DE1080127B

DE1080127B - Heat exchanger with swirling flow elements which, placed next to one another, delimit further flow channels

Info

Publication number: DE1080127B
Application number: DEW17270A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Roland Kemmetmueller
Original assignee: Waagner Biro AG
Current assignee: Waagner Biro AG
Priority date: 1955-05-26
Filing date: 1955-08-09
Publication date: 1960-04-21

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit innen von dem einen der Wärmetauschmittel drallförmig durchströmten Wärmetauscherelementen, die, nebeneinandergestellt, Räume zum Durchleiten des anderen im Gegen- oder Gleichstrom achsparallel 5 fließenden Wärmetauschmittels vollständig umgrenzen.The invention relates to a heat exchanger with the inside of one of the heat exchange means in a spiral shape flowed through heat exchanger elements, which, placed side by side, rooms for the passage of the completely circumscribe other heat exchange medium flowing parallel to the axis 5 in countercurrent or cocurrent.

Es sind bereits Wärmetauscher bekannt, bei denen zur Verbesserung des Wärmeaustausches das eine Medium durch Leitapparate oder Schraubenrippen in Drallströmung geführt wird. Rohre mit solchen Schraubenrippen oder Einbauten werden dabei nebeneinandergestellt, doch sind hierdurch entweder eine schlechte Raumausnutzung oder ein Gegeneinanderströmen sowie tote Winkel bedingt, was die Vorteile weitestgehend kompensiert. Da außerdem die Maß- J-5 nähme der Drallströmung nur bei einem Medium angewendet wurde, ist insbesondere, wenn das andere Medium auch gasförmig ist, der Wärmeübergang auf dieses schlecht, so daß auch diesbezüglich nichts gewonnen ist. Man hat auch versucht, durch Rippen, welche gegebenenfalls Durchbrechungen aufweisen, den Wärmeübergangskoeffizienten zu verbessern, was aber aufwändige Konstruktionen bedingt.There are already known heat exchangers in which the one to improve the heat exchange Medium is guided in swirl flow through diffusers or screw ribs. Pipes with such Screw ribs or fixtures are placed next to each other, but this is either one poor use of space or a flow against each other as well as blind spots causes what the advantages largely compensated. In addition, since the dimension J-5 would take the swirl flow only applied to one medium is especially when the other medium is also gaseous, the heat transfer on this bad, so that nothing is gained in this regard either. One has also tried, by ripping, which may have openings to improve the heat transfer coefficient, what but requires complex constructions.

Weiterhin sind kombinierte Wärmetauscher-Fliehkraftstaubabscheider bekannt, bei denen das staubhaltige Medium in Drallzellen strömt, wobei am unteren Ende der Staub durch Schlitze in eigene Staubsammelräume ausgetragen wird. Die Drallzellen werden außen vom anderen Medium umströmt und weisen am Außenumfang Rippen auf, um den Wärmeübergang auf dieses zu verbessern.There are also combined heat exchanger and centrifugal dust separators known, in which the dusty medium flows in swirl cells, with the lower End of the dust is discharged through slits in its own dust collection rooms. The swirl cells the other medium flows around them on the outside and have ribs on the outer circumference to facilitate the heat transfer to improve on this.

Gemäß der Erfindung soll nun ein besonders raumsparend gebauter Wärmetauscher mit gutem Wirkungsgrad dadurch geschaffen werden, daß auch in den Räumen zwischen den Wärmetauscherelementen eine Drallströmung herrscht und daß an sich bekannte Ableitmittel zum Ableiten der Grenzschicht des einen und/oder des anderen Wärmetauschmittels vorgesehen sind. ■ .According to the invention, a particularly space-saving heat exchanger with good efficiency is now intended are created in that also in the spaces between the heat exchanger elements a swirl flow prevails and that known discharge means for discharging the boundary layer of the one and / or the other heat exchange means are provided. ■.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind die Wärmetauscherelemente, im Grundriß gesehen, derart regelmäßig (z. B. quadratisch oder According to a further characteristic of the invention, the heat exchanger elements, seen in plan, are so regular (e.g. square or

gleichseitig dreieckig) ausgebildet, daß nach dem¹ Nebeneinanderstellen der Wärmetauscherelemente innerhalb und außerhalb dieser Elemente Räume von im wesentlichen gleichen Querschnitten gebildet sind.equilateral triangular) so that after the ¹ juxtaposition of the heat exchanger elements inside and outside these elements spaces are formed with essentially the same cross-sections.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einigen Ausführungsformen beispielsweise dargestellt. Die Figuren sind zum Teil schematisch gehalten.In the drawing, the subject matter of the invention is shown in some embodiments, for example. Some of the figures are kept schematic.

Fig. 1 und 2 zeigen in einander zugeordneten Rissen einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung;1 and 2 show, in mutually associated cracks, a heat exchanger according to the invention;

Fig. 3 und 4 veranschaulichen andere derartige Ausführungsbeispiele, jeweils im Grundriß gesehen; die Konstruktion gemäß den3 and 4 illustrate other such embodiments, each seen in plan; the construction according to the

Wärmetauscher mit drallförmigHeat exchanger with swirl shape

durchströmten Elementen,flowed through elements,

die, nebeneinandergestellt, weiterethose, juxtaposed, others

Durchströmkanäle umgrenzenDefine the flow channels

Anmelder:
Waagner-Biro Aktiengesellschaft, WienApplicant:
Waagner-Biro Aktiengesellschaft, Vienna

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Sctmeckenhofstr. 27Representative: Dipl.-Ing. H. Görtz, patent attorney,
Frankfurt / M., Sctmeckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom, 26. Mai 1955Claimed priority:
Austria dated May 26, 1955

Dipl.-Ing. Roland Kemmetmüller, Wien,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Roland Kemmetmüller, Vienna,
has been named as the inventor

Fig. 5 und 6 ist ähnlich gehalten wie die nach den Fig. 1 und 2.FIGS. 5 and 6 are similar to those according to FIGS. 1 and 2.

Wie man aus den Figuren der Zeichnung ersieht, weist der Wärmetauscher durchweg Wärmetauscherelemente 1 auf, die, nebeneinandergestellt, Räume 2 zum Durchleiten des anderen im Gegen- oder Gleichstrom fließenden Wärmetauschmittels umgrenzen. Bei der Ausführung nachdenFig. 1 bis 4 und 5 sind die von den Wärmetauscherelementen 1 umgrenzten Räume 2 von einer Drallströmung durchlaufen. Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß die Wärmetauscherelemente I₁ im Grundriß gesehen, derart regelmäßig, nämlich quadratisch ausgebildet sind, daß nach dem Nebeneinanderstellen dieser Elemente 1 innerhalb und außerhalb derselben Räume von im wesentlichen gleichen Querschnitten gebildet sind. Jedes solches Wärmetauscherelement 1 weist Ableitmittel, z. B. Schälschlitze 4, auf, die die sich ausbildenden Grenzschichten ableiten. Dabei findet, wie man sieht, eine solche Ableitung sowohl bei dem Wärmetauschmittel statt, das innerhalb der Elemente 1 strömt, als auch für das Wärmetauschmittel, das durch die außenliegenden Räume 2 geführt wird. Das innenströmende Wärmetauschmittel gelangt z. B. durch Lutten 11 nach den Pfeilen 12 durch Leitapparate 8 in die Wärmetauscherelemente 1, durchströmt diese Elemente in einer Drallströmung gemäß den Pfeilen 13 und tritt oben nach den Pfeilen 14 wiederum durch Lutten 15 nach außerhalb der Anlage. Zwischen den Lutten kann das zweite Wärmetausch-As can be seen from the figures of the drawing, the heat exchanger consistently has heat exchanger elements 1 which, placed side by side, delimit spaces 2 for the passage of the other heat exchange medium flowing in countercurrent or cocurrent. When executing according to Fig. 1 to 4 and 5, the spaces 2 delimited by the heat exchanger elements 1 are traversed by a swirl flow. 1 and 2 show that the heat exchanger elements I _{1, seen} in plan, are designed so regularly, namely square, that after juxtaposing these elements 1 inside and outside the same spaces are formed by essentially the same cross-sections. Each such heat exchanger element 1 has discharge means, e.g. B. peeling slots 4, which derive the forming boundary layers. As can be seen, such a dissipation takes place both in the case of the heat exchange medium which flows within the elements 1 and for the heat exchange medium which is guided through the external spaces 2. The internal flowing heat exchange medium reaches z. B. by air ducts 11 according to arrows 12 through diffusers 8 in the heat exchanger elements 1, flows through these elements in a swirling flow according to arrows 13 and occurs above according to arrows 14 again through ducts 15 to the outside of the system. The second heat exchange

90» 787/26090 »787/260

mittel gemäß Pfeil 16 durch Leitapparate 9 in den Raum 2 zwischen den Wärmetauscherelementen 1 einströmen. In dem Raum wird das zweite Wärmetauschmittel in einer Drallströmung nach Pfeil 17 geführt; dieses Mittel gelangt dann gemäß Pfeil 18 nach außen. Beim Nebeneinandervorbeiströmen der beiden Wärmetauschmittel innerhalb und außerhalb der Elemente findet durch die Wandungen der Elemente hindurch der gewünschte Wärmeaustausch statt. Selbstverständlich kann die Konstruktion auch so ausgebildet sein, daß die beiden Wärmetauschmittel die Anlage im Gleichstrom durchlaufen.medium according to arrow 16 through diffusers 9 into the space 2 between the heat exchanger elements 1. In the space, the second heat exchange medium is guided in a swirl flow according to arrow 17; this agent then reaches the outside as indicated by arrow 18. When the two heat exchange media flow past one another inside and outside of the elements finds its way through the walls of the elements the desired heat exchange takes place. Of course, the construction can also be designed in such a way that that the two heat exchange media run through the system in cocurrent.

Bei jeder Drallströmung innerhalb und außerhalb der Wärmetauscherelemente 1 bildet sich eine Grenzschicht aus, die bei 4 abgeleitet wird. Es wird wiederholt, daß die Ableitung der Grenzschicht für die beiden Medien erfolgt. In Fig. 1 ist diese Ableitung durch Pfeile 19 angedeutet.With every swirl flow inside and outside the heat exchanger elements 1, a boundary layer is formed which is derived at 4. It is repeated that the derivation of the boundary layer for the two Media takes place. This derivation is indicated by arrows 19 in FIG. 1.

Nach diesen Ausführungen sind die übrigen Figuren wohl von selbst verständlich. Die Fig. 3 zeigt Wärmetauscherelemente 1 in einer anderen Ausbildung. Mit 4 sind wiederum Schälschlitze benannt, die die Grenzschichten beider in einer Rotationsströmung fließenden Wärmetauschmittel in Räume 20 und 21 abführen. Eine der Fig. 2 ähnliche Grundrißanordnung ersieht man aus Fig. 4.After these explanations are the remaining figures probably self-evident. Fig. 3 shows heat exchanger elements 1 in a different embodiment. With 4 are again named peeling slots, which the boundary layers of the two flowing in a rotational flow Discharge the heat exchange medium into rooms 20 and 21. A plan arrangement similar to FIG. 2 can be seen from FIG. 4.

Die Fig. 5 und 6 geben eine ähnliche Konstruktion wieder, wie sie schon in den Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist. Es sind hier in den Wärmetauscherelementen 1 und in den Räumen 2 zusätzlich noch Rohre 5 und 6 vorgesehen, durch die das jeweils den anderen Raum 1, 2 durchströmende Wärmetauschmittel zur Erhöhung des Wärmetausches geführt ist. Die Lutten sind wiederum mit 11 und 15 benannt. Die Rohre 5 durchsetzen beide Lutten 11 und 15. Das eine Wärmetauschmittel gelangt in der angegebenen Weise nach den Pfeilen 16 in die Räume 2 und in die Rohre 5. Mit den Pfeilen 18 ist wiederum der Austritt dieses Wärmetauschmittels aus der Anlage angedeutet. Das andere Wärmetauschmittel strömt gemäß den Pfeilen 12 und 14. Auf den Rohren 5 und 6 sind Leiteinrichtungen 7, 8 und 9 zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Drallströmung vorgesehen. Diese Leiteinrichtungen, insbesondere die Leitbleche 7, finden als weitere Wärmetauschflächen Verwendung. Die vorzugsweise zentral liegenden Rohre 5 können von einer geraden oder auch von einer Drallströmung durchlaufen werden.FIGS. 5 and 6 show a construction similar to that already described in FIGS has been. There are also pipes 5 in the heat exchanger elements 1 and in the rooms 2 and 6 are provided, through which the respective other space 1, 2 flowing through the heat exchange medium for Increasing the heat exchange is performed. The Lutten are again named 11 and 15. The pipes 5 pass through both ducts 11 and 15. One of the heat exchangers follows in the specified manner the arrows 16 in the spaces 2 and in the pipes 5. The arrows 18 are again the exit of this Indicated heat exchange medium from the system. The other heat exchange medium flows according to the arrows 12 and 14. On the pipes 5 and 6 there are guide devices 7, 8 and 9 for generation and maintenance the swirl flow provided. These guide devices, in particular the guide plates 7, can be found as use of additional heat exchange surfaces. The preferably centrally located tubes 5 can be of a straight or swirled flow.

Die zentralen Rohre 5 und 6 haben vor allem den Zweck, die wirksame Wärmetauschfläche zu vergroßem, indem der Kernquerschnitt des relativ großen Drallraumes ausgenutzt wird, der sonst nur Anlaß zu unkontrollierbaren Wirbelrückströmungen geben würde.The main purpose of the central tubes 5 and 6 is to enlarge the effective heat exchange surface, by utilizing the core cross-section of the relatively large swirl space, which is otherwise only the cause would give uncontrollable vortex backflows.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Die einzelnen Wärmetauscherelemente können mit ihren Kanten zum Umschließen der zwischen ihnen liegenden Räume dichtend aneinanderliegen oder auch in einem gewissen kleinen Abstand voneinander stehen. Die Schlitze zum Abschälen der Grenzschichten können im wesentlichen senkrecht zu der an ihnen vorbeigehenden Strömung angeordnet sein oder auch in einem passenden Winkel dazu angeordnet sein.The invention is based on the illustrated embodiments not restricted. The individual heat exchanger elements can be enclosed with their edges of the spaces between them are sealingly adjacent to one another or in a certain way stand a small distance from each other. The slots for peeling off the boundary layers can essentially be arranged perpendicular to the flow passing them or at a suitable angle to be arranged.

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger with one of the heat exchange media flowing through it in a swirling manner Heat exchanger elements, which, placed side by side, rooms for the passage of the other in the Completely delimit counter-current or co-current flow of heat exchange medium that is parallel to the axis, thereby characterized in that also in the spaces (2) between the heat exchanger elements (1) one Swirl flow prevails and that per se known discharge means (4) for discharging the boundary layer of the one and / or the other heat exchange medium are provided.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchanger elements (1), seen in plan, formed in such a regular manner (e.g. square or equilateral triangular) are that after juxtaposing the heat exchanger elements (1) inside and outside of these elements spaces are formed of substantially equal cross-sections (Figs. 2, 3, 4).

3. Heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that in the heat exchanger elements (1) and / or in the rooms (2), which the juxtaposed heat exchanger elements limit, preferably centrally located tubes (5, 6) are provided through which each the other space (1, 2) flowing through heat exchange medium is performed (Fig. 5, 6).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that on the tubes (5) in the Waiting exchange elements (1), guide devices (7) are provided to maintain the swirl flow are.

5. Heat exchanger according to claims 3 and 4, characterized in that the tubes (5, 6) of a straight or a swirl flow.

Considered publications:

German Patent Nos. 930 147, 840 098, 717 766, 596 871, 336 254, 72 491, 3861; Swiss Patent No. 207 254; French Patent No. 433 843;

Dr.-Ing. Bruno Eck, Technical Fluid Mechanics, 3rd Edition, Springer Verlag, 1949, p. 320.

1 sheet of drawings