DE1601202A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Patentanwälte 485 Gütersloh, den Z. Januar I968

Prof.Dr.-In^.Robert Meldau · Carl Bertelsmannstr. 4 Dipl.-Ing. Gustav Meldau' _: -

Avinoam Hourwitz

4 Hameassfim Street, Tel Aviv, Israel "

Boleslaw Houchman

11 Hatnam Sofer Street, Tel Aviv, Israel

Wärmeaus taus ehe r

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Wärmeaustauscher, insbesondere mit einem Wärmeaustauscher zur Abgabe von iVärme von einem gasförmigen Abgabemedium an ein Aufnahmemedium, welches eine .Flüssigkeit ist; mit einer äusseren Ringkammer t'ür die Flüssigkeit und einer hierzu konaentrisch an- · geordneten Kammer zur Aufnahme des Gases, wobei beide Kammern durch eine Wand mit guter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind, welche an der Gaskammerseite mit Rippen versehen ist, die sich in Strömungsrichtung des Gasea erstrecken_e In YJärmeaustausehern der genannten Art 1st das Verhältnis der 7.^rärmeableitung, die von der Gaskammer zur Plüsaigkeitskammer durch die Trennwand hindurch. atattfindet, direkt proportional zum Y/ärmeleitkoeffizienten Gas/Trennwand und zum Wärmeleitkoeffizienten Trennwand-Flüssigkeit und ebenfalls proportional zum längaweise stattfindenden Temperaturgefälle zwischen den Kammern,, Da der Wärmeleitkneffizient Trennwand-Flüssigkeit

BAD ORfäfNAL mrä^^'A im»m .

höher ist, als der V/ärmeleitkoeffizient Gas/Trennwand, ist bereits vorgeschlagen worden, den Wirkungsgrad des »/ärmeaustauschers zu steigern, inden man die Berührungsfläche der gaskammerseitigen Trennwand vergrössert und diese mit Rippen versieht, während die der Flüssigkeitskammer zugekehrte Seite der Trennwand glatt bleibt. Demgemäss sind also Wärmeaustauscher bekannt, in denen eine Wärmeübertragung von einem abgebenden Gas an eine wärmeaufnehmende Flüssigkeit stattfindet, «eiche aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Hingkammern besteht, deren innere Kammer die Gaskammer ist und durch deren äugsare Kammer die Flüssigkeit fliesstj hierbei ist die innere Kammer mit einer Reihe von längsweise angeordneten Rippen versehen, die durch Rinnen voneinander getrennt sind· Die ringförmige Gaskammer wird von einem mit Innenrippen versehenen Zylinder und einem Kern gebildet»

Wärmeaustauscher der oben beschriebenen Art weisen den Haanteil auf, dass sie das Temperaturgefälle_y welches zwischen Einlass ( kaltes Ende ) und dem Auslass ( warmes Ende ) der Gaskammer besteht, unberücksichtigt lassen· Es wurde festgestellt, dass der längsweise- stattfindende Temperaturabfall in der Gaokaiunier die Leistung des Wärmeaustauschers dann besonders ungünstig beeinflusst, wenn der Temperaturunterschied zwischen heiüsem. und kaltem Ende sehr gross ist*

Bei Wärmeaustauschern der vorbfikannten Art wird der längsweise stattfindende Temperaturabfall nicht berücksichtigt» Die vorliegende Erfindung hat sich die technische Aufgabe gestellt,

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einen v/ärmeaustauscher au schaffen, der derart ausgebildet ist, dass der längsweise .stattfindende Temperaturabfall in der baulichen Ausbildung berücksichtigt und die Leistung des /ärmeaufitauschers gesteigert wird.

Die· Erfindung lfrat die gestellte technische Aufgabe durch die Lic i'&ffnn^ eines v/ärmeaus tausche rs", der daiuroh gekennzeichnet ist, dan« der Strömungskanal für das Gray in der Gaskammer ;jich vom heisoen sun kalten Ende derselben hin stufenweise fortschreitend, .verengt* · '

Durci die stuf en¹-« is e fortschreitende Verengung des ütrömungskanals für das Gaα in. der Gaskammer vergrb'ssert sich der Berührung skr= η takt, zwischen Gas und Trennwand vom he iss em zum kalten Knde der Gaskammer hin; sodass der Wärmeleitkoeffizient ^röoaer v?ird_f wem, die Temperatur des Gases abnimmt. Da ·

der Värmeleilkoeffizient im Bereich des warmen Endes der Gaskammer niedri ger ist, als am kalten Knde, ^ird im Bereich Hen i'aTiucn r'nde der Gaskammer weniger Vfärme abgeleitetj als ea der Fall rare,- wenn der Strömungskanal für das Gas immer e'en gleichen 'juer3chnitt aufweisen würde« Daraus foljt, dass im Bereich des kalten Endes der Gaskammer mehr Y/ärme abgegeben werden kann, weil der Wärmeabfall geringer geviorden ist, als ea ohne die erfindungsgemässe Ausbildung des Strömungskanals der Fall v/äre« Susanmenfassend ist festzustellen, dans in dem (-rfindungagenäBsen IVärmeaustauscher der langcTveise stattfindende Tempera turabf all znia lieiason linde der Gyakammer hin geringer wird? mit "üep. Ergebnis, das» die GeaaintleJ stung des cheris verbefiaert vird«
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In einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemässen Vi'ärmeaustausohers ist vorgesehen,'dass sich die Höhe der Rippen vom warmen zur· kalten Ende der Gaskammer hin stufenweise .fortschreitend vergrössert und ferner, dass die Gaskammer zylindrische Gestalt hat und aus einem in wesentlichen zylindrischen Kern besteht^ der in Zusammenwirken mif der Trennwand einen ringförmigen Raum gleichmässiger Breite bildet. In weiteren vorteilhaften Ausbildungen ist ein konzentrisch angeordneter Kern vorgesehen, dessen querschnitt sich stufenweise fortschraitend vergrössert und der zusammen mit der Trennwand einen ringförmigen Raum bildet, dessen Breite vorn heissen sum kalten Ende der Gaskammer stufenweise fortschreitend geringer wird.

Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die Höhe der Rippen in der Gaskammer sich vom heissen zum kalten Ende derselben hin stufenweise fortschreitend vergrössern, äodass sich dieselben auf dejp Längsachslinie des Wärmeaustauschers treffen oder beinahe berühren, '

Die bcigegebenen Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, Es zeigen : .

Figuren 1, 2 und 4 drei AusfUhrungebeispiele von Wärmeaustauschern im Längsschnitt ;

Figuren 3 und 5 sind■ Schnittzeichnungen genlias der Bohlittlinien III — III in Figur 1 und V - V in Figur 4 in ver^rö'asertem Ma3stab_e «

BAD

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Die in den Figuren 1 und 3 dargestellten Wärmeaustauscher bestehen aus einem Zylinder 1 und einem Kern ?., Bine Trennwand 3 in Form eines Rohrs, tre/uien den Innenraum des Zylinders 1 in eine Flüssigkeitskammer 4 und in eine Gaskammer $. Die Ii¹IUssigkeitskammer 4 weist ein Zu- und Abflussrohr 6 und 7 auf; •.lie auch umgekehrt Abfluss und Zuflussrohr nein können, je neon dem_y ob Gas» und -Flüssigkeitsstrom zueinander im. Gegenstrom sind oder ob sie in gleicher Richtung fllessen* Der Zylinder 1 i-31 kl it den Anschlusstutaen 8 tind 9 versehen, wobei der AnschluBHtutzen 8 dein Zu strom des Gases dient und der Anschlussatu!.a.-jn 9 den Abzug für das Gas, d.h. das kalte linde der ^askai*- mer .dar» teilt, -

Die" Innenfläche der Trennwand 3 weist auf der Innenseite, die die ..iui:aen?;and der Gaskammerist, eine Anzahl Rippen 10 auf, deren Höhe von einem Kleinstmass ä'm heisoen EnAn der Gaskammer zu einem Grcmstinass am kalten Ende der Gaskammer sich stufenweise" fortschreitend vergrös-sert» Die Durchstrb'mungsöffnung für das Gay in der Gaskammer 5 wird also stufenweise fortschreitend vom heissen zum kalten Ende der Kammer hin enger. Die Berührungofläche zwischen dem Gas und der Trennwand 3'.wird also vorn heisaen Ende zum kalten Jiride der Gaskaininergrösser, das heisüfc, in gleicher Eiohb.ving_f wie die Temperatur -des Gases abnimmt.·

Dan In der Figur 2 gezeigte ÄUafLihrungBbeispiei ist gr.mdaätz-Iich den BeispielenTn Figuren 1 und 3 ähnlich, ,-jedoch wird die progressive Verengung des Utrcimungökanaläl für das Gas durch

BAD ORIQINAk

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ίβΟ I 2U2

Di« in den Figuren 1 und 3 dargeo teilten "Urmeauataucher bestehen aus einem Zylinder 1 und einem ^ern 2» Eine .ramiwand 3 in Form eines Rohrs trennen den ^nnenraum dea Zylinders 1 in ein· irlUu«igkeitskauimer 4 und in eine Gaskammer f. Die FlUssigkeitskammer 4 weist ein Zu- und Abflussrohr 6 und 7 auf; die auch umgekehrt Abfluss und Zuflussrohr aein kännen, je nach dem» ob Gaβ- und JHüaBlgkoit8S~.rom zueinander in, üegem>;rom sind oder ob sie in gleicher iUchtuag fliessen» Der zylinder let sit den anschluss tut i.en β und 9 versehen, wobei der Anne lusetuUen 8 dem <m strom des Gases dient und dor A ntutaea 9 den Abaug für duo Gaa, d.h· das kaiIe Ende a&r ^i Eier durstellt«

Die Innenfläche der Trennwand 3 weist auf der Innen.ioite, dia die au«sendend der Gaakawtioriot, eine Ansahl Kippen 1^: auf» deren Höhe von einem λίαinstßaoü am heiesen Ende der Uaokammer au einem Gross taasa am kalten i'.nde der Gaakaamer uich utui'en» weise fortschreitend vergrüuoert· Ide durchströiaungeöffnuns fUr das Gas in der Gaskammer 5 wird also stufenwriee fortschreitend voB heisseii aum kalten Ende der Kasioer hin enger» IUo Beruhrungafläche swlochen dem 3as und der '.trennwand 3 wird also vom heiaoen Ende /.um kalten l)ndo der Gat}kacimergröaüor_t tiua helsst» in gleicher Hicht.ng» wie die i'emperaur dön Gao«u abnimmt*

lias in der i'igur 2 geseigte Ausführungsbeioplel io! g« ntluilfcalieh den !»ei s vielen in Figuren 1 und 3 ähnlich» j au och wird diti progressiT« Verengung des ütrümungukanalil lür das Guu dutveh

009850/05 88 BADORIe₁NAL;

allmähliche- Ve-rg.ro a sprung des ^ueraebnitts des Herns 2 erzielt. In. dins em Auaführungsbeia/piel .sind die Rippen IC a von'gleicher Höhe, -WiUirend der Durchmesser des Kerns 2 a zu;ü heissen Ende der Gaskammer 5-'"hin geringer wird.und sich zum kalten Ende hin vergrfjssei't« -A13 e anderen Bauelemente sind den "-.Bauelementen, in "den Ausfnhrungabeispielen nach Figuren 1 und 3 gleich, sodass sie mit denselben dia gleichen BeKUgsnumraeui haben. Die Wirkungsweise ii't dem Ausführungsbeispiel in der Figur 1 und 2 -ähnlich_f indem der Durchötrcmkanal Inom heissen zum kalten Kammerende hin enger vird: die Berührungsfläche'zwischen dem ^as vind der Trennwand also £i"iuie.n^v^i^-3e iiimimmte

In der in. Figur 4 gezeigten Ausfrilr:'uigsbeispiel enthält die Ga^Iramn&r keinen ^ei-n, die "Rippen lö b werden vom. heicsen zürn kalten linde niri'-l-'nhevj sodass sie sich im Vunkt 1.1 auf der Längsachse des »färmeaustauöchers treffen oder fast berühreni Die ijnn&tigen Saue teile "dides Ausi'ührungsbeispeils sind denen der -j-nä^-re-n Jinefühmingsbeispiele ähnlich und sind deshalb mit ,den gleichen-JJezugsaeichen ver'aehen» In diesem Ausführungobei— spiel ist -esni-cht. notwendig, dass die Form der Graskaiainer zylindrisch ist; die Graskammer kann auch-'ellipptischen wuerschnittH h%ben; auch kann der Querschnitt ein beliebiges Polygon se-in« . . ;

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ' 1.) 'Wärmeaustauscher zur Abgabe von Wärme von einem gasförmigen Abgabemedium an ein flüssiges Aufnahmemedium mit einer äusseren Ringkammer für die flüssigkeit und einer hierzu konzentrisch angeordneten Innenkammer zur Aufnahme des Gases, die· durch eine Wand aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sindjfi die auf der G-askammerseite mit Hippen versehen ist, die sich in der Strömungsrichtung des Gases erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal für das Gas in der Gaskammer (5) sich vom heissen zum kalten Ende hin stufenweise fortschreitend verengt«
2. 2. Wärmeaustauscher gemäsa Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Höhe der Rippen (10) von warmen zum kalten Ende der Gaskammer (5) hin stufenweise fortschreitend vergrössert,

   5» Wärmeaustauscher gemässAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskammer (5) zylindrische Gestalt hat und aus einem im wesentlichen zylindrischen Kern (2) besteht, der in Zusammenwirken mit der Trennwand (3) einen ringförmigen Raum gleichmassiger Breite bildet»

   4· Wärmeaustauscher gemass Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein konzentrisch angeordneter Kern (2a) vorgesehen ist, dessen querschnitt sich stufenweise forts ehre iteniS vergrössert und der zusammen mit der (Trennwand (3) einen ringförmigen Raum bildet, dessen Breite vom heis&en zum kalten Ende der Gaskammer stufenweise fortschreitend geringer--wird»

   BAOORIQINAL

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   5« Wärmeaustauscher genoss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rippen (10b) in der Gaskammer sich vom

   heissem zum kalten Ende derselben hin stufenweise fortschreitend vergrössern, sodass sieh dieselben auf der Längsachs— linie (11) des Wärmeaustauschers treffen oder beinahe berühren»

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