemperatur des     Gehäuses    in einem  gewissen Bereich um die Berührungsstellen  der Hilfswände herum durch die Hilfswände  beeinflusst.  



  Die Fläche, auf der sich jeweils die me  tallische Leitung einer Hilfswand bemerkbar  macht, kann als     Wirksamkeitsfläche    der Hilfs  wand bezeichnet werden.  



  Die Lücken zwischen den verschiedenen  Hilfswänden können nun so gewählt werden,  dass die     Wirksamkeitsflächen    verschiedener       Hilfswände    einander nicht überlappen, so dass  diese Wände maimal wirksam sind.  



  Durch Verkleinerung des Verhältnisses  von benetztem Umfang zur     Quersehnittsfläche     können die Druckverluste gegenüber bekann  ten     Austauschern    herabgesetzt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Wärmeaustauscher, welcher in einem Me- diumstrom an seiner Wärmeaustauschwan- dung in der Flussrichtung mindestens in einer Reihe angeordnete Wärmeaustausch hilfsflächen aufweist, dadurch gekennzeich net, dass mindestens zwei aufeinanderfol gende Hilfsflächen der Reihe in der Fluss- richtung einen Abstand zwischen der End kante der einen und der Anfangskante der zweiten Hilfsfläche haben, dass mindestens zwei aufeinanderfolgende Hilfsflächen der Reihe so angeordnet sind,

   dass sie in der Flussrichtung gesehen mit. keiner andern Hilfsfläche der Reihe zur Deckung kommen, und dass mindestens eine dieser Hilfsflächen zwei in Flussriehtung verlaufende Kanten mit der Wandung des Austauschers wärmeleitend verbunden hat. UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmeaustauschernach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaus tauschhilfsflächen gekrümmt sind.

   2. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei aufeinanderfolgende Hilfsflächen der Reihe in der Flussrichtung gesehen verschiedene Formen haben.

   3. Wärmeaustauschernach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflächen in mehreren Reihen rechtwinklig zur Wan dung des Wärmeaustauschers angeordnet sind und einander gegenüberliegende, par allele Wandungsteile desselben verbinden, dass ferner alle Hilfsflächen einer Reihe par allel angeordnet und so gestaffelt sind, dass in der Flussrichtung gesehen keine Hilfs-. Fläche mit einer andern der gleichen Reihe zur Deckung kommt.,

   und dass bei allen auf eina.nderfolgenden Hilfsflächen einer jeden Reihe in der Phissrichtung eine Lücke zwi- sehen der Endkante der einen und der An fangskante der folgenden Hilfsfläche vorhan den ist, welche Lücken sich bei allen Reihen auf gleicher Höhe befinden.

   4. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflächen in mehreren Reihen rechtwinklig zur Wan dung des Wärmea.ustauschers angeordnet sind und einander gegenüberliegende, von zwei zylindrischen Rohren gebildete Wan- dungsteile des letzteren verbinden, die einen im Querschnitt ringförmigen Kanal für ein Medium bilden, dass ferner die FIilfsflächen der einen Reihe so gestaffelt und zueinander angeordnet sind, dass in der Flussrichtung gesehen keine Hilfsfläche mit einer andern zur Deckung kommt,

   und dass bei allen auf einanderfolgenden Hilfsflächen einer jeden Reihe in der Flussrichtung eine Lücke zwi schen der Endkante der einen und der An fangskante der folgenden Hilfsfläche vor handen ist, welche Lücken sich bei allen Rei hen auf gleicher Höhe befinden.

   5. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs- fläehen in mehreren Reihen parallel zuein ander gegenüberliegenden Wandungsteilen des Wärmeaustauschers angeordnet sind, dass die Hilfsflächen der einen Reihe so gestaffelt zu einander angeordnet sind, dass in der Fluss- richtung gesehen keine Hilfsfläche mit einer andern zur Deckung kommt,

   dass ferner bei allen aufeinanderfolgenden Hilfsflächen der einen Reihe in der Flussrichtung eine Lücke zwischen der Endkante der einen und der Anfangskante der folgenden Hilfsfläche vor handen ist, und dass zwei in Plussrichtung verlaufende Kanten jeder Hilfsfläche durch Verbindungswände jeweils mit einem Wan- dungsteil des Wärmea.ustauschers verbunden sind, wobei diese Verbindungswände sich in Flussrichtung und rechtwinklig zum erwähn ten Wandungsteil erstrecken.