DE1094277B

DE1094277B - Bleche fuer Regenerativwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE1094277B
Application number: DEA26207A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Bohmann; Dr-Ing Herbert Brandt; Dipl-Ing Herbert Sandmann
Original assignee: APPBAU ROTHEMUEHLE DR BRANDT and
Current assignee: APPBAU ROTHEMUEHLE DR BRANDT and
Priority date: 1956-12-15
Filing date: 1956-12-15
Publication date: 1960-12-08

Description

Bleche für Regenerativwärmeaustauscher Es ist bekannt, die Füllungen von Regenerativwärmeaustauschern in der Weise herzustellen, daß abwechselnd glatte und bzw. oder gekantete bzw. ausgedrückte Bleche aufeinandergelegt werden, wobei die Bleche zwischen sich parallele Kanäle für den Durchtritt des Mediums bilden.
Kosten und Raumbedarf solcher Geräte mit großen Wärmeaustauschflächen zur Behandlung großer Volumina hängen davon ab, wie dicht die Speichermassen, d. h. also die Bleche, gepackt werden können. In der Regel ist dabei für die Innehaltung eines hydraulischen Radius in der Größenordnung von 3 bis 10 mm Sorge zu tragen. Durch so kleine hydraulische Radien ergeben sich bei den üblicherweise in Hinsicht auf die Widerstände angewendeten Geschwindigkeiten Reynoldssche Zahlen des Bereiches der laminaren Strömung.
Der daraus resultierende Nachteil ist bekannt, nämlich der wesentlich geringere Wärmeübergang bei laminarer Strömung als bei turbulenter Strömung. Auch sind Maßnahmen bekannt, um die Strömung so zu beeinflussen, daß sich Wärmeübergangszahlen ergeben, die denen der turbulenten Strömung in etwa entsprechen.
Danach werden die Heizflächenbleche mit treppenförmigen Ausprägungen versehen, die schräg zur Gasrichtung verlaufen und den Zweck erfüllen sollen, die Grenzschicht der Strömung aufzureißen und durch die Wirbelbildung die laminare Strömung in eine turbulente Strömung zu verändern. Da die turbulente Strömung in dem Bereich der vorkommenden Reynoldsschen Zahlen sich wieder zu laminarer Strömung ausgleicht, muß ein solches Aufreißen in kurzen Abständen hintereinander erfolgen, um immer wieder eine Durchwirbelung der Strömung zu erreichen.
Diese treppenförmigen Ausprägungen der Bleche haben zwei Nachteile. Zunächst begünstigen sie die Ablagerung von Flugasche oder sonstige Verunreinigungen der wärmeaustauschenden Medien, und zwar insbesondere dann, wenn diese Medien zum Ansetzen an den Wandungen neigen oder wenn ein Feuchtigkeitsausfall bei einer Taupunktunterschreitung das Ansetzen der Verunreinigungen begünstigt.
Als weiterer Nachteil ergibt sich, daß die Ausprägungen die Packungsdichte beeinflussen, weil diese für jedes Blech um die Ausprägungshöhe vermindert wird, da man Wert darauf legen muß, die Kanalbreite für Gasströmung zu erhalten. Damit ergeben sich größere Abmessungen für den regenerativen Wärmeaustauscher und ein entsprechend größerer baulicher Aufwand, der,die Kosten erhöht.
Nach der Erfindung können diese Mängel bei einem Regenerativwärmeaustauscher, dessen abwechselnd aufeinandergelegte glatte und bzw. oder gekantete und bzw. oder ausgedrückte Bleche zwischen sich parallele Kanäle für den Durchtritt des strömenden Mediums frei lassen, in überraschend einfacher Weise dadurch vermieden werden, daß die Bleche mit warzenförmigen Ausprägungen versehen sind, welche in Strömungsrichtung hintereinander und abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Es ist zwar bereits bekannt, zur Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten den Blechen eine waffelförmige Oberfläche zu erteilen, jedoch läßt sich auf diese Weise nicht eine besonders enge Packlage erzielen, weil die sich über die gesamte Oberfläche der Bleche erstreckende Reliefmusterung größere Abstände erfordert als die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen, im wesentlichen glatten Bleche, die lediglich kleine und in verhältnismäßig großem Abstand voneinander angeordnete Warzen aufweisen, die nicht bis zum Nachbarblech reichen, also nicht als Abstandshalter, sondern ausschließlich strömungstechnischen Zwecken dienen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kleiner Warzen wird also jede unnötige und überflüssige Querschnittsverengung vermieden und kann entsprechend bei gleichgeringer Verschmutzungsgefahr, gleichem Strömungswiderstand und gleichem Wärmeübergangskoeffizienten eine dichtere Packung herbeigeführt werden. Gegenüber den eingangs erwähnten, mit treppenförmigen Ausprägungen versehenen Blechen kann die Packungsdichte fast bis auf den vierfachen Wert gesteigert werden.
Labormessungen haben die Wirkung der warzenförmigen Ausprägung auf den Strömungszustand und die Wärmeübertragung bestätigt und klar gezeigt, daß der Strömungswiderstand an Blechen mit solchen Warzen nennenswert geringer ist als an Blechen mit treppenförmigen Einprägungen unter vergleichbaren Verhältnissen der Geschwindigkeit und der Wärmeübertragung.
In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Abb. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Packung von abwechselnd angeordneten ebenen und zickzackförmig abgekanteten Heizblechen.
Die dadurch gebildeten kleinen dreieckförmigen Kanalquerschnitte werden in Pfeilrichtung X von den Gasen durchströmt.
In den Abständen 1 sind dann jeweils auf nur einer Dreieckseite der Kanalquerschnitte warzenförmige Ausprägungen 2 hintereinander nach einer Seite herausgedrückt, welche abwechselnd quer zur Gasrichtung gegeneinander versetzt sind.
Abb. 2 zeigt im Querschnitt eine solche warzenförmige Ausprägung in vergrößertem Maßstab. Die Tiefe dieser Ausprägung bzw. die Höhe der warzenförmigen Erhebung ist mit 4 bezeichnet und der Durchmesser der Ausprägung mit 5.
Abb. 3 zeigt einen Ausschnitt aus Heizflächen mit rechteckigen Kanalquerschnitten, so daß zwei Bleche 6 und 7 teilweise dargestellt sind, die einen Kanalquerschnitt begrenzen und durch Abkantungen 8 gegeneinander abgestützt sind. Das Blech 6 trägt nach der einen Seite warzenförmige Ausprägungen 9 und nach der anderen Seite warzenförmige Ausprägungen 10, das Blech 7 nach der einen Seite die mit 11, nach der anderen Seite die mit 12 bezeichneten Ausprägungen, in der Strömungsrichtung gesehen.
Das Aufreißen der laminaren Strömung durch die warzenförmigen Ausprägungen wirkt sich in Strömungsrichtung auf ein großes Vielfaches des Warzendurchmessers aus, wonach die nächste Warze angeordnet sein muß, um die sich beruhigende Strömung wieder aufzureißen. Quer zur Strömungsrichtung wirkt das Aufreißen nur um ein Vielfaches des Warzendurchmesser in der Breite, so daß der Querabstand 3 ein gewisses Vielfaches des Warzendurchmessers nicht übersteigen soll.
Versuche haben ergeben, daß die laminare Strömung im Bereich von Geschwindigkeiten von 5 bis 15 m/s genügend stark aufgerissen wird durch Warzen mit folgenden ungefähren Abmessungen:

Abstand 1 der Warzen ....... 14 r

Höhe 4 der Warzen . . . . . . . . . 0,4 r

Abstand quer zur

Strömungsrichtung 3 ...... 1,2 bis 2,5 r

(r = hydraulischer Radius der Kanalquerschnitte = Verhältnis des Querschnittes einer Leitung zum halben Umfang dieses Querschnittes).

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Bleche für Regenerativ wärmeaustauscher mit parallelen Kanälen für das strömende Medium, die durch abwechselnd aufeinandergelegte glatte und bzw. oder gekantete bzw. ausgedrückte Bleche gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche mit warzenförmigen Ausprägungen (2, 9, 10. 11, 12) versehen sind, welche in Strömungsrichtung hintereinander und abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet sind. z. Bleche für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur jedes zweite Blech warzenförmige Ausprägungen hat. 3. Bleche für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche nur einseitig warzenförmige Ausprägungen aufweisen. 4. Bleche für W ärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (1) der Ausprägungen in Gasrichtung hintereinander etwa 14mal so groß ist wie der hydraulische Radius der Kanalquerschnitte. 5. Bleche für Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (3), um welchen die Ausprägungen abwechselnd gegeneinander versetzt sind, etwa 1,2-bis 2,5mal so groß ist wie der hydraulische Radius der Kanalquerschnitte. 6. Bleche für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (5) der Ausprägungen etwa l,lmal so groß ist wie der hydraulische Radius der Kanalquerschnitte. 7. Bleche für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der warzenförmigen Erhebung bzw. die Tiefe der Ausprägung etwa 0,4mal so groß ist wie der hydraulische Radius der Kanalquerschnitte. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 861 141; deutsche Patentanmeldung St 4338 Ia/24k (bekanntgemacht am 28. 7. 1955) ; französische Patentschrift Nr. 1077 508; USA.-Patentschrift Nr. 2 696 976.