DE2938055A1

DE2938055A1 - Vorrichtung fuer den waermetausch

Info

Publication number: DE2938055A1
Application number: DE19792938055
Authority: DE
Inventors: Dietmar Gocht; Jochen Dr.-Ing. 4030 Ratingen Kern; Hubert 4030 Ratingen Lerch; Ing.(grad.) Klaus 4300 Essen Teuber
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1981-04-02
Also published as: EP0025881A2; ES495205A1; ZA805761B; EP0025881A3

Description

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Anmelden Balcke-Dürr AG

Titel: Vorrichtung für den Wärmetausch

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung fur den Wärmetausch zwischen zwei Fluidströmen unterschiedlicher Temperatur, die durch voneinander getrennte Führungskanäle geführt sind, wobei die Führungskanäle senkrecht von einer mehrreihigen Matrix aus Wärmerohren durchdrungen sind.

Bei Wärmetauschern dieser bekannten Bauart mit einer gemeinsamen Trennwand zwischen den beiden Strömungskenälen müssen die ursprünglichen räumlich voneinander getrennten und möglicherweise in verschiedenen Richtungen verlaufenden Strcmungskanäle unter Verwendung von Umlenkungen in einen parallelen Verlauf mit unmittelbarer Berührung gebracht werden. Diese Art der Gestaltung der Strömungskanäle erfordert sowohl einen hohen Materialaufwand als auch einen großen Platzbedarf für die räumliche Führung der Strömungskanäle.

Έίηβ derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der GB-PS 1409872 bekannt. Hierbei sind zwei parallele in Längsrichtung durchströmte Strömungskanäle vorgesehen, die eine gemeinsame Trennwand haben, die von den Wärmerohren durchsetzt wird. Die Zusammenführung zweier Strömungskanäle zu einer solchen Konstruktionseinheit erfordert erhebliche konstruktive Maßnahmen wie z. B. Umlenkungen und Anlaufstrecken, die dazu führen, daß der Platzbedarf für eine derartige Konstruktionseinheit sehr groß wird.

Bei kleinen Temperaturunterschieden zwischen den beiden Fluidströmen können nur weniqe Rohrreihen tn Richtung der Fluidströrne hintereinander angeordnet werden. Wenn große Wärmemengen von einem Fluidstrom auf den anderen Fluidstrom übertragen werden müssen, müssen die erforderlichen Wärmerohre in entsprechend breiten Strömungskanälen nebeneinander angeordnet werden.

Hierdurch ergeben sich sowohl für die Dynamik der Fluidströme als auch für den Materialaufwand der Strömungskanäle ungünstige Verhältnisse von Strömungs-

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ksnaiquerschr.itt zu StrcTijnga^ansluTifang. Durch diesen Umstand wird auch der Platrrbedarf for die ^cnstrukticnssinheit eines derartigen Wärmetauschers iTiverhalünisrrsCig stark vergrößert.

Der Erfindung lieg·: die Ausgabe zugrunde, ein^ Vorrichtung für den Wärmetausch zwischen zwei Fluidströmsn zu scheffen. die bei kompakter Bauweise einen möglichst geringen Reur^bedarf hat und dabei für die Beaufschlagung der ',V^r—.et.-v.jycrifUichi: optimain /ivströmvorhriitniose der Fluidströme sicherstellt.

C:?.te Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs Art dadurch gelbst, daß die (Matrix auf einem Polygon, suf einem Kreis oder auf einem Stern ~ngeorc'ⁿet ist und radisi von den Fluidströrren umströmt ^;st.

Durc¹"¹ d!s53 3rfind^-jngc.cc:r<ä3e Anordnung ergibt sich bei einer definierten T'efe i.rr Matrix eins 8aubr.?!':e tier Matrix von etwa einem Dritte! der Baubreite oirer Matrix mit qer-'jdliniqer Q:j5rerstreckung. Ein weiterer Vorteil der c-rr^nriunnsg'-i.-naOen Vorrichtung zum WrirrT:ei nus·: steht darin, daß die Art der Krei.zupg der beiden Führungskanal für die Fluidströme völiig frei gewählt wnrden kann. Cie Fijhrunqtkanäle können sich in einer Ebene, die jede beliebige LoGC zv/isc-ei Horizontal und vertikal haben kann, unter jedem beliebigen Winkel kreuzen. Inr-gerri-nt hat a;„ ':.; erfindungsgemäße Verrichtung den ^v'ori.e:l, da3 sich ein vergieichsweisu ccinges Bauvolumen mit entsprechend verringert3m iv'sterialaufv/cnc ergibt und bei der Rjhrung der Fijhrungskanäle !-V¹DtP'? Rücksicht suf konstruktive Beschränkung genommen zu werden braucht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Matrix innerhalb der "ührungskanäie exzentrisch angeordnet, wobei der Querschnitt der Führungsfcaräle sich entsprechend dem abnehmenden Volumen der Fluidströme verringert. Auf diese Weise bleibt bei der Zu- bzw. Anströmung die Strömungsgeschwindigkeit d^r in bezug auf die Matrix radial gerichteten Fluidströme .-inqrnrihert alpich. Dnriurch ist eine vclle Austauschlntstung bei kleinsten Druck verlust rjev/ährleistnl.

:Veh-ere Ausführungsbeispiele der Erfindeng sind in der Zeichnung dargestellt ur»d werdsn irr foiaenden näher erläutert:

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ORIGlNAl. INSPECTED

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Es zeigen

Figur 1 den Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Figur 2 den Schnitt II - II nach Fiqv 1,

Figur 3 der; Längsschnitt durch ein? andere Ausführunqsiorrn dsr Erfindung.

Figur 4 die Draufsicht gemäß Figur 3,

Figur 5 den Längsschnitt durch eine weitere Ausfuhr jngr>form der Erfindung

und

Figur 6 die Draufsicht ?uf die Vorrichtung q:?T>ü!3 Fig;.ir 5

Die Vorrichtung besteht aus zwei voneinander getrennten Führungskanälen 1 und Z ζ·.τ Führung der im Wärmetausch stehenden flüssiqen oder gasförmigsn Fluidströme. Der Führungskanal 1 für das V/arme abgeöende Medium ist mit einem ringförmigen Eintrittskansi 3 an einen nicht dargestellten Strörr.imgskanal angeschlossen. Dar Ausgang des Führungskanals 1 mündet in einen Austrittsstutzen 4, der mit dem nicht dargestellten weiterführenden Teil des Strömungskanaies verbunden ist. Mit einen nicht dargestellten Strömungskanal für ri?s Wärme aufnehmende Medium ist der Führungskanal 2 über e^:r.en Eintrittsstutzen 5 verbunden. Der Ausgc^g des Führungcknnols 2 mund.?*, in den 'Konzentrisch in dem Eintrittskansl 3 ds" Fü"»rjr.gs!<"n,a!s I angeordneten Au::- trittskanal 6, der mit dem nicht d?irci-;sttj[tfvi weiterführenden Teil des. Strömungskanales für das Wurme aufnehmende Medium verbunden int. Hiercius ergibt sich die in den Figuren 1 und 3 durch Pfeile dargestellte Strömunqsrichtung der Fluidströme.

Bei der Wärmetauschvorrichtung nach den Figuren 1 und 2 befinden sich der Eintritts-bzw. Austrittskanal 3, 6 des jeweiligen Führungskanal 1, 2 mit dem entsprechenden, nicht dargestellten Strömungskanal auf einer Seite der aus den Führungskanälen 1 und 2 bestehenden Kcnstruktionseinheit.

Die beiden Führungskanäle 1 und 2 rind senkrecht zur Strömungsrichtung der Fluidströme von Wärrncrohren 7 durchdrungen. Solche Wärmerohre sind an sich bekannt. Der Wärmetransport erfolgt durch ein geschlossenes Kreislaufsystem, in welchem dies Wanne von einem Ende des Würrntirohres zu dem anderen geführt wird, indem eine in dem Wärmerohr enthaltene Flüssigkeit verdampft und kondensiert. Der Damof wird an dem erhitzten Ende des Wärmerohres 7

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inr^r^^.'b des Führunrjsk anales 1 erzeug': und strömt zu dem innerhalb des FührunnsksnaJes 2 celerj-npn Ende ces Wäp-nerohres 7. Hier kondensiert der Da-npf und die '<nndrn™-;rti? Hü.^ink^it wird aufgrund der Schwerkraft oder .T-ifcsrund e'er in dsr Ranrizone des Wprmernhres, ζ. B. durch ein Drahtgeflecht ?r<:c?uctn KapiHnrkraft zu dem erhitzten Ende des Wärmsrohres 7 zurückerfuhrt. Zur Erhöhung des Wä'rrr.eübergHnge zwischen dem jeweiligen Fluidstrom und dem rohrseitigen Medium können die Wärmerohre 7 außen berippt werden.

Die Wärmerohre 7 sind zu einer mehrreihigen, im vorliegenden Falle zu einer dreireihigen Matrix 8 zusammengefaGt. Je nach der Höhe der zu übertragenden Wärmeleistung können mehr oder weniger Reihen an Wärmerohren 7 vorgesehen werden.

Die Matrix 8 ist nach den Figuren 1 und 2 auf einem Kreis angeordnet. Die Fluidströme werden in bezug auf den Mittelpunkt dieses Kreise radial geführt. Die UmfGRSLTigsv/ände 9 bzw. IO der Führungskanal 1 bzw. 2 sind in bezug auf die Matrix 8 der Wärnnerohre 7 in der Weiss exzentrisch angeordnet, da3 die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströme in Richtung auf die Stutzen 4 bzw. 5 der Führungskanäle 1, 2 konstant fcteibt. Dadurch ist eine gleichmäßige Durchstrcmung der Matrix 8 gewährleistet. Beim Durchtritt der Fluidströme durch die Matrix 3 ist die Stxömungsrichtung in den beiden Führungskanälen 1 und 2 einander entgigungssetzt. Durch die Umkehrung der Zuführung eines der Fluidströrr.e kann erreicht werden, daß die Fluidscröme die Matrix 8 innerhalb äer ^ührjT.cskanJiie .1 und 2 in gleicher Richtung durchströmen.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist die "Matrix B auf einem regelmäßigen Sechseck angeordnet. Der Führungskanal 1 bzw. 2 verläuft derart exzentrisch zu der auf denn Sechseck angeordneten Matrix 8, dafl der Querschnitt des Führungskanales 1 bzw. 2 zwischen der Matrix 8 und der Umfassungswand 9, 10 sich im Verhältnis der zu--bzw. abnehmenden Volumina der Fluidströme vergrößert bzw. verringert. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmerohre 7 Tier Matrix 8 erreicht. \r\ der Figur 4 sind an jedem Führungskanal. 1, 2 je zwei Eintritts- bzw. Auftrittsstutzen 4, 5 dargestellt. Es können auch mehr als zwei Stutzen vorgesehen werden. Anstelle eines Kreises oder eines Sechssckes kann auch jedes andere Polygon oder auch ein Γeςe^^rrιΓi3igRΓ Stern vorgesehen v/erden.

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ORIGINAL INSPECTED

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Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsform stimmt in ihrem grundsätzlichen Aufbau mit eier Vorrichtung nach den Figuren i und 2 überein. Abweichend sind jedoch Jer Eintritts^anal 3 und der Austrittskanal 6 auf den zwri q^genüberliegond^r, S^i'erc der die Führi.ingskinn'e 1 und 2 umfassenden Konstruktionseinhsit engc-ord:-,»t.

Aus den in der Zeichnung dargestellten Beispielen für den konstruktiven Au^foau der erfindcngsgemäfSen Vorrichtung für den Wämetausch zwischen zwei Fluidströmen ist zv ersehen, risO das Zuss^.rrienführen der Führungskanale aus jeder beliebigen räumlichen Anordnung der Führ.ncsksnäle ohne besonderen Konstruktionsaufwand möglich ist und sich dabei eine sehr kompakte Bauweise der Wärmetauschvorrichtung ergibt.

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OWOtNAL INSPECTED

Claims

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PATENTANMELDUNG

(l·/ Vorrichtung für den V/ärmetausch zwischen zwei Fluidströmen unterschiedlich3r Temperatur, die durch voneinander getrennte Führungskanäle geführt sind, wobei die Führungskanäle senkrecht von einer mehrreihigen Matrix aus WSrmeronren durchdrungen sind, dadurch gekennzeichnet, da3 die Matrix (8) auf einem Polygon angeordnet und in bezug auf d^:.eoeo Polygon radial von den Fluidströmen umströmt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (3) innerhalb der Führungskanäle (1, 2) exzentrisch angeordnet ist, wobei der Qusrschnitt der Führungskanäle (1, 2) sich entsprechend dem abnehmenden Volumen der Fluidströme verringert.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (8) auf einem Kreis angeordnet ist.

£. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (8) auf einem Stern angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daQ die mif den Mittelpunkt der Matrix (8) bezogene axiale Richtung der Fiuidströme gleichgerichtet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Mittelpunkt der Matrix (8) bezogene axiale Richtung der Fluidströme entgegengesetzt gerichtet ist.

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