DE804327C

DE804327C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE804327C
Application number: DEP20570A
Authority: DE
Inventors: Pieter Hajo Clay
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1945-08-29
Filing date: 1948-11-04
Publication date: 1951-04-19

Description

Wärmeaustauscher Die vorliegende Ertindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, in (lern ein flüssiges oder gasförmiges Mittel dauernd oder absatzweise durch einen oder mehrere parallel zueinander liegende schlitzförmige Kanäle strömt, wobei die breiten Wandflä clien der Kanäle, die dem Mittel Wärme abgeben oder ihm Wärine entziehen, mit in gleichen Abständen voneinander liegenden parallelen Nuten versehen sind. die mit der Hauptströmungsrichtung des Mittels einen Winkel einschließen und sich an den einander gegenüberliegenden \\'andflächeri kreuzen.
Wärmeatistauscher dieser Art sind bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist aber der Widerstand, den das Mittel beim Durchströmen durch die Vorrichtung erfährt, verhältnismäßig groß. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die zwischen den Nuten liegenden Teile der Wandflächen einander gegenüberliegender Kanalwände einander berühren.
Zwecks Herabsetzung des Widerstandes weist die Vorrichtung nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß die zwischen den Nuten befindlichen Teile einander gegenüberliegender Wandflächen in einer Entfernung voneinander liegen, die wenigstens '/s der Nuttiefe und nicht größer als das Zehnfache, vorzugsweise nicht größer als das Fiinffache der Nuttiefe ist. Dabei wird gleichzeitig der Überraschende Erfolg erreicht, daß die Wärmei.ibertragungseigenschaften der Vorrichtung wesentlich bessere sind als die der bereits bekannten Bauarten. Dies ist vielleicht auf den Umstand zurückzuführen, daß infolge des Vorhandenseins der Uten in den in einigem Abstand voneinander entfernten Wandflächen der Kanäle das durchströmende Mittel in eine starke `Wirbelbewegung gebracht wird. Ferner beteiligt sich ein größerer Teil der Wandflächen als bisher wirksam an der Wärmeübertragung. Auch werden bei einer gegebenen Pumparbeit und bei vorgeschriebenen Wärmeübertragungseigenschaften die für die Vorrichtung benötigte Materialmenge und die erforderliche Oberfläche sehr gering. Die Nuten in den Wänden können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die ausgenuteten Wandflächen können z. B. aus dünnem, gekrümmten plattenförmigem Werkstoff gebildet sein; die Rillen können aber auch auf einem plattenförmigen Werkstoff befestigt oder es können Nuten in einem genügend starken plattenförmigen Werkstoff angebracht sein.
Es ist günstig, wenn der spitze Winkel zwischen der Nutrichtung und der Hauptströmungsrichtung des Mittels wenigstens 1s°, vorzugsweise,wenigstens 30° und höchstens 75° beträgt. Diese Maßnahmen fördern offensichtlich die für die Wärmeübertragung günstige Wirbelbewegungen des Mittels.
Besonders günstige Ergebnisse lassen sich erfindungsgemäß erzielen, wenn von jedem schlitzförmigen Kanal wenigstens eine der breiten Wandflächen außerdem mit weiteren zueinander parallelen Nuten versehen ist, deren Abstand wenigstens das Dreifache des Abstandes der anderen Nuten beträgt; die Querschnittfläche jeder Nut sollte hierbei wenigstens das i'/2fache der Querschnittfläche der anderen Nuten betragen, wobei die Nuten mit der größeren Querschnittfläche einen kleineren spitzen Winkel mit der Hauptströmungsrichtung einschließen als die Nuten mit der kleineren Querschnittsfläche. Auf diese Weise wird die Wirbelbildung in hohem Maße begünstigt, was für die Wärmeübertragung sehr vorteilhaft ist; anscheinend werden die Wirbel, die infolge des Vorhandenseins der Nuten mit kleinem Abstand an den Wandflächen der Kanäle erzeugt werden, besser verwertet. Die Entstehung dieser Wirbel läßt sich noch weiter begünstigen, wenn entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden einander gegenüberliegenden breiten Wandflächen jedes schlitzförmigen Kanals mit den weiten Nuten versehen sind, diese Nuten auf einander gegenüberstehenden Wandflächen einander gegenüberliegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Querschnittprofil der Nuten mit kleinem Abstand nicht symmetrisch; dadurch ergeben sich Wandoberflächen mit noch günstigeren Wärmeübertragungseigenschaften. Die Wärmeübertragung ist bei Anwendung unsymmetrischer Profile für die Nuten am größten, wenn das durchströmende Mittel beim Einströmen die steilste Wand jeder Nut zuerst trifft.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. i ist eine Draufsicht auf einen Teil der Wandfläche eines schlitzförmigen Kanals eines nach der Erfindung ausgebildeten Wärmeaustauschers; Fig. 2 zeigt einen Teil eines solchen schlitzförmigen Kanals im Querschnitt gemäß der Linie I1-11 der Fig.i; Fig. 3 ist eine schaubildliche Darstellung eines Wandteiles mit Nuten unsymmetrischen Profils; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt senkrecht zu der Nutrichtung der Stellung nach Fig. 3.
Die Wand i des Wärmeaustauschers besteht aus einem verhältnismäßig dicken plattenförmigen Werkstoff, in dem die in gleichen Abständen voneinander liegenden Nuten 2 z. B. durch Fräsen erzeugt sind; die Kanäle werden also durch Aussparungen des plattenförmigen Werkstoffes gebildet. Die Nuten bilden mit der Hauptströmungsrichtüng 3 des durch den schlitzförmigen Kanal strömenden Mittels einen Winkel von 30° und haben einen gegenseitigen Abstand a von i mm. Außerdem sind Nuten 4 vorhanden, die gleichfalls in gleichem Abstand voneinander liegen, aber deren Abstand b = 3,50 mm beträgt, das ist also das 3,5fache des Abstandes a der anderen Nuten. Die Querahmessungen jeder Nut 2 (c und d) betragen 0,2 mm und 0,2 mm, die jeder Nut 4 (e und f) o,5o mm und 0,40 mm. Der Durchtrittsquerschnitt der Nuten 2 und 4 beträgt daher 0,04 mm2 bzw. 0,2 mm2. Die Nuten 4 schließen mit der Hauptströmungsrichtung 3 einen kleineren Winkel ein als die Nuten 2.
Der schlitzförmige Kanal nach Fig.2 wird von den beiden Wänden i und 5 begrenzt. Die Nuten 4 mit dem größeren Abstand liegen auf den einander gegenüberstehenden breiten Wandflächen des Schlitzes einander gegenüber und verlaufen parallel. Die Nuten 2 dagegen kreuzen sich auf den Oberflächen der Wände i und 5. Der Abstand der einander gegenüberliegenden Wandflächen zwischen den Nuten beträgt wenigstens '/s der Tiefe der Nuten 2, im vorliegenden Falle 0,2 mm. Die Anordnung nach den Fig, i und 2 ist hinsichtlich ihrer Ausmaße genügend widerstandsfähig, um als Erhitzer oder als Kühler in einem Heißgasmotor zu dienen. Bei anderen Anwendungen, wie z. B. in Luftvorerhitzern für Dampfkessel, sind die Abmessungen im allgemeinen ganz andere.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 besteht die Wand 6 aus einem plattenförmigen Material, aus dem die Nuten 7 ausgebogen sind. Die Nuten haben ein unsymmetrisches Profil mit einer in diesem Falle steilen `'Fand 8 und einer weniger steilen Wand g. Die Richtung io des durchströmenden Mittels und die Richtung der Nuten ist derart gewählt, daß das Mittel beim Einströmen die steile Wand 8 zuerst trifft, was die günstigsten Wärmeübertragungseigenschaften mit sich bringt. Es ist einleuchtend, daß auch diese Wandfläche noch mit einem anderen Nutensystem mit größerem Abstand und größerer Querschnittfläche als die Nuten 7 versehen werden kann, wobei die anderen Nuten mit der Hauptströmungsrichtung io einen kleineren Winkel einschließen als die Nuten 7.

Claims

PATENTANSPRC (: ?i !:: i. Wärmeaustauscher, in dem ein flüssiges oder gasförmiges Mittel dauernd oder absatzweise durch einen oder mehrere parallele schlitzförmige Kanäle strömt, deren breite Wandflächen, die dem Mittel Wärme abgeben oder ihm Wärme entziehen. mit in gleichen Abständen voneinander liegenden parallelen Nuten versehen sind, die mit der Hauptströmungsrichtung des Mittels einen Winkel einschließen und sich auf einander gegenüberliegenden Wandflächen kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Nuten befindlichen Teile einander gegenüberliegender Wandflächen in einem Abstand voneinander liegen, der wenigstens '/s der Nuttiefe und vorzugsweise nicht größer als das Zehnfache, zweckmäßig nicht größer als das Fünffache der Tiefe dieser Nuten ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel zwischen der Nutrichtung und der Hauptströmungsrichtung des Mittels wenigstens i S', vorzugsweise wenigstens 5o° und höchstens 75° beträgt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der breiten Wandflächen eines jeden schlitzförmigen Kanals außerdem mit weiteren zueinander parallelen Nuten versehen ist, deren Abstand wenigstens das Dreifache des Abstandes der anderen Nuten beträgt, wobei die Querschnittfläche jeder Nut wenigstens das i1/2fache der Querschnittfläche der anderen Nuten ist und diese Nuten mit der Hauptströmungsrichtung des Mittelseinen kleineren spitzen Winkel einschließen als die anderen Nuten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der die beiden einander gegenüberliegenden Wandflächen jedes schlitzförmigen Kanals mit den weiteren Nuten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Nuten auf gegenüberstehenden Wandoberflächen einander gegenüberliegen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Querschnitts der Nuten mit dem kleineren Abstand unsymmetrisch ist, vorzugsweise derart, daß das durchströmende Mittel die steile `Fand jeder Nut zuerst trifft.