DE920079C

DE920079C - Waermeaustauscher mit direkten und indirekten Heizflaechen

Info

Publication number: DE920079C
Application number: DEG7482A
Authority: DE
Inventors: Ernst Goebels
Original assignee: ERNST GOEBELS
Current assignee: ERNST GOEBELS
Priority date: 1951-11-22
Filing date: 1951-11-22
Publication date: 1954-11-11

Description

Wärmeaustauscher mit direkten und indirekten Heizflächen Die Erfindung bezieht sich auf Wärrneaustauscher zur Beeinflussung beliebiger Medien, bei denen die Heiz- oder Kühlelemente aus direkten oder indirekten Heizflächen bestehen. Es sind bereits Wärmeaustauscher bekannt, bei denen eine oder mehrere scheibenförmige, von Gasen durchströmte Gitterschichten zwischen von Flüssigkeiten oder Dämpfen durchflossenen Hohlkörpern liegen und diese so nebeneinander angeordnet sind, daß geschlossene Kammern für die hindurchgeführten Medien gebildet werden. Ein anderer bekannter Wärmeaustauscher besteht aus Rippenrohren mit aus der Rippenebene herausgedrückten Flächen, die zur Verhinderung von Grenzschichtbildungen an den Rippenflächen dienen und die Flächen um den Rohrumfang herum ausgestanzt und parallel oder unter spitzem Winkel zu den senkrecht zur Rohrachse zwischen den Rippen zwangläufig hindurchgeführten Luftstrom gestellt sind, zum Zweck, den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers durch Eliminieren der Grenzschicht auf der Lamelle zu bessern. Endlich ist ein Wärmeaustauscher bekannt, bei dem mindestens an einer Stelle des Mediumstromes eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, um Mediumschichten, die in unmittelbarer Wandnähe fließen und ihren Anteil am Wärmeaustausch genommen haben, von der Wärmeaustauschwand weg und dafür andere Mediumschichten in unmittelbare Nähe der Wärmeaustauschwand heranzuführen.
Diese bekannten Wärmeaustauscher weisen folgende Nachteile auf Während nach der vorher erwähnten ersten Ausführungsform einerseits geschlossene Heizkammern aus durchbrochenen Schichten wärmeleitenden Stoffes gebildet und durch Verwendung von Turbulenzgittern bei Längsströmung kein senkrechtes Herantragen der Medienteile an die Wärmeübergangsfläche, sowie bei Querstrom, wenn große Heizfläche erstrebt wird, sich der Widerstand beträchtlich erhöht, was bei der Forderung von geringem Widerstand eine kleinere Heizfläche zur Folge hat, soll andererseits der Wirkungsgrad durch Eliminieren der Grenzschicht auf der Lamelle gebessert und durch eine andere Bauart die Leistungssteigerung durch Spaltung der Strömungsschichten mittels einer Führungsvorrichtung dadurch erzielt werden, daß die noch nicht völlig auf Durchschnittstemperatur gebrachten Medienteile, die abseits der direkten Heizfläche flossen, an die direkte Heizfläche herangetragen wurden. Durch diese bekannten Wärmeaustauscher konnte jedoch weder höchstmögliche Leistung gewährleistet, noch ein. erheblicher Druckabfall vermieden werden.
Diesen Nachteilen soll durch die Erfindung abgeholfen und unter Erzeugung von Konvektionsströmen, vermöge der Turbulenz, eine bisherige Werte um ein Vielfaches überragende Leistungssteigerung des Wärmeaustauschers dadurch erzielt werden, daß die Heizflächen beiderseits mit in der Medienströmungsrichtung liegenden und von der Stirnseite beströmten, vorzugsweise, in Stirnansicht gesehen, rhombusförmigen Vorsprüngen versehen sind, wobei die glatten Flächen, an denen diese Vorsprünge enden, vorzugsweise senkrecht zur Grundlinie des Wärmeaustauschers verlaufen, so daß dem Medium infolge der ihm zugekehrten Stirnflächen ohne Durchflußwiderstandserhöhung eine intensiv homogene Turbulenz aufgezwungen wird. Die glatten Flächen, an denen die genannten Vorsprünge und Ausbuchtungen enden, können außer in senkrechter Richtung, in beliebigem Winkel zur Grundfläche des Wärmeaustauschers verlaufen, und die Stellen, an denen die Medien angreifen, sind haarscharf zugespitzt. Diese Vorsprünge können Pyramiden- bzw. Halbpyramidenform aufweisen und werden von den Medien gegen den größten Querschnitt beströmt. Die Anordnung der Vorsprünge und Ausbuchtungen erfolgt vorzugsweise in polygonaler bzw. wechselseitiger Folge. Durch diese Bauart wird die zunächst laminare in eine darauffolgende turbulente Strömung gezwungen und so ein fortwährendes Herantragen der zu beeinflussenden Medien an die Heiz- bzw. Kühlflächen des Wärrneaustauschers und somit die beabsichtigteLeistungssteigerung bewirkt. Ein Druckabfall entfällt infolge Verwendung dünner Lamellen, , da ungünstige Widerstände nicht vorhanden sind.
Der Gegenstand der Erfindung ist in einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen, Fig. i bis 13, dargestellt. Es zeigen Fig. i bis 5 einen Wärmeaustauscher zur Erzeugung von Warmwasser mittels Dampf als Heizmittel.
Hierbei sind innerhalb eines allseitig geschlossenen Gehäuses i in bekannter Ausführung parallel zueinander verlaufende und als direkte Heizfläche dienende Rohre :2 mit indirekten Heizflächen 3 metallisch verbunden. Letztere sind mit Einbuchtungen 4 versehen. Am Deckel 5 des Wärmeaustauschers tritt das Heizmittel ein, wobei es die Röhren 2 durchströmt, und tritt am Boden 6 des Wärmeaustauschers als Kondensat aus, wodurch es die Heizflächen 2, 3, 4 erwärmt. Am unteren Stutzen 7 des Gehäuses i tritt das zu erwärmende Wasser ein und verläßt den Wärmeaustauscher im erwärmten Zustand am oberen Stutzen B. Dabei berührt der Wasserstrom zwangsweise und im Gegenstromprinzip die Röhren 2 sowohl als auch die indirekte Heizfläche 3 mit ihren dort wechselseitig angeordneten Einbuchtungen 4. An letzteren wird der Flüssigkeitsstrom zwangsweise aufgespalten und mit der dadurch erfolgten Änderung der Strömungsrichtung eine wesentliche Steigerung der Wärmeübertragung von den Heizflächen 2, 3, 4 zum Wasser erzielende Turbulenz erzeugt und damit eine konvekte Wärmeübertragung. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können aber auch nur an der direkten Heizfläche 2 Nocken 9 od. :dgl. als Widerstände zum gleichen Zweck vorgesehen werden.
Nach dem in den Fig. 8 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Dampf ebenfalls am Deckel 5 in den Wärmeaustauscher eingeführt und verläßt denselben am Boden 6. Hierbei sind die ein Bündel bildenden Rohre 2 von einer spiralförmig verlaufenden indirekten Heizfläche io eingeschlossen. Das zu erwärmende Wasser tritt ebenfalls am unteren Stutzen 7 ein, durchfließt hierbei Jedoch zwangläufig den durch die Spirale ro gebildeten Strömungsweg, wie es die Pfeile A der Fig. 8, 11, 13 erkennen lassen und verläßt den Wärmeaustauscher auch am oberen Stutzen 8 in erwärmtem Zustand. Hierbei werden in besonders wirksamer Weise hinsichtlich der Leistung die Wasserteilchen senkrecht an die direkte Heizfläche herangetragen. Im übrigen können auch die spiralförmigen indirekten Heizflächen io mit Nocken 9 und Einbuchtungen 4 versehen werden, wie in den Fig. io bis 13 dargestellt. Auf diese Weise wird eine noch intensivere Wärmeübertragung von den Heizflächen zum Wasser auf Grund der dadurch erzwungenen Turbulenz erzielt.
Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich um einen Wärmeaustauscher, der vorwiegend die Wärmeübertragung infolge Turbulenz und somit Konvektion ermöglicht. Er zeichnet sich trotz seiner Einfachheit und Zweckmäßigkeit durch höchstmögliche Leistung aus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Wärmeaustauscher mit direkten und indirekten Heizflächen, bei dem das die Heizflächen berührende Mittel dauernden Strömungsänderungen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizflächen beiderseits mit in der Medienströmungsrichtung liegenden und von der Stirnseite beströmten Vorsprüngen versehen sind, wobei die glatten Flächen, an denen die Vorsprünge enden, vorzugsweise senkrecht zur Grundlinie des Wärmeaustauschers verlaufen, so daß den Medien infolge der ihnen zugekehrten Stirnflächen ohne wesentliche Erhöhung des Durchflußwiderstandes konstante erhöhte Turbulenz aufgezwungen wird.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekten Heizflächen vorzugsweise rhombusförmig gestaltet sind.
3. Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Flächen, an denen die Vorsprünge (q.) enden, außer in senkrechter Richtung, in beliebigem Winkel zur Grundlinie des Wärmeaustauschers verlaufen. q..
Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (q.) vorzugsweise aus den Heizflächen herausgestanzt und an der Stelle, an der das Medium angreift, haarscharf zugespitzt sind.
5. Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (q.) aus Blechfolien bestehen, dessen Stärke gerade noch genügt, um die notwendige Festigkeit zu gewährleisten.
6. Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blechfolien bestehenden indirekten Heizflächen pyramiden- bzw. halbpyramidenförmige Vorsprünge aufweisen, die von den Medien gegen den größten Querschnitt beströmt werden.
7. Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (q.) an den Heizflächen vorzugsweise in polygonaler bzw. wechselseitiger Folge angeordnet sind. B. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß spiralförmige indirekte Heizflächen (io) vorgesehen sind. g. Wärmeaustauscher nach Ansprüchen i und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen indirekten Heizflächen (io) mit rhombusförmigen Vorsprüngen versehen sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 596 871, 623 268; schweizerische Patentschrift Nr. 272 o72.