DE2757950A1 - Waermeuebertrager - Google Patents
WaermeuebertragerInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/026—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled and formed by bent members, e.g. plates, the coils having a cylindrical configuration
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Description
-3-K-155 22.12.1977
KÜPPERSBUSCH AKTIENGESELLSCHAFT Gelsenkirchen
Wärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Bei einem bekannten Wärmeübertrager dieser Art (DE-PS 341 457) sind mehrere Rohrkörper übereinander und parallel zueinander
verlaufend angeordnet. Die Rohrkörper bestehen aus konzentrisch angeordneten Rohren, die jeweils an gegenüberliegenden Enden
mit dem zugehörigen benachbarten Rohr strömungsmäßig verbunden sind. Durch den in allen Rohrkörpern gleichen Strömungsquerschnitt zwischen dem inneren und äußeren Rohr wird Kältemittel,
und durch das innere Rohr Wasser im Gegenstrom, geführt. Der obenliegende Bereich dieses Wärmeübertragers ist
für überhitztes Kältemittelgas und der untere Bereich für Naßdampf-Kältemittel vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Maßnahmen zu treffen,
durch die mit einfachen Mitteln eine Steigerung des Wärmeübergangs zwischen dem Kältemittel und dem damit in Wärmeaustausch
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Bt/gf
stehenden Wärmeträger erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Der wärmetechnische Vorteil der Teilung des Wärmeübertragers in Abschnitte mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten
besteht darin, daß für die einzelnen Stufen der Kondensation bzw. der Verdampfung optimale thermodynamische Strömungsbedingungen
für den Wärmeübergang erreicht werden.
Je größer die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases ist, um so höher ist auch der Wärmeübergang an den Wärmeübertragungsflächen.
Deshalb wird z.B. bei der Kondensation das überhitzte Kältemittelgas zunächst in den Bereich mit dem kleineren
Strömungsquerschnitt eingeführt, den es mit hoher Geschwindigkeit und großer Wärmeabgabe passiert. Dabei geht es in den Zustand
der Sättigung mit größerer Massenstromdichte über. Mit höherer Massenstromdichte steigt aber der Druckverlust. Deshalb
wird das in Naßdampf übergehende Kältemittel anschließend in den Bereich mit dem vergrößerten Strömungsquerschnitt geführt.
Hierdurch wird somit abhängig vom Zustand des Kältemittels über die Länge des Wärmeübertragers ein optimaler Wärmeübergang
bei geringem Druckverlust erreicht.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Wärmeübertrager im Längsschnitt,
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Bt/gf
Fig. 2 einen Querschnitt des Wärmeübertragers in seinem Bereich mit großem Strömungsquerschnitt,
Fig. 3 einen (Verschnitt des Wärmeübertragers in seinem
Bereich mit kleinem Strömungsquerschnitt und
Fig. 4 einen Längsschnitt des Wärmeübertragers in seinem Bereich kleinen Strömungsquerschnitts in vergrößerter
Darstellung.
Ein Wärmeübertrager ist aus einem Außenrohr 1 und einem davon koaxial umgriffenen Innenrohr 2 gebildet. Das Außenrohr 1
weist über seine Länge einen gleichbleibenden Durchmesser auf, während sich der Durchmesser des Innenrohres 2 über
seine Länge vermindert. Dabei besteht das Innenrohr 2 aus einem zylindrischen Rohrabschnitt 3 großen Durchmessers,
das über einen kegeligen Rohrabschnitt 4 in einen Rohrabschnitt 5 kleinen Durchmessers übergeht. Hierdurch sind Bereiche
im Wärmeübertrager mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten für das zwischen den Rohren 1 und 2 hindurchzuführende
Kältemittel gebildet.
Im Bereich mit dem erweiterten Strömungsquerschnitt befinden sich auf dem Rohrabschnitt 5 mit dem kleinen Durchmesser
radial stehende und axial sich erstreckende Rippen 6 zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche vom Kältemittel zum
Innenrohr 2 bzw. dem darin geführten Wärmeträger. Dagegen ist um den Rohrabschnitt 3 mit großem Durchmesser ein Draht
in Windungen mit Steigung gewickelt, der zur Verwirbelung des dort strömenden überhitzten Kältemittelgases dient. Der
konische Rohrabschnitt 4 ist in dem Abschnitt angeordnet, in dem das Kältemittel vom überhitzen Zustand in den
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Bt/gf
den Naßdampf-Zustand übergeht. Durch entsprechend lange
Ausbildung des Rohrabschnitts 4 kann dabei auch in diesem Übergangszustand des Kältemittels ein optimaler Wärmeübergang
erzielt und dem Umstand Rechnung getragen werden, daß der Übergangszustand z.B. abhängig von der Temperatur des
Wärmeträgers an unterschiedlichen Orten längs des Wärmeübertragers eintreten kann.
Bei der Verwendung des so aufgebauten Wärmeübertragers als Verdampfer im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe oder Kältemaschine
wird das Kältemittel nach der üblichen Expansion in den Bereich des erweiterten Strömungsquerschnitts zwischen
dem Außenrohr 1 und dem Rohrabschnitt 5 des Innenrohrs 2 eingeführt, dort nimmt es Wärme aus dem im Innenrohr 2 fließenden
Wärmeträger auf und geht fortschreitend in den gasförmigen Zustand mit abnehmender Sättigung über. Es tritt dann in den
verkleinerten Strömungsquerschnitt zwischen dem Außenrohr und dem Rohrabschnitt 3 des Innenrohres 2 über, wo es infolge
wesentlich höherer Geschwindigkeit und entsprechend gesteigerter Wärmeaufnahme schnell überhitzt wird und als reines
Gas dem Kompressor der Wärmepumpe zugeführt werden kann·
Bei Verwendung des Wärmeübertragers als Kondensator wird das
überhitzte gasförmige Kältemittel in entgegengesetzter Richtung zunächst dem verkleinerten Strömungsquerschnitt zugeführt
und geht nach entsprechender Wärmeabgabe an das Wärmeträgermittel in Naßdampf und dabei in den erweiterten Strömungsquerschnitt
über.
Neben den thermodynamisehen Verbesserungen wird auch noch
erreicht, daß lediglich der Rohrabschnitt 5 im Bereich des großen Strömungsquerschnitts aus schwierig herzustellendem
Rippenstrangprofil gefertigt werden muß.
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Claims (6)
- 275795QK-155 22.12.1977Bt/gfPatentansprüchejWärmeübertrager zum Verdampfen oder Kondensieren von Kältemittel im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe, in dem das Kältemittel als Naßdampf und entfernt davon als überhitztes Gas auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Strömungsquerschnitt für das Kältemittel im Nafesdampfbereich größer als im Bereich für das überhitzte Gas ist.
- 2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei koaxial angeordnete Rohre (1,2) vorgesehen sind, von denen das eine durchgehend gleichen und das andere einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser aufweist.
- 3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des erweiterten Rohres (2) kontinuierlich vom kleinen auf den großen Durchmesser erweitert.
- 4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Rohre (3,5)ungleichen Durchmessers ein kegeliger Rohrabschnitt (4) mit entsprechenden Enddurchmessern eingesetzt ist.909826/0419ORIGINALK-155 22.12.1977Bt/gf
- 5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der fol genden, dadurch gekennzeichnet, daß im erweiterten Bereich des Strömungsquerschnitts Wärmetauschrippen (6) am inneren Rohr (5) vorgesehen sind.
- 6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt im Bereich für das überhitzte Gas Verwirbelungselemente (7) angeordnet sind.6/0419
Priority Applications (4)
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- 1978-12-15 DK DK566378A patent/DK566378A/da not_active Application Discontinuation
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