DE1601173C3

DE1601173C3 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE1601173C3
Application number: DE19671601173
Authority: DE
Inventors: Charles Alphonse Saint-Germain-en Laye Beurtheret (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1966-09-15
Filing date: 1967-09-12
Publication date: 1977-06-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer wärmeabgebenden Wandung, an der eine Flüssigkeit örtlich verdampft und eine Rekondensation innerhalb der Flüssigkeit erfolgt, wobei die Wärmeaustrittsfläche der Wandung eingetiefte Austauschkanäle aufweist, deren Tiefe mindestens dreimal so groß wie ihre Breite ist.The invention relates to a heat exchanger with a heat-emitting wall on which one Liquid evaporates locally and a recondensation takes place within the liquid, whereby the heat exit surface the wall has recessed exchange channels, the depth of which is at least three times as great as their width is.

Bei einem bekannten Wärmeaustauscher dieser Gattung (OE-PS 2 41 502) strömt die Kühlflüssigkeit durch die und parallel zu den Austauschkanälen. Die an sich beträchtlichen Wärmeflußdichten, die wesentlich darauf beruhen, daß an den die Austauschkanäle trennenden Rippen ein Temperaturgradient wirksam wird, der eine stabile, sogenannte »komplexe Verdampfung« ermöglicht, lassen sich nun — wie Versuche ergeben haben — durch Anwendung des Zwangsdurchlaufverfahrens nur noch innerhalb gewisser Grenzen heraufsetzen, wobei das Endergebnis mehr oder weniger dem Zufall überlassen bleibt.In a known heat exchanger of this type (OE-PS 2 41 502), the cooling liquid flows through and parallel to the exchange channels. The inherently considerable heat flux densities, which are essential are based on the fact that a temperature gradient is effective at the ribs separating the exchange channels which enables a stable, so-called "complex evaporation", can now - like experiments have shown - by using the forced throughfeed process only within certain limits up, the end result being more or less left to chance.

Es ist auch schon ein Wärmeaustauscher bekannt (US-PS 29 69 957), bei dem zur Verbesserung des Kontaktes zwischen der Kühlflüssigkeit und der wärmeabgebenden Wandung, die dazu neigt, sich mit einer Dampfhaut zu überziehen, eine turbulente Strömung der Kühlflüssigkeit bewußt hervorgerufen wird. Hierzu sind einerseits die in die wärmeabgebende Wandung eingetieften Austauschkanäle so angelegt, daß sie durch die natürliche Thermosiphon-Strömung der Flüssigkeit quer angeströmt werden und andererseits ist zur Beschleunigung dieser Thermosiphon-Strömung eine den aufsteigenden Strom von dem absteigenden Strom trennende Führungswand vorgesehen. Zusätzlich sind die Austauschkanäle breit im Verhältnis zu den sie trennenden Rippen ausgeführt, damit die Turbulenzen tief in die Austauschkanäle eindringen und auch auf dem Kanalgrund den Dampffilm nach Möglichkeit aufreißen können.There is also a heat exchanger known (US-PS 29 69 957), in which to improve the Contact between the cooling liquid and the heat-emitting wall, which tends to become with To cover a vapor skin, a turbulent flow of the cooling liquid deliberately caused will. For this purpose, on the one hand, the exchange channels sunk into the heat-emitting wall are designed in such a way that that they are flowed across by the natural thermosiphon flow of the liquid and on the other hand to accelerate this thermosiphon flow is an ascending stream from the descending one Power-separating guide wall provided. In addition, the exchange channels are broad in proportion to the ribs separating them, so that the turbulence can penetrate deep into the exchange channels and also be able to tear open the steam film on the canal floor if possible.

Ferner ist auch schon ein Wärmetauscher bekannt (US-PS 3046 429), bei dem die Flüssigkeit im Zwangsdurchlauf an der wärmeabgebenden Wandung vorbeigeführt wird. Hier wie auch im Fall des zuvor genannten, bekannten Wärmeaustauschers siedet die die wärmeabgebende Wandung bespülende Flüssigkeit insgesamt.Furthermore, a heat exchanger is already known (US Pat. No. 3,046,429) in which the liquid is forced through is guided past the heat-emitting wall. Here, as in the case of the aforementioned, known heat exchanger boils the liquid flushing the heat-emitting wall as a whole.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmeaustauschern der eingangs bezeichneten Gattung die abführbare Wärmestromdichte weiter zu steigern.The invention is based on the problem of heat exchangers of the type mentioned at the beginning to further increase the dissipatable heat flux density.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs genannten bekannten Gattung von Wärmeaustauschern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit im Zwangsdurchlauf über die wärmeabgebende Wandung in einem Winkel zu den Austauschkanälen geführt ist, der zwischen 45° und 90° liegt und daß gegenüber der wärmeabgebenden Wandung eine Führungswand in einem Abstand angeordnet ist, der 0,3 bis 3% der mittleren Lauflänge der Strömung über die Austauschkanäle beträgt.This task is based on the known type of heat exchangers mentioned at the beginning according to the invention achieved in that the liquid is forced to pass over the heat-emitting wall is guided at an angle to the exchange channels which is between 45 ° and 90 ° and that opposite the heat-emitting wall a guide wall is arranged at a distance of 0.3 to 3% of the mean running length of the flow over the exchange channels.

Mit der Erfindung wird also gerade nicht der Weg beschritten, eine starke Flüssigkeitsströmung in den Austauschkanälen zum Aufreißen einer sich dort etwa bildenden Dampfhaut zu erzeugen sondern es wird viel mehr im Gegenteil eine Mischung der nichtsiedenden, der Rekondensation des erzeugten Dampfes dienenden Flüssigkeit außerhalb der Austauschkanäle mit der Flüssigkeit in den Austauschkanälen, in denen die komplexe Verdampfung stattfindet, soweit als möglich vermieden. In diesem Sinne wird durch die angegebene Ausgestaltung des Wärmeaustauschers nach der Erfindung erreicht, daß der Raum zwischen der wärmeabgebenden Wandung und der Führungswand für die im Zwangsdurchlauf befindliche Flüssigkeit einen niedrigen hydrodynamischen Widerstand darstellt, während für die gleiche Flüssigkeit die Gesamtheit der Austauschkanäle einen großen hydrodynamischen Widerstand bildet.With the invention, the path is not followed, a strong flow of liquid in the To generate exchange channels for tearing open a vapor skin that is forming there, but it will be a lot on the contrary, it is a mixture of the non-boiling elements that serve to recondense the steam produced Liquid outside the exchange channels with the liquid in the exchange channels in which the complex evaporation takes place, avoided as far as possible. In this sense is indicated by the Embodiment of the heat exchanger according to the invention achieved that the space between the heat-emitting Wall and the guide wall for the liquid in the forced flow a low represents hydrodynamic drag, while for the same fluid the entirety of the Exchange channels forms a large hydrodynamic resistance.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Wärmeaustauschers nach der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.Advantageous embodiments of the heat exchanger according to the invention are in the claims 2 to 6 indicated.

In der Zeichung ist der Wärmeaustauscher nach der Erfindung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigtIn the drawing, the heat exchanger according to the invention is shown, for example, in selected embodiments shown schematically simplified. It shows

F i g. 1 eine perspektivische, teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung eines Wärmeaustauschers mit ebener Wärmeaustauschwandung,F i g. 1 shows a perspective, partially sectioned illustration of a heat exchanger with flat heat exchange wall,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teiles des in F i g. 1 gezeigten Wärmeaustauschers,F i g. FIG. 2 is an enlarged sectional view of part of the FIG. 1 shown heat exchanger,

F i g. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Wärmeaustauschers mit zylinderförmiger Wandung und wendeiförmigen Austauschkanälen, der die Anode einer Elektronenröhre bildet,F i g. 3 is a partially sectioned side view of a heat exchanger having a cylindrical shape Wall and helical exchange channels that form the anode of an electron tube,

F i g. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Wärmeaustauschers mit einer Wandung, die mit kreisförmig verlaufenden Austauschkanälen ausge-F i g. Figure 4 is a side view, partially in section, of a heat exchanger having a wall corresponding to equipped with circular exchange channels

rüstet ist.is prepared.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Wärmeaustauscher wird gebildet durch eine wärmeabgebende Wandung 1, eine Führungswand 2 (parallel zur Wandung 1 und in geringer Entfernung e von dieser), eine Flüssigkeitsverteilkammer 3, mit einem Eintrittsrohr 4, eine Sammelkammer 5 mit Ausgangsrohr 6 und zwei seitliche Abschlußwände 7 und 8. Die Wandung 1 besteht aus einer beispielsweise aus Kupfer gefertigten Platte in Rechteckform. Die in der Figur sichtbare Wärmeabga- jo beseite umfaßt ein Netz von parallel verlaufenden Austauschkanälen 9, die durch Rippen 10 voneinander getrennt sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, liegt der Wert für die Tiefe b dieser Austauschkanäle weit über dem ihrer Breite d. Die Rippen 10 besitzen die Breite a. Die entlang den beiden sich gegenüberstehenden Ränder der Wandung 1 angeordneten Kammern 3 und 5 stehen mit dem Raum zwischen dieser Wandung 1 und der Führungswand 2 in Verbindung. Die Austauschkanäle bilden mit jedem dieser Ränder einen Winkel von y> weniger als 45°. Tritt nun ein Flüssigkeitsstrom durch das Eintrittsrohr 4 ein, so entsteht demnach zwischen ^. der Austauschwandung 1 und der Führungswand 2 ein • Strom in der durch den Pfeil 11 angegebenen Richtung, wobei diese Richtung der kürzesten Verbindung zwischen den Kammern 3 und 5 entspricht. Die Strömungsrichtung bildet demnach mit der Längsrichtung 12 der Austauschkanäle einen Winkel α, der zwischen 45° und 90° liegt. Lediglich ein geringer Anteil des Flüssigkeitsdurchsatzes wird in die Richtung 12 der Austauschkanäle umgelenkt und fließt im Innern letzterer weiter.The in F i g. The heat exchanger shown in 1 and 2 is formed by a heat-emitting wall 1, a guide wall 2 (parallel to wall 1 and at a short distance e from it), a liquid distribution chamber 3 with an inlet pipe 4, a collecting chamber 5 with an outlet pipe 6 and two lateral end walls 7 and 8. The wall 1 consists of a plate made for example of copper in a rectangular shape. The heat dissipation visible in the figure comprises a network of parallel exchange channels 9 which are separated from one another by ribs 10. As shown in FIG. 2, the value for the depth b of these exchange channels is well above that of their width d. The ribs 10 have the width a. The chambers 3 and 5 arranged along the two opposite edges of the wall 1 are connected to the space between this wall 1 and the guide wall 2. The exchange channels form an angle of y> less than 45 ° with each of these edges. If a flow of liquid now occurs through the inlet pipe 4, then between ^. the exchange wall 1 and the guide wall 2 a • flow in the direction indicated by the arrow 11, this direction corresponding to the shortest connection between the chambers 3 and 5. The direction of flow accordingly forms an angle α with the longitudinal direction 12 of the exchange channels, which is between 45 ° and 90 °. Only a small proportion of the liquid throughput is deflected in the direction 12 of the exchange channels and continues to flow inside the latter.

Im gezeigten Beispiel münden die Austauschkanäle nicht selbst in die Kammern 3 und 4, da ihr Eingang durch eine Wand 13 dieser Kammern versperrt ist. Als Variante zu diesem Beispiel kann man die Austauschkanäle in die eine oder in beide Kammern einmünden lassen. In beiden Fällen jedoch wird der hydrodynamische Widerstand des direkten Strömungsweges von der Verteilkammer zur Sammelkammer kleiner' sein als derjenige durch die Austauschkanäle. In F i g. 1 ist in ebenfalls sehr schematischer Form die äußere Anlage gezeigt, die den Zwangsdurchlauf im geschlossenen Kreislauf gewährleistet. Die aus dem Ausgangsrohr 6 |) austretende Flüssigkeit kühlt sich im Sekundärwärmeaustauscher 14 ab und wird mit Hilfe einer Pumpe 15 erneut dem Eingangsrohr 4 zugeführt. Die Einrichtung umfaßt ferner einen gegebenenfalls unter Druck stehenden Behälter 26 sowie die nicht dargestellten, üblichen Sicherheitsvorrichtungen.In the example shown, the exchange channels themselves do not open into chambers 3 and 4, as their entrance is blocked by a wall 13 of these chambers. As a variant of this example, you can use the exchange channels open into one or both chambers. In both cases, however, the hydrodynamic Resistance of the direct flow path from the distribution chamber to the collection chamber should be less than the one through the exchange channels. In Fig. 1 is also in a very schematic form the external system shown, which ensures the forced circulation in the closed circuit. From the exit pipe 6 |) Escaping liquid cools down in the secondary heat exchanger 14 and is pumped 15 again fed to the inlet pipe 4. The device also includes an optionally pressurized standing container 26 as well as the usual safety devices, not shown.

F i g. 2 erläutert an Hand einer maßstabsgerechten Darstellung den Wärmeaustauschvorgang in dem in F i g. 1 gezeigten Wärmeaustauscher. Die Pfeile 16 kennzeichnen den über die Wärmeeintrittsfläche 17 der Wandung 1 eintretenden Wärmefluß. Ein geringer Teil dieser Wärmeenergie wird durch direkte Leitung über die Endflächen 18 der Rippen 10 an die Flüssigkeit abgegeben, die mit großer Geschwindigkeit im Raum 19 zwischen der Gesamtoberfläche 25 der Wandung 1 und der Führungswand 2 strömt. Der größte Teil des Wärmeaustausches vollzieht sich jedoch in den Austauschkanälen 9 und zwar durch Verdampfung der in diesen Austauschkanälen enthaltenen Flüssigkeit. Dieser Vorgang vollzieht sich im durch den Temperaturgradienten an den Rippenflanken stabilisierten Zustand des komplexen Siedens. Die Flußdichte liegt hierbei im Schnitt in der Nähe des Wertes für den sogenannten kritischen Fluß, dessen Wert keine absolute Grenze mehr darstellt. Es sei angenommen, daß es sich bei dieser Flüssigkeit um Wasser unter einem absoluten Druck von zwei Atmosphären (eine Atmosphäre Überdruck) handelt, so daß die Siedetemperatur bei 120°C liegt, ferner daß die Temperatur dieser Flüssigkeit bereits in dem Moment 95° C beträgt, zu dem sie den in der Mitte der Zeichnung dargestellten Austauschkanal erreicht und daß schließlich die Durchschnittsgeschwindigkeit dieser Flüssigkeit innerhalb des Raumes 19 einige Meter pro Sekunde beträgt. Unter diesen Voraussetzungen stellt man beispielsweise fest, daß in den Endflächen 18 der Rippen eine Temperatur von etwa 100°C herrscht und in einem breiten Bereich ihrer Flanken — zwischen den Zonen 20 und 21 — gestaffelte Temperaturen von 135° C bis 250°C anzutreffen sind, die sich als günstig für die Bildung eines komplexen Siedezustandes erweisen. Weiter unten, am Grund 22 dieser Austauschkanäle, liegt die Temperatur noch höher und bewirkt damit eine reine Oberflächenverdampfung. In schematischer Darstellung ist ein Dampffilm 23 gezeigt, der die Zone 22-21 erreicht, innerhalb derer wiederum sämtliche Verdampfungsformen auftreten. Der somit gebildete Dampf 24 einer Temperatur von 120°C entweicht mit hoher Geschwindigkeit aus dem Austauschkanal und zwar quer zur Hauptflußrichtung der Flüssigkeit (dargestellt durch die Pfeile 11). Hierauf folgt durch Mischung im Wirbelzustand eine nahezu sofortige Kondensation, bei der an die Flüssigkeit die Dampfungswärme und die (kleinere) Wärmemenge, die der Differenz zwischen Eigentemperatur und Flüssigkeitstemperatur entspricht, übertragen wird. Die beiden aufeinanderfolgenden Wärmeaustauschvorgänge, Verdampfung und Kondensation, herrschen zwar bereits in den Austauschkanälen selbst; der Siedevorgang findet jedoch hauptsächlich an der tiefsten Stelle und an den Seiten der Austauschkanäle statt, während der Kondensationsvorgang in der Nähe der öffnung und hauptsächlich innerhalb der Zone des Zusammenfließens mit der sich im Raum 19 befindlichen Flüssigkeit, außerhalb der Austauschkanäle anzutreffen ist.F i g. 2 explains the heat exchange process in the in F i g. 1 heat exchanger shown. The arrows 16 identify the over the heat inlet surface 17 of the Wall 1 entering heat flow. A small part of this thermal energy is transferred through direct conduction the end faces 18 of the ribs 10 are released into the liquid, which at high speed in the space 19 between the total surface 25 of the wall 1 and the guide wall 2 flows. Most of the However, heat exchange takes place in the exchange channels 9 by evaporation of the liquid contained in these exchange channels. This process takes place in the through the temperature gradient state of complex boiling stabilized on the rib flanks. The flux density lies here on average close to the value for the so-called critical flow, the value of which is none absolute limit represents more. Assume that this liquid is water under a absolute pressure of two atmospheres (one atmosphere overpressure), so that the boiling temperature is at 120 ° C, further that the temperature of this liquid is already 95 ° C at the moment at which it reaches the exchange channel shown in the middle of the drawing and that finally the Average speed of this liquid within the space 19 is a few meters per second. Under these conditions it is found, for example, that in the end faces 18 of the ribs a Temperature of about 100 ° C prevails and in a wide area of its flanks - between the zones 20 and 21 - staggered temperatures from 135 ° C to 250 ° C are to be found, which prove to be favorable for the formation of a complex boiling state. Further down, at the base 22 of these exchange channels, the temperature is even higher and thus causes a pure surface evaporation. In a schematic representation, a steam film 23 is shown, which the zone 22-21 reached, within which in turn all forms of evaporation occur. The steam 24 thus formed a temperature of 120 ° C escapes from the exchange channel at high speed transverse to the main direction of flow of the liquid (shown by the arrows 11). This is followed by mixing in Vortex state an almost instantaneous condensation in which the heat of vaporization and the (smaller) amount of heat, which corresponds to the difference between the own temperature and the liquid temperature, is transmitted. The two successive heat exchange processes, evaporation and condensation, already prevail in the exchange channels themselves; however, the boiling process mainly takes place the deepest point and on the sides of the exchange channels, during the condensation process in the Near the opening and mainly within the zone of confluence with that in space 19 located liquid, is to be found outside the exchange channels.

Bei dem Wärmeaustauscher wird die in den Vertiefungen der Wandung zu verdampfende Flüssigkeit durch Umlenkung eines geringen Teiles der Hauptströmung außerhalb der Wandung 1 in die Austauschkanäle eingeleitet. Diese Umlenkung entsteht einerseits aus der Geschwindigkeitskomponente, die die Strömung in Richtung der Vertiefungen aufweisen kann — im Beispiel der Fig. 1 die Längsrichtung 12 der Austauschkanäle — andererseits aus der Flüssigkeitsturbulenz, die durch die Geschwindigkeitskomponente in Richtung des Pfeiles 11 entsteht (diese letztere Richtung verläuft quer zu den Vertiefungen). Diese letztgenannte Tatsache ist nur dann für die notwendige Umlenkung ausschlaggebend, wenn die Strömungsrichtung keine Komponente in der Längsrichtung der Austauschkanäle besitzt, was dann der Fall wäre, wenn im Beispiel der F i g. 1 der Winkel α 90° betragen würde. Es ist demnach vor allem der Winkel zwischen der Richtung des Flüssigkeitsstromes und der Richtung der Wärmeaustauschkanäle, die dem vorliegenden Wärmeaustauscher seine Überlegenheit gegenüber dem Bekannten verleiht, bei denen die Wärmeaustauschkanäle selbst einen großen Flüssigkeitsstrom führten.In the case of the heat exchanger, the liquid to be evaporated in the depressions in the wall becomes by deflecting a small part of the main flow outside the wall 1 into the Exchange channels initiated. This diversion arises on the one hand from the speed component that the May have flow in the direction of the depressions - in the example of FIG. 1, the longitudinal direction 12 of the Exchange channels - on the other hand from the fluid turbulence caused by the velocity component arises in the direction of arrow 11 (this latter direction runs transversely to the depressions). This The latter fact is only decisive for the necessary deflection if the direction of flow has no component in the longitudinal direction of the exchange channels, which would be the case if in the example of FIG. 1 the angle α would be 90 °. It is therefore mainly the angle between the Direction of the liquid flow and the direction of the heat exchange channels that make up the present heat exchanger gives its superiority over the known, in which the heat exchange channels even carried a large flow of liquid.

Weitere Ausführungsformen sind in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Es wurde fernerhin festgestellt, daß sich für jeden Winkel α über 45° eine Leistungsverbesserung gegenüber früheren Wärmeaustauschern ergibt, daß beiFurther embodiments are shown in FIGS. 3 and 4 shown. It was also found that every angle α over 45 ° results in a performance improvement over previous heat exchangers that at

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einem Winkel α über 60° der vorliegende Wärmeaustauscher eine weitere Überlegenheit erfährt und daß sich die besten Werte für Winkel zwischen 80° und 90° ergeben. Selbst bei einem Winkel <x von 90° ist bis in außerordentlich hohe Wärmeabgabebereiche die Versorgung der Austauschkanäle für die Erfordernisse der Verdampfung noch ausreichend. Das letztgenannte Ergebnis erklärt sich durch die Tatsache, daß man für den vorliegenden Wärmeaustauscher eine große äußere Umwälzgeschwindigkeit anwenden kann, ohne dadurch eine zu starke Strömung in den Austauschkanälen zu erzeugen. Die dadurch entstehende starke Flüssigkeitsdurchwirbelung bewirkt die Umlenkung einer für die Verdampfung ausreichenden Flüssigkeitsmenge ins Innere der Austauschkanäle.At an angle α greater than 60 °, the present heat exchanger experiences a further superiority and that the best values are obtained for angles between 80 ° and 90 °. Even at an angle <x of 90 °, the supply of the exchange channels is still sufficient for the requirements of evaporation up to extremely high heat emission areas. The last-mentioned result is explained by the fact that a high external circulation speed can be used for the present heat exchanger without thereby generating an excessive flow in the exchange channels. The resulting strong fluid turbulence deflects a sufficient amount of fluid for evaporation into the interior of the exchange channels.

Interessant ist die Tatsache, daß der vorliegende Wärmeaustauscher nicht dazu neigt, bei Verwendung von kalkhaltigem Wasser Kesselstein anzusetzen. Man stellt vielmehr fest, daß die Kesselsteinansätze sofort mit dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden. ,Man kann annehmen, daß diese Eigenschaft im Zusammenhang mit der Wirkung des Temperaturgradienten in den Wärmeaustauschkanälen und der Wirkung der Strömungsturbulenz steht.What is interesting is the fact that the present heat exchanger does not tend to break in use of calcareous water to set up limescale. Rather, it is found that the scale deposits immediately be carried away with the flow of liquid. , One can assume that this property is related with the effect of the temperature gradient in the heat exchange channels and the effect of the flow turbulence stands.

Der Abstand e der Führungswand 2 ist nicht besonders kritisch, allerdings sollte man bei der Festlegung dieser Größe berücksichtigen, daß die Wirksamkeit des Wärmeaustausches durch Kondensation mit der Geschwindigkeit und der Turbulenz der umlaufenden Flüssigkeit zunimmt. Zum einwandfreien Arbeiten ist jedoch bereits eine Geschwindigkeit von einigen Metern pro Sekunde ausreichend. Es ist überdies leicht einzusehen, daß die Geschwindigkeit um so höher gewählt werden kann, je mehr sich der Winkel α dem Wert 90° nähert. Bei gleicher Geschwindigkeit muß der Abstand e um den Betrag vergrößert werden, um den der Hauptflußkanal länger ist, da sich der erforderliche Flüssigkeitsdurchsatz proportional zur abzugebenden Leistung verhält und damit proportional zur Länge der Austauschwandung in Richtung des Hauptflusses. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen den Abstand mit e gleich (0,3 bis 3) · zu setzen, worin L die Länge des Hauptflußkanals ist. Der Bereich von 0,3 bis 3 wird nachfolgend mit Jt bezeichnet.The distance e of the guide wall 2 is not particularly critical, but when determining this size one should take into account that the effectiveness of the heat exchange through condensation increases with the speed and the turbulence of the circulating liquid. To work properly, however, a speed of a few meters per second is sufficient. It is also easy to see that the speed can be selected to be higher, the closer the angle α approaches the value 90 °. At the same speed, the distance e must be increased by the amount by which the main flow channel is longer, since the required liquid throughput is proportional to the power to be delivered and thus proportional to the length of the exchange wall in the direction of the main flow. According to the invention it is proposed to set the distance with e equal to (0.3 to 3) ·, where L is the length of the main flow channel. The range from 0.3 to 3 is hereinafter referred to as Jt.

Für relativ große k-Werte ist der hydrodynamische Widerstand des Wärmeaustauschers gering. Eine große Flüssigkeitsmenge erwärmt sich beim Kontakt mit der Wärmeaustauschwandung nur wenig. So erwärmt sich beispielsweise eine Wasserdurchsatzmenge von einem Liter pro Minute und Kilowatt um 15° C. Folglich erweisen sich derartige Bedingungen für einen Zwangsdurchlauf von destilliertem Wasser in einem geschlossenen System als sehr vorteilhaft, da die Temperatur der Flüssigkeit im gesamten Leitungssystem ziemlich hoch sein kann und die geringe erforderliche Temperaturab-Senkung mit Hilfe eines einfachen Sekundärwärmeaustauschers wie beispielsweise einem belüfteten Kühler vorgenommen werden kann.For relatively large k values, the hydrodynamic resistance of the heat exchanger is low. A big The amount of liquid only heats up slightly when it comes into contact with the heat exchange wall. So heats up For example, a water throughput of one liter per minute and kilowatt by 15 ° C. Consequently Such conditions prove to be for a forced flow of distilled water in a closed System to be very advantageous, since the temperature of the liquid in the entire pipe system is quite high can be and the low temperature reduction required with the help of a simple secondary heat exchanger such as a ventilated cooler can be made.

Für relativ kleine k-Werte ist demgegenüber der hydrodynamische Widerstand groß und demnach mit geringen Durchflußmengen bei einer starken Erwärmung vereinbar, einer Erwärmung von beispielsweise 75°C für eine Wassermenge von 0,2 l/min/kW. Die Eingangstemperatur muß für diesen Fall ziemlich niedrig sein, weshalb man hier auf eine einmalige Verwendung von Leitungswasser zurückgreifen kann, dessen Verbrauch bei einem Wärmetauscher vorliegender Art ja nur sehr gering ist; überdies ergibt sich hier die Möglichkeit, dieses nach dem Durchlauf sehr heiß austretende Wasser für mannigfaltige Zwecke weiterzuverwenden. In contrast, for relatively small k values, the hydrodynamic resistance large and therefore with low flow rates with strong warming compatible, a heating of for example 75 ° C for a water quantity of 0.2 l / min / kW. the The inlet temperature has to be quite low in this case, which is why one is on a one-off basis here Use of tap water can fall back, the consumption of which is present in a heat exchanger Kind is only very small; In addition, there is the possibility here of this being very hot after the passage to reuse escaping water for a variety of purposes.

Ist die Breite e des Hauptflußkanals verhältnismäßig groß bemessen (z. B. mehrere Millimeter), so besteht eine weitere Ausführungsform darin, die Endflächen 18 der Rippen zackenförmig auszunehmen. Hierdurch nimmt der Grad der Durchwirbelung der Flüssigkeit im Öffnungsbereich der Austauschkanäle zu. Überdies wird hierdurch die Zufuhr einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge in die Austauschkanäle gefördert und zwar ohne dadurch in ihrer Längsrichtung einen unnötig hohen Durchfluß zu erzeugen.If the width e of the main flow channel is relatively large (e.g. several millimeters), then there is a further embodiment consists in making the end surfaces 18 of the ribs serrated. Through this the degree of turbulence in the fluid in the opening area of the exchange channels increases. Moreover, will as a result, the supply of a sufficient amount of liquid to the exchange channels promoted without thereby generating an unnecessarily high flow in its longitudinal direction.

Fig.3 zeigt einen Wärmeaustauscher bei dem die zylinderförmige, wärmeabgebende Wandung 1 die äußere Anode der Elektronenröhre 27 bildet. Die Führungswand 2 bildet zusammen mit der Verteilkammer 3 und der Sammelkammer 5 einen Raum, durch dessen offenes Ende die Anode der Elektronenröhre so weit eingeführt wird, bis der die Anode umgebende Flansch 28 auf einer Dichtungsscheibe 29 aufliegt, die selbst auf dem Rand 30 am Ende der Sammelkammer 5 ruht. Die Bolzen 31 mit der Mutter 32 sorgen für die Festigkeit und Abdichtung der Einheit. Der auf diese Weise gebildete Wärmeaustauscher besitzt die folgenden Unterscheidungsmerkmale gegenüber dem der Fig. 1: Die Wärmeaustauschkanäle sind rechteckig ausgeführt und bilden mit der Wand 1 koaxiale und parallele Wendeln. Die Austauschkanäle münden sowohl in die Verteilkammer 3 als auch in die Sammelkammer 5 ein. Die zur Richtung der Austauschkanäle vorwiegend quer verlaufende Hauptflußrichtung ergibt sich aus der Zusammenwirkung der Kammern 3 und 5, die sich an den Enden der zylinderförmigen Führungswand befinden, sowie durch eine Anzahl von Leitelementen 33, die in dem Raum 19 parallel zur Achse des Wärmeaustauschers angebracht sind. Diese Leitelemente können entweder an der Führungswand 2 oder an der Wandung 1 befestigt sein.Fig.3 shows a heat exchanger in which the cylindrical, heat-emitting wall 1 the outer anode of the electron tube 27 forms. The guide wall 2 forms together with the distribution chamber 3 and the collecting chamber 5 a space through the open end of which the anode of the electron tube so is introduced far until the flange 28 surrounding the anode rests on a sealing washer 29 which itself rests on the edge 30 at the end of the collection chamber 5. The bolts 31 with the nut 32 take care of the Strength and sealing of the unit. The heat exchanger thus formed has the following Features differentiating from that of FIG. 1: The heat exchange channels are rectangular executed and form with the wall 1 coaxial and parallel spirals. The exchange channels flow both in the distribution chamber 3 and in the collection chamber 5. The direction of the exchange channels The predominantly transverse main flow direction results from the interaction of the chambers 3 and 5, which are located at the ends of the cylindrical guide wall, and by a number of Guide elements 33 which are mounted in the space 19 parallel to the axis of the heat exchanger. This Guide elements can be attached either to the guide wall 2 or to the wall 1.

Der in Fig.4 dargestellte Wärmeaustauscher, der ebenfalls zur Kühlung der Anode einer Elektronenröhre dient, weist gegenüber dem vorgenannten Wärmeaustauscher folgende Unterschiede auf: Hierbei sind die Rippen kreisförmig um die Anode angeordnet und der Grund der Austauschkanäle ist abgerundet. Der Hauptfluß, dem man im Verhältnis zu den Mantellinien der zylinderförmigen Wandung 1 eine leicht geneigte Richtung verleihen wollte, wird mit Hilfe einer Reihe von als Lamellen 34 ausgebildeten Leitelementen geführt, die in schräger Richtung zwischen der Wandung 1 und der Führungswand 2 angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel stellt die Führungswand nicht die Ummantelung des Wärmeaustauschers dar sondern ist in einer gewissen Entfernung von einem Mantel 35 umgeben, durch den das Eintrittsrohr 4 geführt ist und der das Ausgangsrohr 6 trägt, das in den flachen Boden 36 eingefügt ist. Die aus der Kammer 5 austretende, erwärmte Flüssigkeit fließt demnach durch den ringförmigen Raum zwischen der Führungswand 2 und dem Mantel 35. Entsprechend einer früheren diesseitigen Ausführungsform ist in diesem Raum ein elastisch ausdehnbarer Körper 37 untergebracht, z. B. ein hohler Gummiring, der durch ein Gitter 38 gehalten wird. Es wurde festgestellt, daß ein solcher elastischer Körper gewisse plötzlich auftretende und zufällige Druckschwingungen, die bei einer Kondensation in turbulenter Umgebung und in einem begrenzten Raum auftreten können, dämpft oder sogar beseitigt.The heat exchanger shown in Figure 4, which is also used to cool the anode of an electron tube serves, has the following differences compared to the aforementioned heat exchanger: Here are the Ribs arranged in a circle around the anode and the base of the exchange channels is rounded. the Main river, which is slightly inclined in relation to the surface lines of the cylindrical wall 1 Wanted to give direction is with the help of a series of guide elements designed as lamellae 34 guided, which are arranged in an oblique direction between the wall 1 and the guide wall 2. In the example shown, the guide wall does not represent the casing of the heat exchanger but is surrounded at a certain distance by a jacket 35 through which the inlet pipe 4 is guided and which carries the exit pipe 6 inserted into the flat bottom 36. The emerging from chamber 5, heated liquid accordingly flows through the annular space between the guide wall 2 and the jacket 35. According to an earlier embodiment on this side, there is an elastic in this space expandable body 37 housed, e.g. B. a hollow rubber ring which is held by a grid 38. It it was found that such an elastic body has certain sudden and accidental pressure oscillations, which occur with condensation in a turbulent environment and in a confined space can, attenuates or even eliminated.

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Abgesehen von den beschriebenen Anwendungsbeispielen, in denen der Wärmeaustauscher zur Kühlung von elektronischen Röhren und Teilen von Wärmemotoren dient, ist eine Anwendung im Zusammenhang mit z. B. Bestandteilen von chemischen Reaktoren oder Kernbrennstoffstäben möglich.Apart from the application examples described, in which the heat exchanger is used for cooling of electronic tubes and parts used by heat engines is an application related to z. B. components of chemical reactors or nuclear fuel rods possible.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

16 Ol 173 claims:

1. Heat exchanger with a heat-emitting wall on which a liquid evaporates locally and recondensation takes place within the liquid, the heat exit surface of the wall having recessed exchange channels whose depth is at least three times as large as its width, characterized in that the liquid is forced through is guided over the heat-emitting wall (1) at an angle (α) to the exchange channels (9) which is between 45 ° and 90 ° and that opposite the heat-emitting wall (1) a guide wall (2) is arranged at a distance (ej) which is 0.3 to 3% of the mean run length (L) of the flow over the exchange channels.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the angle (<x) between 80 ° and is 90 °.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-emitting Wall (1) is cylindrical and the exchange channels (9) run in at least one helix (Fig. 3).

4. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-emitting Wall (1) is cylindrical and the exchange channels (9) are arranged in the longitudinal direction of the cylinder.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the end faces daff (18) of the ribs (10) have serrated recesses.

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the heat-emitting wall (1) and the guide wall (2) guide elements (33, 34) are arranged (Fig. 3, 4).