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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.