DE2254851A1

DE2254851A1 - Waermeuebertrager mit treppenfoermigen oberflaechen

Info

Publication number: DE2254851A1
Application number: DE19722254851
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Dr I Buerger
Original assignee: AHLMANN CARLSHUETTE KG
Current assignee: AHLMANN CARLSHUETTE KG
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1974-05-30

Description

Wärmeübertrager mit treppenförmigen Oberflächen Die Erfindung betrifft Wärmeübertragungseinrichtungen, bei denen Wärme zwischen Fluiden, die durch eine Wand getrennt sind, oder zwischen Fluiden und der Oberfläche eines Festkörpers übertragen wird.
Die Wärmeübertragungsflächen sind nach der Erfindung treppenförmig auszubilden, derart daß die Stufen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind oder in einem Winkel zwischen 450 und- 900 angeströmt werden (Fig.1). Die Stufen sollen möglichst scharfe äußere Kanten haben, der Kantenwinkel soll 90° betragen. Die schmale Fläche der Stufe soll möglichst senkrecht zur Anströmrichtung liegen, während die Strömung etwa parallel zur größeren Stufenfläche geführt wird.
In der Erfindung werden die folgenden Erkenntnisse zur Verbesserung des Wärmeübergangs genutzt: Wird eine in Strömungsrichtung liegende Platte angeströmt, so nimmt der Wärmeübertragungskoeffizient ab, bis sich in einem bestimmten Abstand von der Anlaufkante nach Ausbildung der thermischen Grenzschicht ein konstanter Wert einstellt. Dieser Wärmeübergangskoeffizient ol ist kleiner als der imAnlaufgebiet. (Vergl. Def.:α=#/# mit = Wärmeleitfahigkeit des Fluids und = Stärke der Grenzschicht).
Durch die Stufung wird ein wiederholter Strömungsanlauf mit hohen Wärmeübergangskoeffizienten geschaffen. Optimale Höhen und Tiefen der Stufen müssen in Abhängigkeit von Fluid und Strömungsverhältnissen berechnet oder experimentell bestimmt werden. Die Höhe wird bei Gasströmung mit erzwungener Könvektion einige Millimeter, bei senkrechten Heizflächenmit freier Konvektion maximal ca. 10 mm betragen.
Neben der Verbesserung des Wärmeübergangs wird durch die Stufung eine Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche erreicht. Weitere Vergrößerungen der Wärmeübertragerflächen sind durc?I Anbringung von Rippen oder Kurzrippen mögliCh, die vorteilhaft ebenfalls mit Kanten an der Anströmseite oder mit Stufen ausgebildet werden.
Fig. 1 zeigt die Richtung der Anströmung der treppenförmigen Heizfläche.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der Stufen an einer Trennwand zwischen zwei Fluiden im Gegenstrom.
Fig. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel die Anordnung der Heizflächen eines Sammelheizungskessels, bei dem die Heizflächen so eingesetzt werden, daß der Gasraum eingeengt und so die Kontraktion der abkühlen den Heizgase kompensiert wird. Umlenkstege innerhalb der Kesselglieder bewirken hierbei eine intensivere Strömung des Heizmediums im unteren, thermisch stärker beanspruchten Abschnitt des Kesselgliedes.

Claims

5 chutzansprüche

1. Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Fluid angeströmten Übertragungsoberflächen treppenförmig ausgebildet sind und die Strömung senkrecht oder in einem Winkel zwischen 450 und 900 auf die kleinere Stufenfläche auftrifft und etwa parallel zur größeren Fläche-geführt wird. Der Winkel zwischen den Stufenflächen soll an der möglichst scharfen Außenkante ca. 900 betragen.

(Fig.1 und Fig. 2).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trennwände zwischen Fluiden in der genannten Art ausgeführt werden.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der genannten Art ausgeführten Oberflächen einen festen Körper (Wärmespeicher) begrenzen.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Fläche sChwach gewölbt ist und die innere Kante ausgerundet wird.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß treppenförmige tbertragerfläehen-einen zwischen ihnen eingeschlossenen Gasraum in Strömungsrichtung einengen (Fig. 3).

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der sich gegenüberliegenden Heizflächen gegeneinander versetzt sind, um der Durchströmung von Düsen ähnliche Strömungszustände und eine dadurch erzwungene unvorteilhafte Ordnung der Strömung zu vermeiden (Fig. 3).

7. Värietibertrager nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Stege im eingeschlossenen Flüssigkeitsraum eine Lenkung von Flitasigkeiteströmen erreicht wird.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strömung an der Übertragungsfläche durch freie Konvektion ausbildet.

9. Wrmeübertrager nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die t;bertragerfläche durch Rippen vergrößert wird, die vorteilhaft als Kurzrippen mit scharfen Kanten oder gestuft ausgeführt werden.

10. Wärmeübertrager nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß starke Wände nur einseitig treppenförmig ausgeführt und in der beschriebenen Art angeströmt werden.