DE19812227B4 - Heat exchanger - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertrager, vorzugsweise kreisförmiger Wärmeübertrager, dessen innerer Stirnfläche das Fluid axial zugeführt wird, an dieser umgelenkt und entgegen der Zuströmrichtung konzentrisch zum Zustrom abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Wärmeübertragers (1) sternförmige Strömungskanäle (2 und/oder 4) besitzt.Heat exchanger, preferably circular Heat exchanger, whose inner face is the Fluid supplied axially is deflected at this and opposite to the inflow concentric with the Influx dissipated is characterized in that the inner surface of the heat exchanger (1) star-shaped Flow channels (2 and / or 4).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise kreisförmigen Wärmeübertrager, dessen innerer Stirnfläche das Fluid axial zugeführt wird, an dieser umgelenkt und entgegen der Zuströmrichtung konzentrisch zum Zustrom abgeführt wird.The The invention relates to a preferably circular heat exchanger whose inner end face the Fluid supplied axially is deflected at this and opposite to the inflow concentric with the Influx dissipated becomes.

Derartige Wärmeübertragerverhältnisse findet man z. B. bei Kaltgaskältemaschinen, bei denen ein Kolben, insbesondere ein Verdränger, in einem Zylinder bewegt wird und sich der Kaltgasraum an einer Stimseite des Zylinders befindet. Die Stirnseiten solcher Zylinder sind überwiegend flach ausgebildet. Es sind aber auch halbrunde, kegelförmige und pyramidenförmige Ausführungen bekannt. In der DD 286 410 A5 wird z. B. ein Kaltkopf einer Stirling-Kältemaschine mit freischwingendem Verdränger beschrieben, dessen Kaltraum stirnseitig von einer ebenen Fläche begrenzt wird.Such heat transfer conditions can be found z. B. in cold gas chillers in which a piston, in particular a displacer, is moved in a cylinder and the cold gas space is located on a front of the cylinder. The faces of such cylinders are predominantly flat. But there are also semi-circular, conical and pyramidal designs known. In the DD 286 410 A5 is z. B. a cold head of a Stirling refrigerator with free-running displacer whose cold space is frontally limited by a flat surface.

Die Form der Stirnfläche wird bei diesen Maschinen in der Regel der Form der Verdrängerstirnfläche angepaßt. Gemäß der DE 195 01 035 A1 sind die Arbeitskolben stirnseitig halbrund ausgebildet; dementsprechend haben die Arbeitszylinder stirnseitig ebenfalls eine abgerundete Form.The shape of the end face is adapted in these machines usually the shape of the displacer end face. According to the DE 195 01 035 A1 are the working piston frontally half round formed; Accordingly, the working cylinder frontally also have a rounded shape.

Es sind aber auch andere Kühleinrichtungen bekannt, deren Zylinder stirnseitig ebenfalls mit einer Kühlfläche ausgestattet sind. So wird z. B. in der DE 36 42 683 A1 ein nach dem Joule-Thomson-Effekt arbeitender Kryostat zur Kühlung eines Detektors vorgeschlagen, bei dem der Infrarotdetektor im Hohlraum eines Dewar-Gefäßes an der Stimseite angeordnet ist. Die Kühlung erfolgt durch Entspannung eines vorgekühlten Gases an der inneren Stimseite des Dewar-Gefäßes.But there are also other cooling devices known, the cylinder are also frontally equipped with a cooling surface. So z. B. in the DE 36 42 683 A1 a working according to the Joule-Thomson effect cryostat for cooling a detector proposed in which the infrared detector is disposed in the cavity of a Dewar vessel at the end. The cooling takes place by relaxing a pre-cooled gas on the inner end of the Dewar vessel.

Auch in der DE 41 42 368 A1 ist eine Tieftemperatur-Expansionsvorrichtung beschrieben, die zur Kühlung eines Detektors eingesetzt wird. Der Detektor befindet sich auch hier an der Stirnseite, an der sogenannten Endkappe, des zylindrischen Verdrängergehäuses im Bereich des Expansionshohlraumes.Also in the DE 41 42 368 A1 a cryogenic expansion device is described which is used to cool a detector. The detector is also located here on the front side, at the so-called end cap, of the cylindrical displacer housing in the region of the expansion cavity.

Alle genannten Kühleinrichtungen haben gemeinsam, daß an den Wärmeübertragerinnenflächen keine besonderen Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs bzw. des Strömungsverlaufes des Kühlmediums vorgesehen sind.All said cooling devices have in common that the heat exchanger inner surfaces no special measures to improve the heat transfer or the flow of the cooling medium are provided.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, durch entsprechende Gestaltung der stirnseitigen Innenfläche der Wärmeübertrager die Wärmeübertragung zwischen Arbeitsfluid und Wärmeübertragerwand zu verbessern und dabei günstige Strömungsverhältnisse zu schaffen.task The invention is therefore, by appropriate design of the inside surface the heat exchanger the heat transfer between Working fluid and heat exchanger wall to improve while keeping cheap flow conditions to accomplish.

Außerdem soll die Temperaturdifferenz zwischen dem Arbeitsfluid und dem zu kühlenden Objekt verringert werden.In addition, should the temperature difference between the working fluid and the to be cooled Object be reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst, indem die innere Stirnfläche der Wärmeübertrager so gestaltet wird, daß die sich an dieser Stelle umkehrende Strömung des Kühlmediums günstig beeinflußt wird und eine gute Wärmeübertragung durch die vergrößerte Wärmeübertragerfläche stattfindet.According to the invention Problem solved by the characterizing features of the main claim by the inner face the heat exchanger is designed so that the At this point reversing flow of the cooling medium is favorably influenced and a good heat transfer takes place through the enlarged heat transfer surface.

An nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:At subsequent embodiments will the invention closer explains:

1 zeigt die Innenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 mit sternförmig eingearbeiteten Strömungskanälen 2. Die Strömungskanäle 2 münden in einem konzentrisch angeordneten Sammler 3 und besitzen gemäß der Schnittdarstellung in 3 an ihren äußeren Enden einen Radius in Strömungsrichtung. 1 shows the interior view of a heat exchanger according to the invention 1 with star-shaped flow channels 2 , The flow channels 2 flow into a concentrically arranged collector 3 and have according to the sectional view in 3 at its outer ends a radius in the flow direction.

In hier nicht dargestellter Weise ist es auch möglich, am Außendurchmesser der Strömungskanäle einen Sammler in Form einer Ausdrehung vorzusehen.In not shown here, it is also possible on the outer diameter the flow channels one To provide collector in the form of a recess.

In 2 ist ein Wärmeübertrager 1 dargestellt, bei dem zwischen den Strömungskanälen 2 weitere Strömungskanäle 4 angeordnet sind, die sich aber nicht bis zum Sammler 3 erstrecken. Diese Strömungskanäle 4 besitzen an beiden Enden Radien und können unterschiedlich lang sein.In 2 is a heat exchanger 1 shown in which between the flow channels 2 further flow channels 4 are arranged, but not up to the collector 3 extend. These flow channels 4 have radii at both ends and can be different lengths.

4 zeigt einen Zylinderkopf, der mit einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 ausgestattet ist. Durch den Kolben 5 wird das Fluid über den Ringkanal 6 zum Hubraum 7 und in die durch Pfeile dargestellten Richtungen an die Innenfläche des Wärmeübertragers 1 zu- bzw. abgeführt. Der Ringkanal 6 wird durch die Zylinderwand 9 und die Außenwand 8 begrenzt. 4 shows a cylinder head, with a heat exchanger according to the invention 1 Is provided. By the piston 5 the fluid is transferred via the ring channel 6 to the displacement 7 and in the directions indicated by arrows to the inner surface of the heat exchanger 1 added or removed. The ring channel 6 is through the cylinder wall 9 and the outer wall 8th limited.

Die durch die eingearbeiteten Strömungskanäle 2 und 4 entstehenden Oberflächenrippen haben Rechteck- bzw. Trapezform. Zweckmäßiger Weise werden die Strömungskanäle mit einem Kreissägeblatt oder einem Fräser eingearbeitet. Die beschriebenen Radien entsprechen dem jeweiligen Durchmesser des Werkzeuges. Es ist aber auch möglich, die Innenfläche des Wärmeübertragers durch Pressen, Prägen, Senk- oder Drahterodieren, Auflöten, Aufschweißen oder Metallflammspritzen erfindungsgemäß zu gestalten.The through the incorporated flow channels 2 and 4 resulting surface ribs have a rectangular or trapezoidal shape. Appropriately, the flow channels are incorporated with a circular saw blade or a milling cutter. The radii described correspond to the respective diameter of the tool. But it is also possible to make the inner surface of the heat exchanger by pressing, embossing, sinking or wire eroding, soldering, welding or metal flame spraying according to the invention.

Aus Fertigungsgründen kann der Wärmeübertrager 1 auch aus einem inneren und äußeren Teil bestehen, wobei das innere Teil mit den Strömungskanälen 2 ausgerüstet ist.For manufacturing reasons, the heat exchanger 1 also consist of an inner and outer part, the inner part with the flow channels 2 equipped.

Claims (7)

Wärmeübertrager, vorzugsweise kreisförmiger Wärmeübertrager, dessen innerer Stirnfläche das Fluid axial zugeführt wird, an dieser umgelenkt und entgegen der Zuströmrichtung konzentrisch zum Zustrom abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Wärmeübertragers (1) sternförmige Strömungskanäle (2 und/oder 4) besitzt.Heat exchanger, preferably circular heat exchanger, the inner end face of which the fluid is axially supplied, deflected at this and is discharged counter to the inflow concentric with the influx, characterized in that the inner surface of the heat exchanger ( 1 ) star-shaped flow channels ( 2 and or 4 ) owns. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) schmale Schlitze sind, die sich im Stemmittelpunkt treffen und an ihren äußeren Enden einen Radius in Strömungsrichtung besitzen.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow channels ( 2 ) are narrow slits that meet at Stem midpoint and have at their outer ends a radius in the flow direction. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) in einem konzentrisch angeordneten Sammler (3) münden und an ihren äußeren Enden einen Radius in Strömungsrichtung besitzen.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow channels ( 2 ) in a concentrically arranged collector ( 3 ) and at their outer ends have a radius in the flow direction. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) nicht zum Stemmittelpunkt bzw. Sammler (3) geführt werden und an beiden Enden Radien besitzen.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow channels ( 2 ) not to the center of the center or collector ( 3 ) and have radii at both ends. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) am Außendurchmesser in einem Sammler münden, der die Form einer Ausdrehung hat.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow channels ( 2 ) open at the outer diameter in a collector, which has the shape of a recess. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) einen rechteckigen, dreieckigen, halbkreis- oder trapezförmigen Querschnitt besitzen.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow channels ( 2 ) have a rectangular, triangular, semicircular or trapezoidal cross-section. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem äußeren und inneren Teil besteht, wobei das innere Teil mit den Strömungskanälen ausgerüstet ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that it consists of an outer and inner Part consists, wherein the inner part is equipped with the flow channels.
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DD286410A5 (en) * 1989-08-02 1991-01-24 Veb Kombinat Ilka,Luft- Und Kaeltetechnik,De COLD HEAD OF A STIRLING KAELTEMASCHINE WITH FREESWENDENDEN VERDRAENGER
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