DE1637112U

DE1637112U - Pulsierender waermetauscher.

Info

Publication number: DE1637112U
Application number: DEM3656U
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1951-02-08
Filing date: 1951-02-08
Publication date: 1952-04-17

Description

Pulsierender Wärmeaustauscher.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für gasförmige oder flüssige wärmeaufnehmende Medien. Die bisher bekannten Wärmeaustauscher zur Übertragung der Wärmeenergie von Gasen, welche sich auf verschiedenem Druckpotential befinden, arbeiten ausschließlich nach dem Gleichdruckverfahren. Dies bedeutet, daß das wärmeaufnehmende Gas beim Eintritt und beim Austritt aus dem Wärmeaustauscher sich auf fast gleichem Druckpotential befindet. Der niedrigere Austrittsdruck ist lediglich durch die Strömungsverluste im Wärmeaustauscher bedingt. Es ist nun vom Bau der Brennkammern für Gasturbinen her bekannt, daß in der Turbine ein umso höheres Gefälle verarbeitet werden kann je besser es gelingt, die Verbrennung von einer Gleichdruck- zu einer Gleichraumverbrennung zu machen. Dieser Gedanke wurde z. B. bei der Verpuffungsturbine verwirklicht. Auch selbstzündende und selbstansaugende Brennkammern, bei welchen ein Gaspolster den zeitweiligen Abschluß besorgt, machen von der Gleichraumverbrennung Gebrauch. In diesen : rillen handelt es sich jedoch immer um eine Gleichraumverbrennung, d. h. Energiezufuhr im Innern des zu erwärmenden Gases.
Die Erfindung besteht nun darin, das Prinzip der Erwärmung in gleich groß bleibenden Räumen für Wärmeaustauscher anzuwenden, d. h. den Raum des Wärmeaustauschers, welcher das wärme- aufnehmende Medium enthält, periodisch allseitig zu schließen. Da ein Großteil der Wärme des Arbeitsgases in Gasturbinenanlagen durch den Wärmeaustauscher übertragen wird, hat diese neue Art des Wärmeaustauschers gerade für den Gasturbinenbetrieb besondere Bedeutung.
Die Wärmeaufnahme erfolgt bei dem Wärmeaustauscher nach der Erfindung bei gleichem Volumen, so daß der Druck des Gases erhöht wird. Hierbei wird eine wesentlich geringere Wärme-

menge zum Erhitzen des Gases benötigt, da in diesem 7, alle mit der

spezifischen Wärme bei konstantem Volumen gerechnet werden muß, deren Wert bekanntlich 20 % bis 30 % kleiner ist als der Wert bei konstantem Druck.
Von besonderer Bedeutung sind die Maßnahmen, um das verdichtete und erwärmte Gas aus dem Wärmeaustauscher abströmen zu lassen, Werden am Ein-und Austritt für das wärmeaufnehmende Gas Ventile angeordnet, welche fremd gesteuert oder selbststeuernd sein können, so muß hinter dem Auslaßventil eine längere Leitung angeschlossen sein, die über einen Diffusor in einen Behälter mündet. Das heiße, verdichtete Gas entspannt sich in der Leitung teilweise und erzeugt eine zum Diffusor laufende Druckwelle. Wird letztere am offenen Ende des Diffusors negativ reflektiert, so saugt diese Unterdruckwelle bei ihrer Rückkehr das Gas im Wärmeaustauscher so weit ab, daß der Druck des kalten Gases vor dem Eintrittsventil ausreicht, das letztere zu öffnen. Das Auslaßventil wird kurz darauf geschlossen, das Einlaßventil schließt sich nach dem Eintritt des kalten Gases ebenfalls. Nun beginnt die Wärmeübertragung und Drucksteigerung des eingeschlossenen Gases.
Wird das Auslaßventil selbststeuernd gemacht, dann muß die Masse des Ventilkörpers soweit vergrößert werden, daß die Eigenfrequenz des Ventils in das Gebiet jener Frequenz kommt, mit welcher der

pulsierende Wärmeaustauscher arbeiten soll. Beim Einströmen des

Gases wird in dem zweckmäßig länglich gebauten Wärmeaustauscher eine Wellenbewegung angeregt, die den Wärmeübergang des im Mittel ruhenden Gases verbessert. Auf die Wellenbewegung im wärmeaufnehmenden Gas kann verzichtet werden, wenn das Gas in einem entsprechend zylindrisch gebauten Wärmeaustauscher mit einem Drall einströmt. Die Rotationsbewegung soll während des Wärmeüberganges abklingen, um beim Gasaustritt keine Verluste zu verursachen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung in schematischer Weise im Schnitt dargestellte Das wärmeabgebende Medium, z. B. heiße Abgase, tritt durch den Stutzen 1 in den äußeren Mantel 2 ein und durchströmt die einzelnen Kammern in Pfeilrichtung, bis es den Wärmeaustauscher durch den Stutzen 3 wieder verläßt. Quer zu dieser Strömungs-

richtung ist das Innenrohr 4 angeordnet, in dem das warme

nehmende Medium strdmt. Letzteres tritt durch den Stutzen 5 ein,

wenn das Ventil 6 geöffnet ist, und nach Erwärmung und Druckstei-

gerung im Rohr 4 durch das Ventil 7 in die Leitung 8 aus, durch

die es zum Druckbehälter 9 strömt. Vor dem Druckbehälter 9 ist der Diffusor 10 angeordnet. Die Ventile 6 und 7 sind beim Ausführungsbeispiel als selbsteteuemd dargestellt, es können aber auch mechanisch gesteuerte Ventile sein.

Durch die Verwendung eines pulsierenden Wärmeaustauschers nach der Erfindung bei Gasturbinenanlagen mit offenem Kreislauf kann der Gesamtwirkungsgrad um etwa 5 - 10 % erhöht werden.

Schutzansprüche :

1. Wärmeaustauscher für gasförmige oder flüssige Medien, dadurch gekennzeichnet, daß während einer bestimmten Zeitdauer der Raum für das wärmeaufnehmende Medium allseitig geschlossen ist.

Claims

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ein- und Austrittsöffnungen für das wärmeaufnehmende Medium remdgesteuerte oder selbststeuernde Ventile 6, 7 angeordnetsind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da. die selbststeuernden Auslaßventile 7 schwingend mit einer niedrigen Eigenfrequenz ausgebildet sind und nach öffnen durch den Innendruck im Wärmeaustauscher noch einige'Zeit selbsttätig geöffnet bleiben.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auslaßventil 7 eine Rohrleitung 8 mit einer derartigen Länge angeschlossen ist, daß die darin bei Eröffnung des Auslaßventiles 7 entstehenden Druckwellen an einem am anderen Ende der Leitung 8 angeschlossenen Behälter 9 negativ reflektiert

werden und zum Wärmeaustauscher zurückkehren, solange das Auslaßventil 7 offen ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Auslaßleitung 8 und Behälter 9 ein Diffusor 10 angeordnet ist.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 t dadurch gekennzeiohnet, daß der Wärmeaustauscher in der Durchströmrichtung des warmeaufnehmenden Mediums seine größte Längenausdehnung hat und durch den Einlaßatoß Druckwellenvorgänge im Wärmeaustauscher ausgelöst werden.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem einströmenden wärmeaufnehmenden Medium ein Drall erteilt wird, der während der ärmeübergangszeit wieder abklingt.