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Wärmeaustauscher Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauschapparate,
die dem Wärmeaustausch zwischen zwei fließenden Mitteln (Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten)
oder dem Wärmeaustausch zwischen einem durchfließenden Mittel und einem lieizutigs-
oder Kühlungselement dienen können.
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Die Erfindung ist anwendbar zum Beispiel auf alle Arten von `Värineaustauscherti,
die in der chemischen Industrie und in der Ölraffinerie und Verwandten Industrien
verwendet werden, für alle Heizungs- und Kiiltlutigszwecke, für Verdampfer, Kondensatoren,
Dampfkessel und Zubehör, Kühler für Verbrennungskraftmaschinen u. dgl. mehr.
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Die Idee, die vorliegender Erfindung unterliegt, ist auf Phänomene
ini Wärmeübergang in ein oder von einem fließenden Mittel basiert, auf die klarheitshalber
kurz eingegangen werden soll, bevor zu der Beschreibung der Erfindung selbst geschritten
wird.
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Der Wärmeübergang zwischen einem Mittel und den Wänden, zwischen denen
es fließt, findet hauptsächlich mit den Schichten des Stromes statt, die den Wärmeaustauschwänden
benachbart fließen, während die von den Wänden entfernt fließenden Schichten, d.
1i. die inneren Schichten des Stromes, an dem Wärmeaustausch nur in kleinem Ausmaß
teilnehmen.
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Das ist damit begründet, daß in den meisten Fällen der Wärmefluß innerhalb
des Mittels selbst nur zum kleinsten Teil durch Wärmeleitung vor sich geht, besonders
bei Gasen, und sich daher der Wärmefluß in die oder von den inneren Flußschichten
des Stromes durch die Fortbewegung und Mischung von Teilchen, die z. B. eine höhere
Temperatur
bekommen haben (Wärmekonvektion), abspielt.
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In Kanälen mit irgendwelcher Querschnittsform finden sogar bei Flußgeschwindigkeiten,
bei welchen große Turbulenz herrscht, die Wirbel zum größten Teile nur in dünnen
Schichten statt, die den Kanalwänden benachbart fließen, während die Wirbel mit
wachsendem Abstand von den Wänden zur Mitte des Stromes zu sehr rasch abfallen.
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Daher findet gegenseitige Mischung von Teilchen des :Mittels hauptsächlich
in diesen dünnen Schichten in der Nähe der Wände statt, während in den Mittelschichten
eines Stromes kaum gegenseitige Mischung der Teilchen stattfindet, so daß, besonders
für schlecht wärmeleitende -Mittel, die mittleren Stromschichten kaum an einem Wärmeaustausch
teilnehmen.
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Aus derÜbersicht ergibt sich, daß sogar bei stark turbulenter Strömung
in den mittleren Stromschichten überhaupt kaum gegenseitige Mischung (ler Teilchen
des Mittels stattfindet, während in den stark durchwirbelten dünnen Schichten in
Wandnähe drei vom Wärmeübergangsstandpunkt verschiedene Arten von Mischungen stattfinden,
nämlich i. Gegenseitige Mischung derjenigen Teilchen, die schon am Wärmeübergang
teilgenommen haben, z. gegenseitige Mischung derjenigen Teilchen, die noch nicht
am Wärmeübergang teilgenommen haben, welche beiden Arten von Mischung für die Förderung
des Wärmeüberganges nutzlos sind, und 3. gegenseitige Mischung von Teilchen, die
schon am Wärmeübergang teilgenommen haben, und solchen, die noch nicht am Wärmeübergang
teilgenommen haben, welch letztere Mischungsart nur in kleinerem Ausmaße vorkommt,
aber die einzige ist, die für den Wärmeübergang von Nutzen ist.
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Infolgedessen werden beim Austritt von einem Kanal eines Wärmeaustauschers
die Schichten, die in unmittelbarer Wandnähe geflossen sind, eine viel größere Temperaturveränderung
im Vergleich zur _-nfangstemperatur erfahren haben als die mittleren Stromschichten,
so daß das Temperaturmittel über den Austrittsquerschnitt genommen zwar einen gewünschten
Wert ergeben mag, die einzelnen Stromschichten selbst aber sehr ungleich an dem
`Wärmeaustausch teilgenommen haben werden.
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Da die in Wandnähe fließende Stromschicht eine Temperaturveränderung
erfahren hat, die weit über die der gewünschten Mitteltemperatur beim Austritt zugeordneten
Veränderung hinausgeht, wird die Temperaturdifferenz zwischen den in Wandnähe fließenden
Schichten der beiden, am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittel, über einen großen
Teil des Stromweges bis zum Austritt auf viel kleinere Werte fallen, als zur Erreichung
der gewünschten Austrittstemperatur in der in Wandnähe fließenden Schicht nötig
wären, so daß daher der Mittelwert der Temperaturdifferenz durch die Wärmeaustauschwand,
über die Gesamtfläche genommen, sehr klein ist und damit auch der davon abhängige
Wärmeaustausch pro Flächeneinheit der Trennwand pro Einheit der Differenz zwischen
den mittleren Temperaturen der Mittel, die am Wärmeaustausch teilnehmen, sehr klein
ist.
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Um Übertragungen von bestimmten Wärmemengen in Wärmeaustauschkanälen
zu erzielen, sind aus den oben angedeuteten Gründen unverhältnismäßig große Flächen
von \\'ärineaustauschwand erforderlich, während beim Austritt von solchen Kanälen
doch die Temperaturverteilung über den Strc»nduerschnitt Min allgemeinen sehr ungleichmäßig
ist.
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Weiterhin werden trotz der verhältnismäßigen Wirkungslosigkeit von
großer Turbulenz in vielen jetzigen Konstruktionen dadurch bedingte große Druckverluste
der durchfließenden Flüssigkeiten in Kauf genommen, und das gleiche läßt sich für
die sehr engen Wärmeaustauschkanäle sagen, die in vielen Konstruktionen vorkommen,
bei welchen noch der zusätzliche Nachteil vorkommt, daß unbewegliche Flüssigkeitsschichten,
die der Wand anhaften, durch die grolle Nähe der gegenüberliegenden Wand verdickt
werden, und dadurch die wärniefltißliinderideWirkung solch unbeweglicher Schichten
verstärkt wird.
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Die Erfindung ermöglicht, 1@'"ärineaustauscher zu schaffen, bei denen
bei einem Mittel, das an einer Wärmeaustauschwand entlang fließt, die Stromschichten
so geführt werden, daß die Temperaturdifferenz durch diese Wand zu einem zweiten,
am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittel Tiber die ganze Oberfläche der \\@ärnieau-;tatiscliwan<i
relativ hoch gehalten wird, so daß der Mittelwert des Wärmedurchganges pro Oberflächeneinheit
der Trennwand pro Einheit des Unterschiedes der mittleren Temperaturen der beteiligten
Mittel im Vergleich zu bisherigen Konstruktionen beträchtlich vergrößert wird, und
bei welchen weiterhin alle Stromschichten beim Durchfluß ungefähr gleiche Temperaturveränderungen
erfahren können.
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Dies kann sowohl für Ströme, die innerhalb von Wärmeaustauschkanälen
mit in sich geschlossenem Querschnitt fließen, z. B. in Röhren, sowie für Ströme,
die außerhalb von Wärmeaustauschelementen fließen, z. B. um die Außenseiten von
Rohren eines Bündels, oder auch für Fälle von Wärmeaustausch zwischen zwei Mitteln
erreicht werden, von denen eins nur eine kleine spezifische Wärme je Voluineinheit
hat, verglichen mit den anderen am Wärmeaustausch beteiligten Mitteln, oder in welchen
eines der Mittel nur eine Temperaturveränderung erfahren soll, die sehr klein ist
im Vergleich mit der, die <las zweite-littel erfahren soll.
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Die Erfindung sieht nun an mindestens einer Stelle des Stromes eines
-Mittels eine Führungsvorrichtung vor, welche Schichten des Mittels, die bis dahin
in unmittelbarer Wandnähe fließen und ihren Teil am Wärmeaustausch genommen haben,
von der Wärmeaustauschwand Nvegführt und welche andere Schichten, die noch nicht
in Wandnähe geflossen sind und daher noch fast ihre ursprüngliche Temperatur haben
können, in die Nähe der Wärmeaustauschwand führt. Ein solcher Schichtenaustausch
kann
z. 13. bewirken, erstens, daß dieTeinperatur der in Wandnähe fließenden Schicht
nicht über den beim Austritt gewünschten Wert hinaus verändert wird, was ohne diesen
Schichtenaustausch vorkoniinen müßte. um die erwünschte Austrittsinitteltemperatur
zu erreichen, und wodurch die Temperaturdifferenz durch die Wärineatistauschwand
beim weiteren hluß unnötig verkleinert werden würde, und zweitens, daß durch das
Inwandnähebringen einer Schicht mit fast der Eintrittstemperatur des Mittels die
Temperaturdifferenz durch die Wand wieder fast auf ihren ursprünglichen Größtwert
gebracht wird.
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Mittel, die solchen Schichtenaustausch bewirken, können beliebig oft
liings des Stromweges eines Mittels angebracht werden, so daß dadurch die Temperaturdifferenz
durch die Wärmeaustauschwand im Mittelwert über die Gesamtwandoberfläche viel höher
als in bisherigen Konstruktionen gehalten wird, wodurch auch der mittlere Wärinedurchfluß
pro Oberflächeneinheit der Austauschwand pro Einheit der Differenz zwischen den
mittlcreii Temperaturen der am Wärmeaustausch beteiligten beträchtlich Höher als
bei bisherigen Konstruktionen wird.
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1)icse positiven `1'irkuiigen von Schichtenatistatischvorrichtungen
nach der Erfindung können in l,estimmten Beispielen noch erhöht werden durch weitere
Phänomene, insbesondere mit Bezug auf die Geschwindigkeitsverteilung in den in Wand-el
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enden Schichten und auf die Verkleinei 'ilie fließ rung des Mittelwertes der Dicke
der der Wand anhaftenden unbeweglichen Schichten, die wärmeisolierend wirken, auf
die aber hier nicht weiter eingegangen werden kann.
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Uni einen für den `Wärmeaustausch sehr wirkungsvollen Schichtenaustausch
zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß eine Schicht des Mittels, die unmittelbar an
der \,\,'äi-ineatistauschwaiid fließt, von dieser abgeleitet wird auf der gesamten
benetzten Querausdehnung der Wärmeaustauschwand (für eine Wärmeaustauschwand, die
einen geschlossenen, innen von einem Mittel durchflossenen Kanal bildet, bedeutet
das, daß eine solche Schicht auf dein ganzen Umfang eines Flußquerschnittes von
dieser abgeleitet wird), und zwar ohne bevorzugte Positionen längs der Querausdehnung
dieser Schicht. Das ist nötig, um keine Stauungen oder beträchtliche Verkleinerungen
der Flußgeschwindigkeit in einem Teil der Schicht hervorzurufen, weil solche Stauungen
oder Geschwindigkeitsverkleinerungen sich gegen die Flußrichtung weit entlang der
Wärineatistatischwand erstrecken würden. Tiber die betreffenden Teile der Wärmeaustauschwand
unbewegliche Schichten des Mittels bilden würden, die betroffenen Teile der Wand
dadurch für den Wärmeatistatisch größtenteils außer Aktion setzen würden und somit
den mittleren Wä rmedurchfluß pro \-@'and.fläclie und Teinperaturunterschiedseinheit
heruntersetzen würden.
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Um alles dieses zu erreichen, wird dieser Erfindung gemäß ein Wärmeaustauschapparat
mit mindestens einer Wand, durch welche Wärmeaustausch mit mindestens einem an dieser
Wand entlang fließenden Mittel stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
an einer Stelle des Stromes des Mittels eine Schichtenaustauschvorrichtung angeordnet
ist, welche mindestens eine erste Leitfläche umfaßt, die an der ganzen Querausdehnung
der Wärmeaustauschwand beginnt, sich von der ganzen Querausdehnung der Wärmeaustauschwand
in den Raum der Fortsetzung des Stromes des Mittels erstreckt und ausschließlich
entfernt von der Wärmeaustauschwand für das die Vorrichtung verlassende Mittel endigt,
und mindestens eine -zweite Leitfläche, die im Strom des Mittels in einer von der
Wärmeaustauschwand entfernten Position beginnt und sich nach einer Wärmeaustauschwand
für das die Vorrichtung verlassende Mittel hin erstreckt, so daß die erste Leitfläche
eine Schicht des Mittels, die in unmittelbarer Nähe der WärmeaustatischNvand fließt,
auf der ganzen Querausdehnung der Wärmeaustauschwand erfaßt und so ablenkt und führt,
daß sie die Schichtenaustauschvorrichtung entfernt von der Wärmeaustauschwand für
das die Vorrichtung verlassende Mittel verläßt, während die zweite Leitfläche eine
von der Wärmeaustauschwand entfernt fließende Flüssigkeitsschicht so ablenkt und
führt, daß sie in unmittelbare Nähe der Wärmeaustauschwand für das die Vorrichtung
verlassende Mittel gelangt.
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Weiterhin kann eine Schichtenaustauschvorrichtung in einem erfindungsgemäßen
Wärmeaustauscher dadurch gekennzeichnet sein, daß die erwähnte zweite Leitfläche
zwischen dem Flußquerschnitt gelegen ist, an dessen Peripherie die erwähnte erste
Leitfläche beginnt, und der zur Wärmeaustauschwand normalen Fläche, welche das Ende
dieser ersten Leitfläche enthält, und dadurch, daß diese zweite Leitfläche sich
in dem entlang des Stromes verlaufenden Raume erstreckt, in welchem sich auch die
erste Leitfläche erstreckt.
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Im folgenden werden eine Anzahl Beispiele von Ausführungen der vorliegenden
Erfindung beschrieben mit Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher darstellen: Fig.
i einen Längsschnitt eines ersten Beispiels einer Schichtenaustauschvorrichtung
für ein Mittel in einem Wärmeaustauschkanal, Fig. z und 3 Horizontalschnitte längs
der in Fig. i gezeigten Linien A-A und B-B, Fig. q. und 5 Vertikalschnitte längs
der in Fig. i eingetragenen Linien C-C und D-D, Fig. 6 einen Vertikalschnitt von
einem Röhrenbündel, welches mit einem zweiten Beispiel von Schichtenaustauschvorriclitungen
nach der Erfindung versehen ist, Fig. ; einen Vertikalschnitt von einem Beispiel,
welches die Anwendung der Erfindung innerhalb von Wärrneaustauschröhren illustriert,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie G-G ü1 Fig. 7, l@ ig. 9 einen Vertikalschintt
eines Beispiels, welches die Anwendung der Schichtenaustauschvorrichtung in Kanälen
länglicher Querschnittsform veranschaulicht,
Fig. io eine Horizontalansicht
des Beispiels von l# ig. 9. .
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Die Fig. r bis 5 zeigen eine Schichtenaustauschvorrichtung in Anwendung
tauf einen Wärmeaustatisclier, in welchem plattenförmige Wärineaustauschwände
50 eine Serie von geschlossenen Kanälen bilden, innerhalb welchen eines der
ain 1Värmeaustausch teilnehmenden Mittel fließt, wie iin folgenden beschrieben wird,
während das zweite am Wärmeaustausch teilnehmende Mittel im Querfluß zwischen diesen
Kanälen herfließt. Jeder dieser Kanäle ist innen durch die Trennwände 54 in drei
"Peilkanäle 5i, 52 und 53 eingeteilt, wo im mittleren "Peilkanal 51 das Mittel aufwärts
und in den beiden Seitenteilkanälen 52 und 53, dasselbe Mittel hinunter fließt,
so daß diese Fortsetzungen des Kanals 51 bilden.
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Am gezeigten Ende des Kanals 51 ist ein Rohrstumpf 59 von ungefähr
rechteckiger Querschnittsform angebracht, der durch einen geschlossenen Innenbehälter
55 führt. Von diesem Innenbehälter 55 führen zwei kleine rechteckige Rohrstümpfe
56 und 57 abwärts und reichen in die Eintrittsenden der Fortsetzungskanäle 52 und
53 hinein. Eine Öffnung 58 um den inneren Rohrstumpf 59 erlaubt der äußeren Schicht
des Mittels im Kanal 51 in den Iratenbehälter 55 zu fließen, während die innere
Schicht des Kanals 51 durch Rohrstumpf 59 in den äußeren Behälter 6o fließt, welcher
mit den Wärmeaustauschwänden 5o der Fortsetzungskanäle verbunden ist und den Innenhehälter
55 umgibt.
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Der Querschnitt der erwähnten Rohrstümpfe hat die gleiche Form--wie
der Querschnitt des zugehörigenKanals 51 bzw. 52 bzw. 53, ist aber kleiner als dieser
Querschnitt.
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Die erste Leitfläche erfaßt an ihrem Anfang eine an der Wärmeaustauschwand
erntlang fließende, über die gesamte Peripherie eines Flußquerschnittes am Ende
des Kanals 51 sich erstreckende Schicht, bildet die Innenfläche des Behälters 55
und endigt in den Innenflächen der Rohrstümpfe 56 und 57, entfernt von den Wärmeaustauschwänden
der Fortsetzungskanäle 52 und 53, und zwar endigt diese erste Leitfläche, dem Strome
folgend gerechnet, nur auf einer Seite der flußschneidenden Fläche, von dessen Peripherie
an Kanalwand 51 sie begann, wo diese letzterwähnte Schnittfläche für diese
Periplierie die kleinste ist.
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Die zweite Leitfläche beginnt mit der Innentläche des Rohrstumpfes
59, entfernt von der Wärmeaustauschwand des Kanals 51, bildet einen Teil der Außenfläche
des Behälters 55 und einen Teil der Innenfläche des äußeren Behälter 6o, der sich
den Wärmeaustauschwänden der Fortsetzungskanäle 51 und 52 hin erstreckt und mit
diesen verhunden ist.
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feie Vorrichtung wirkt wie folgt: Wenn zum Beispiel ein zu kühlendes
Mittel den Mittelkanal 5 t hinauffließt, werden dessen äußere Flußschichten an einer
Stelle, an welcher sie die gewünschte Temperatur durch Wärmeaustausch durch die
\\'ätlde 5o bereits erreicht haben (s. Einzelpfeile 62 im Kanal 5i), mittels d(-,
passend bemessenen Rohrstumpfes 59 von den inneren F lußschichten, die noch kaum
am @-'@@ärmeaustausch teilgenommen haben (s. Doppelpfeile 61 im Kanal 5i), getrennt.
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Die äußeren Flußschicliten fließen nun in den Innenbehälter 55 und
werden durch die Rohrstümpfe 56 und 57 als Innenscliicliteii des l# lusses in die
Kanäle 52 und 53 einge@ülirt (s. l:üizellifeile 62 in den K2inäleti s 2 und 53),
während die inneren Mußschichten, die noch kaum am @Värmeaustau sch teilgenommen
haben. durch den Rohrstttnipf s9 in das Geli:itise 6o fließen, von wo sie um Behälter
55 herum als Außenflußschichten in die Kanäle 52 und 53 eintreten.
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Somit nehmen die früheren Innenschichten, die noch fast die ursprüngliche
Temperatur des zu kühlenden Mittels haben werden, nun mit fast der Grö ßttemperaturdifferenz
durch Wand 5o auch ani Wärmeaustausch teil. wodurch, wie schon beschrieben, der
Wärtnedurclifluß pro Flächeneinheit von Wand 5o pro Einheit der Differenz zwischen
den ltitteltemperaturen der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittel beträchtlich
vergrößert wird.
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Wie erwähnt, können solche Kanäle mit Schichtenaustauschvorrichtungen
die Elemente eines Querflußkühlers bilden, um ein Beispiel zu nennen.
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l,' ig. 6 zeigt eine Schichtenaustauschvorrichtung nach der Erfindung
in Anwendung auf einen Wärnieaustauscher, der aus einem Bündel von Röhren 7 i und
73 besteht. durch welche ein Wärmeaustauschmittel fließt, und aus einem meist zylindrischen
Außengehäuse 76, welches an beiden I#.ndeii durch Endplatten 79, in die die Röhren
eingelassen sind, geschlossen ist und durch welches um die Röhren herum ein zweites
Wärmeaustauschmittel fließt. Die Vorrichtung ist für Scliichtetiaustauscli des in
den Röhren fließenden Mittels gedacht und ersetzt den bei einer solchen Konstruktion
sonst üblichen Endbehälter, in den die Röhren münden, so daß sie als Zusatzkonstruktion
zu bestehenden Wärnieaustauschern dieser Art verwendet werden kann.
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Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter 70, mit welchem die Röhren
71 der <itißerei Reihen des Jliindels in Verbindung stellen, in
welchem Behälter 70 ein intinerer Behälter 72 untergebracht ist, ntit (lern
die Röhren 73 der inneren Reihen des Bündels in Verbindung stehe°@i. Weiterhin er-:trecken
sich von (lern inneren lieliiilter 72 mehrere Rolirstünipfe 7 4 von kleinerem Durchmesser
als dein der Wärmeaustauschröhren zu den Eintrittsenden der äußeren Röhren
71, während weitere Rohrstumpfe 75 sich durch diesen Innenbehälter 72 hindurch
in die Austrittsenden der inneren Röhren 73 erstrecken, deren Innenräume finit dein
lZaume des Behälters 70 verbunden sind.
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Ähnlich, wie für das vorhergehende Beispiel beschrieben, gehören die
Innenflächen desBehälters 72 und der Rohrstümpfe 7 4 zur ersten Leitfläche, die
an den Austrittsenden der Röhren 73 Schichten erfaßt. die sich je Tiber die gesamte
Peripherie eines
\tisti-ittscncles erstreckt, wobei die Fläche entfernt
von den Wärmeaustauschwänden der Röhren 71 endigt, während die Innenflächen der
RohrstÜmPfe 75 und des Außenbehälters 70 zur zweiten Leitflüche gehören,
die entfernt von den Wärmeaustauschwänden der Röhren 73 mit den Innenflächen der
Stumpfe 75 beginnt und über die Innenfläche des Behälters 70 sich an clie Wärmeaustausc
iiwände der Ruhren 71 anschließt.
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Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: In den inneren Röhren 73 des
Bündels, in welchen das in Frage stehende Mittel aufwärts fließt, werden die Außenschichten
(s. Doppelpfeile 77) an einer Stelle, bei welcher sie z. ß. die gewünschte Endtemperatur
erreicht haben, durch die passend bemessenen RchrstÜmPfe 75 von den Innenschichten
(s. Pfeile 78) getrennt. Die inneren Schichten. die noch kaum am Wärmeaustausch
teilgenommen haben, werden durch die Rohrstümpfe 75 in den Außenbehälter 70 geleitet
und fließen dort um die Innenbehälter 72
herum und als äußere Flußschichten
in die Röhren 71 des Bündels, in denen das Mittel herunterfließt. Gleichzeitig
werden idie in den Röhren 73 fließenden Außenschichten in den Innenbehälter 7= geleitet,
von wo sie durch die Rohrstümpfe 74 nun als Innenschichten in die Röhren
71 fließen. Damit ist der Schichtenaustausch, die die oben b;-schriebetien
\-orteile finit sich bringt, durchgeführt.
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ln einem weiteren Beispiel können die früheren :iußeren Schichten
voti ihrem Behälter 72 aus durch ein :\ustrittsrolir den Al)parat verlassen, während
die' früher inneren Schichten wie vorher in die Fortsetzungsröhren 71 des
Behälters 7o ausgeführt werden.
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Das iin folgenden beschriebene Ausführungsbe islliei einer Schichtenaustauschvorrichtung
ist geilacht für Anwendung in Kanälen von beliebiger Querschnittsform. ist aber
besonders passend für Benutzung innerhalb von Wärmeaustauschröhren finit Kreisquerschnitt,
wie es in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist.
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In dem durch die F'-. 7 und 8 dargestellten Beispiel bezeichnet 9o
das Wärmeaustauschrohr, in welchem ein Mittel fließt und um welches das zweite am
Wärmeaustausch beteiligte Mittel fließt.
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Die Schichtenaustauschvorrichtung in Rohr 9o umfaßt die beiläufig
konisch nach unten konvergente .\bleitwand <i, die an der Wärmeaustauschwand
co beginnt und welche die in Richtung des Stromes und nach außen gerichteten, mit
einer Eintrittsöffnung 92' und einer Austrittsöffnung 92" versehenen Düsen 92 aufweist,
die z.13. in die konische Leitwand 9i gestanzt sein können.
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Die Innenseite der Ableitwand 9i bildet die erste Leitfläche, die
an dem gesamten Umfang eines F luß(luerschnittes pi der #N'<irmeaustauschwand
co beginnt, sich von dieser in den Raum der Fortsetzung des Stromes des Mittels
erstreckt und entfernt von dieser Würineatistauschwand eitcfigt. I)ie Innenseite
der Düsen ()2 bildet die zweite Leitfläche. welche Düsen ini Sti-oine des lfittels
in den iler Wärmeaustatischwand entfernten Positionen begilineti und sich zti der
Wärmeaustauschwand für das die Vorrichtung verlassene \1 ittel hin erstrecken.
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Wie in dem gezeigten Beispiel ersichtlich ist, sind die Düsen zwischen
dem Stromquerschnitt gelegen, an dessen Peripherie die erste Leitfläche beginnt,
und derjenigen Fläche normal zur Wärme-;ttistatiSchwand, in der die erste Leitfläche
endigt.
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Diese Vorrichtung funktioniert w-ie folgt: Die \Illenktingswand 9i
lenkt die zunächst äußere Stromschicht, die durch Einzelpfeile 93 bezeichnet i:t,
t-(;ii der Wärmeaustauschwand 9o und des @a-IHM) Umfanges eines Stromquerschnittes
ins Innere des Stromes ab, ohne Stauung an irgendeiner Stelle des Umfanges.
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Während die äußere Schicht von der Wand 9o weggeführt wird, muß sie
um die passend geformte Außenseite der Düsen 92 herumfließen, während die vorerst
nächst innere Schicht, durch Dloppellrfeil 94 bezeichnet, durch diese Düsen hindurch
zu der Wärmeaustauschwand 9o fließen muß wegen des L`berdruckes, der im Innern der
Wand 9i entsteht durch die Ablenkung der Außenschicht dorthin, und wegen der Druckverminderung.
die unterhalb der Ablenkungswand 9t entsteht, weil diese äußere Schicht von der
Wand 9o abgeführt worden ist.
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Da. wie gezeigt, einem jeden Düseneintritt 92' diametral ein Teil
der ersten Leitfläche zwischen zwei Düsen 92 gegenüberliegt, an welchem die Schicht
von der Wärmeaustauschwand allgeleitet wird zur Strommitte, findet eine Art Kolbeneffekt
von diesem Teil der früher in Wandnähe fließenden Schicht auf den gegenüberliegenden
Teil der innen fließenden Schicht statt, welcher diesen in den Düseneintritt drückt.
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Die Wirbel, welche ä) der Wärmeaustauschwand dadurch entstehen, daß
die Innenschicht durch verhältnismäßig enge Düsen dahinfließt, verhindlern, daß
unbewegliche Schichten der Wand anhaften und eine wärmeisolierende Wirkung ausüben.
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Uni alle Stromschichten nacheinander an die Wärmeaustauschwand zu
bringen, kann ein Rohr mit einer Reihe dieser Vorrichtungen versehen sein oder an
einer weiteren Stelle auch eine ähnliche Vorrichtung haben, die genau der in Fig.
6 und 7 illustrierten ähnlich ist, aber so bemessen ist, daß die Schicht, die von
der Außenwand abgelenkt wird, von ungefähr doppelter Dicke ist.
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Fig. c) und io zeigen eine Schichtenaustauschvorrichtung derselben
Art, wie die in Fig. 6 und 7 gezeigte, nur hier in Anwendung in einem Wärmeaustauschkanal,
der von zwei parallelen Platten 8o als Wärmeaustauschwänden begrenzt wird, zwischen
denen, wie gezeigt, ein Mittel fließt und an deren Außenseiten ein zweites am Wärmeaustausch
beteiligtes Mittel fließt. Die Schichtenaustauschvorrichtung umfaßt einander gegenüberliegende
Ableitwände 8i und 85, deren Oberseiten die erste Leitfläche bilden, die jeweilig
auf der gesamten Querausdehnung der Wärmeaustatischwand beginnt.. sich von dieser
in den Raum der Fortsetzung des Stromes des Mittels erstreckt und entfernt von der
\\'ärmeaustauschwand endigt. Auf
diesen sind Düsen 82 und 86 angebracht
(beispielsweise ausgestanzt), deren Innenflächen die zweiten Leitflächen bilden,
die in von der Wärmeaustauschwand entfernten Stellen im Strome des Mittels aus beginnen
und sich bis zur Wärmeaustausch-,vand für das die Vorrichtung verlassende Mittel
erstrecken. Die Düsen 82 und 86 sind zueinander in der Querausdehnung des Kanals
versetzt, so daß der Eintrittsöffnung 82' oder 86' einer jeden Düse ein Stück Ableitwand
85 oder 81, das sich zwischen zwei auf dieser Ableitwand angebrachten Düsen behndet,
gegenüberliegt.
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Die Wirkungsweise dieser Schichtenaustausch-Norrichtung ist analog
der Wirkungsweise des Beispiels der Fig. 6 und 7,. nur daß hier die der Kanal-,vand
unmittelbar benachbart fließende Schicht nicht notwendigerweise an dem ganzen l'nifang
eines Flußquerschnittes von den Wänden des Flußkanals abgelenkt wird, sondern jeweilig
von der gesamten Querausdehnung jeder der einander gegenüberliegenden Wärmeaustauschwäcide.
welche Ableitung der am Wärmeaustausch teilgehabt habenden Schicht ohne Stauung
derselben an einer Stelle doch nur von der Querausdehnung der \\'ä rmeatistauschwand
für die Förderung des Wärmeaustausches wichtig ist.
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Die beschriebene Schichtenaustauschvorrichtung, wie auch vorher beschriebene
Ausführungsarten, müssen nicht notwendigerweise an einer 'Wärmeaustauschwantl befestigt
sein, sondern können dieser auch anliegen, wie es z. B. in einem Plattenwärmeaustauschapparat
der Fall sein kann, der aus Platten mit Zwischenrahmen zusammengesetzt ist und der
zur lZeinigung oder für andere Zwecke in :eine Bestandteile zerlegbar ist.
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Wie man sich aus Fig. 9 und io vorstellen kann. kann eine Hälfte der
gezeigten Vorrichtung, beispielsweise Ableitewand 81 mit Düsen 82, schon eine erfindungsgemäße
Schichtenaustauschvorrichtung bilden, die all einer einzelnen Wärmeaustauschwand,
an der ein Mittel entlang strömt, angebracht ist.
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Schichtenaustauschvorrichtungen der beschriebenen Arten können auch
auf beiden Seiten einer Wärmeaustauschwand verwendet werden, und zwar deichartige
auf beiden Seiten. oder verschiedenartig c auf beiden Seiten.