CH662644A5

CH662644A5 - Konstruktion zur verbesserung des waermeuebergangsfaktors von in rohren eines waermeaustauschers stroemenden viskosen fluessigkeiten.

Info

Publication number: CH662644A5
Application number: CH468/84A
Authority: CH
Inventors: Arpad Dr Dipl-Ing Bakay; Gyoergy Dipl-Ing Bergmann; Janos Dipl-Ing Bodas; Gabor Dipl-Ing Csaba; Laszlo Dr Dipl-Ing Forgo
Original assignee: Transelektro Magyar Villamossa
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-02-01
Publication date: 1987-10-15
Also published as: NL8400230A; GB2135439B; ZA84644B; DE3401606A1; DE8401350U1; FR2540234B1; BE898795A; HU187016B; GB2135439A; JPS59191893A; GB8402224D0; FR2540234A1; DE3401606C2

Description

Die Erfindung wird anhand vorteilhafter Ausführungsbei-35 spiele, mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Lenkele-40 ments,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Eine mögliche Form der Realisierung der Erfindung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Die Figur zeigt ein einziges Kühlrohr 45 1 des Wärmeaustauschers. Im Kühlrohr 1 sind Lenkelemente

2 in einer zur Längsachse des Kühlrohrs senkrechten Ebene, im Abstand hintereinander, auf einem Befestigungsdraht 3 befestigt. An beiden Enden des Rohrs 1 wird der Befestigungsdraht 3 durch Befestigungselemente 4 gehalten. Das so Lenkelement 2 lenkt das an den Rohrwand, in der laminären Grenzschicht strömende kalte Öl und das im Mittelteil des Rohres strömende warme Öl in Richtung der Pfeile, so dass das kältere Öl in Richtung des Rohrinneres und das wärmere Öl in Richtung der Rohrwand strömt. In der Fig. 1 ist der 55 Längsschnitt des mit zwei Kanälen ausgestalteten Lenkelements zu sehen.

Gemäss einer Variante, ist das Lenkelement 2 im nicht eingebauten Zustand ein wenig grösser, als der Innendurchmesser des Rohrs 1 und wird nach erfolgter Montage infolge 60 seiner Elastizität an die Wand des Rohrs 1 angepresst. Bei einer derartigen Lösung können der Befestigungsdraht 3 und das Befestigungselement 4 weggelassen werden.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführung des Lenkelements 2. Der aus dem Lenkring 5 gepresste Lenkkanal 6 lenkt die zwi-65 sehen die Wand des hier nicht dargestellten Rohrs 1 und den Lenkring 5 strömende Grenzschicht gegen den Mittelteil des Rohrs. Diese Lenktätigkeit wird auch von einem Sperr-Ring 7 gefördert, der gleichzeitig auch zur Anpassung an die Wand

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des Rohrs 1 dient. Zur Sicherung einer konzentrischen Anordnung ist eine Stütze 8 aus dem Material des Lenkringes 5 ausgestaltet.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeübergabe bringt die in der Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform mit sich. Hier führen die am im Rohre 1 angeordneten Befestigungsdraht 3 befestigten Lenkelemente 2 eine alternierende hin und hergehende Bewegung aus. Die Lenkelemente 2 können auch so in Bewegung gesetzt werden, indem der Befestigungsdraht 3 mit einem äusseren Bewegungsmechanismus periodisch bewegt wird.

Eine weitere Möglichkeit nach Fig. 3 besteht darin, dass der Strom des zu kühlenden Mediums eine Feder 9 spannt, die am Befestigungselement 4 und am Befestigungsdraht 3 befestigt ist und das Lenkelement 2 in Bewegung setzt. Durch das periodische, in kurzen Intervallen vorgenommene Abstellen der Strömung des zu kühlenden Mediums wird erreicht, dass die Feder 9 den Befestigungsdraht 3 zieht und damit die Lenkelemente 2 in die Grundstellung zurück 5 bringt. Auf diese Weise ziehen die Lenkelemente 2 die kontinuierlich dicker werdende Grenzschicht von der Wand des Rohrs 1 ab und zwingen diese in den mittleren Teil des Rohrquerschnitts, wodurch die Rohrwand für das wärmere Medium freigegeben wird. Das periodische Strömen des zu l» kühlenden Mediums kann durch eine beim Eintritt des Wärmeaustauschers angeordnete, elektrisch betätigte und elektronische gesteuerte Sperrvorrichtung oder jedwelche mechanische Konstruktion erreicht werden. Es ist auch eine Lösung möglich, bei der die Bewegung mit der Energie des is strömenden Mediums durchgeführt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Konstruktion zur Verbesserung des Wärmeübertragungsfaktors von in Rohren eines Wärmeaustauschers strömenden viskosen Flüssigkeiten, die Lenkelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkelemente (2) mit Lenkkanälen (6) versehen sind, die die an der Wand des Rohres (1) strömende Grenzschicht nach innen lenken und den inneren Raum des Rohrs ( 1 ) zur Rohrachse senkrecht in Abschnitte unterteilen.
2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkelemente (2) an einem zentralen Befestigungsdraht (3) angeordnet sind, der durch Befestigungselemente (4) im Rohr ( 1 ) befestigt ist.
3. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkelemente (2) an eine mit den Befestigungsdrähten (3) verbundene, zur Durchführung einer periodischen Bewegung geeignete Einrichtung angeschlossen sind.
4. Konstruktion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsdrähte (3) an eine Feder (9) angeschlossen sind und beim Rohreintritt eine, die periodische Strömung des Kühlmediums sicherstellende Einrichtung vorhanden ist.
5. Konstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung des periodischen Kühlmediumstromes eine, äussere Energie verwendende Sperrvorrichtung vorhanden ist.
6. Konstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung des periodischen Kühlmediumstromes eine von der Energie des strömenden Mediums betätigte Sperrvorrichtung vorhanden ist.

Die erfindungsgemässe Konstruktion dient zur Verbesserung des Wärmeübergangsfaktors von in Rohren eines Wärmeaustauschers strömenden, eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden, viskosen Flüssigkeiten wie z.B. Transformator- oder Lagerölen.

Es ist bekannt, dass die zum Schmieren und Kühlung der Lager von Dampfturbinen oder Gasturbinen dienenden Öle, die zwecks Entziehung der in den Lagern entstehenden mechanischen Verlustwärme in einem Ölkühler abgekühlt werden müssen, schlechte Wärmeleiter sind und in den Rohren des Wärmeaustauschers laminär strömen.

Infolge der obenerwähnten Eigenschaften ist der Wärmeübergangsfaktor der Öle niedrig, was mit der nachteiligen Folge verbunden ist, dass die Kühlung einen grossdimensio-nierten und kostaufwendigen Wärmeaustauscher beansprucht.

Der ungünstige Wärmeübergangsfaktor der laminär strömenden und einen schlechten Wärmeleitungsfaktor aufweisenden Öle kann damit erklärt werden, dass entlang der Rohroberfläche die abgekühlte, mit einer niedrigen Geschwindigkeit strömende Grenzschicht als eine Wärmeisolierschicht wirkt und die Wärmeströmung vom wärmeren Öl in Richtung der Rohrwand absperrt. Während das abgekühlte Öl mit einer niedrigen Geschwindigkeit entlang der Rohrwand vorwärts strömt, und somit eine dichtende Schicht an der Rohrwand bildet, strömt das warme Öl im Mittelteil des Rohrs und wird kaum abgekühlt. Wärme kann ausschliesslich durch Wärmeleitung strömen.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangsfaktors ist es üblich eine longitudinal angeordnete, innere Rippe zu verwenden. Damit wird erreicht, dass die Wärme in dem von den Rippen unterteilten Querschnitt einen kürzeren Weg zurücklegen muss, wodurch der Wärmewiderstand abnimmt. Hingegen besteht der Nachteil der Rippen darin, dass auf diese Weise der Widerstand, das Gewicht und dadurch die Produktionskosten sich erhöhen.

Zweck der Erfindung ist die obenerwähnten Nachteile mit einer Konstruktion zu eliminieren, die durch den laminären s Strom des Öls entstehende kältere Grenzschicht von der Rohrwand entfernt und gleichzeitig ermöglicht, dass anstelle dieses wärmeren Öls von der Mitte des Rohrs einströmt.

Diese Lösung wird mit einer Konstruktion gemäss Anspruch

1 erreicht.

io Gegenüber den bekannten Innenrippen weicht die vorgeschlagene Konstruktion wesentlich ab. Während die bekannten Innenrippen den Rohrraum in mit der Längsachse des Rohres parallel verlaufende oder annähernd parallele Kanäle unterteilen teilt die vorgeschlagene Konstruktion 15 den Rohrraum in zur Rohrachse senkrecht verlaufende Strecken auf, wobei die an der Rohrwand entstehende Grenzschicht der getrennten Abschnitte zu einem Wechsel mit dem in der Mitte des Rohr strömenden wärmeren Öl gezwungen wird. Auf diese Weise entstehen auch hier mit der Längsachse des Rohres parallel strömende Ölschichten. Zwischen diesen ist keine Trennfläche vorhanden, und während diese im Rohr vorwärts strömen, findet wiederholt ein Ortswechsel statt.

Eine wesentliche Eigenschaft der traditionellen Innen-25 rippen besteht darin, dass sie eine Fläche aufweisen, deren Grösse der Innenfläche des Rohres ähnlich ist.

Die Fläche der erfindungsgemässe Konstruktion ist dagegen wesentlich kleiner und spielt bei der Wärmeübergabe keine Rolle. Der Grundstoff der traditionellen Innen-30 rippen ist ein die Wärme gut leitendes Metall. Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemässen Konstruktion ist nicht wesentlich, sodass die Konstruktion sogar aus einem Kunststoff verfertigt werden kann.