EP0600451A1 - Heat exchanger - Google Patents
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- EP0600451A1 EP0600451A1 EP93119306A EP93119306A EP0600451A1 EP 0600451 A1 EP0600451 A1 EP 0600451A1 EP 93119306 A EP93119306 A EP 93119306A EP 93119306 A EP93119306 A EP 93119306A EP 0600451 A1 EP0600451 A1 EP 0600451A1
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- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
- F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
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- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
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- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
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- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger as described in the preamble of claim 1.
- Such a heat exchanger with a tube and a coil arranged concentrically in this tube is known (AT-B-373 058).
- the tube is surrounded by a jacket tube, so that three flow paths are formed, a district heating medium flowing through the coil, the central heating water in the tube being heated, while hot water intended for consumption is heated in the jacket tube.
- the heat transfer by means of a pipe coil is comparatively effective because the heat exchange takes place through the entire pipe surface of the coil, which is immersed in the medium flowing through the pipe. Performance losses can occur, however, if one of the two media involved in the heat exchange tends to form deposits, as is the case, for example, with the thermal use of various wastewater flowing through the pipe on the outside of the pipe coil.
- the medium flowing through the coil has a comparatively long helical flow path, this does not apply to the other medium flowing essentially axially through the tube. For this reason, a comparatively large pipe length is often required to solve a specific heat transfer task.
- the long pipe contradicts but the pursuit of compact, yet powerful heat exchangers that are required in the most diverse areas of technology.
- Another deficiency of the known heat exchanger is that it is designed for certain operating conditions and has no possibility of adaptation if these conditions change, for example fluctuations with regard to the throughput quantities and / or the temperatures of the media, in particular when the heat supply fluctuates, that should be used by means of the heat exchanger.
- this rotation device By means of this rotation device, not only is the formation of a boundary layer counteracted, but at the same time the flow path of the medium in question through the inner tube is lengthened by superimposing a movement about the tube axis on the axial flow, so that the medium flows in an approximately helical manner. However, this does not apply to the other medium that flows through the ring channel between the inner tube and the jacket tube. Therefore, there are only limited possibilities in this known design to increase the heat exchanger performance in connection with a compact design. The same applies to the adaptation of the heat exchanger performance to special operating conditions, although a variable rotational speed of the drive shaft is already provided.
- the invention has for its object to provide a heat exchanger which brings high heat transfer performance with comparatively small dimensions, is also suitable for use with at least one possibly even very dirty medium and can also be adapted to changing operating conditions.
- a rotating device with a rotor blade which does not move like a scraper over the inner wall of the tube but is arranged at a large radial distance from this inner wall within the coil, that is to say it has a diameter smaller than the inside diameter of the coil. Accordingly, the annular space between the coil and the tube is free of rotating parts.
- the drive shaft can preferably be driven at a variable speed. A circumferential flow is superimposed on the axial flow through the pipe, which flow can thus be selected and regulated to be stronger or weaker by appropriate control of the drive device.
- the circumferential flow not only flushes the coil of solids, it also largely removes the inner circumferential surface of the tube Keep deposits free.
- radial mixing is achieved in particular over the flow cross section, which improves the heat exchange through the coil.
- the medium receives a largely helical flow path due to the circumferential flow superimposed on the axial flow through the pipe, so that there is a comparatively long contact path in relation to the pipe length. For these reasons, it is possible to achieve high-performance heat transfer with a comparatively short or compact design.
- a particular advantage is that the heat exchanger can be operated with a medium flowing through the tube, which is comparatively heavily soiled and loaded with substances that tend to adhere.
- a medium flowing through the tube which is comparatively heavily soiled and loaded with substances that tend to adhere.
- a comminution device for solids driven by the drive shaft almost any wastewater can thus be passed through and used for thermal purposes.
- this cleaning effect can additionally be improved by flushing out by adding suitable solids to the wastewater before it enters the pipe, which are thrown by the rotating device both onto the pipe coil and onto the inner circumferential wall of the pipe and thus to remove any buildup to lead.
- the rotor blade is designed as a conveying wing and / or the drive shaft is equipped with a separate conveying wing.
- the de-facto switching off of the heat exchanger in the sense of the aforementioned zero delivery is expediently carried out in connection with an overflow weir, for example formed by the upper end of the vertically arranged tube, which is already overcome with a (minimal) delivery effect of the rotor blade or delivery vane, but otherwise prevents flow through the tube.
- an overflow weir for example formed by the upper end of the vertically arranged tube, which is already overcome with a (minimal) delivery effect of the rotor blade or delivery vane, but otherwise prevents flow through the tube.
- the heat exchanger according to the invention can be controlled on the basis of various control criteria to be observed.
- an adaptation can be made to the heat supply determined by the inlet and the temperature of the medium flowing through the pipe and / or to the heat or cooling requirement of a consumer who is connected via the other medium.
- Corresponding circuits are familiar to the person skilled in the art and therefore do not require any special explanation.
- the heat exchanger according to FIGS. 1 and 2 has a tube 1 (container) with a feed line 2 and a discharge line 3 for a liquid first medium A.
- a pipe coil 4 with spaced turns 5 and a feed line 6 and a discharge line 7 for a liquid second medium B is arranged concentrically in the pipe 1. As shown, the coil 4 is arranged concentrically in the tube 1 closed at the end.
- a drive shaft 9 extends through the tube 1 along the tube axis 8 and is supported in bearings 10 and 11 at the ends of the tube 1.
- the drive shaft 9 is led upwards out of the upright tube 1 and provided with a rotary drive device 12. This makes it possible to drive the drive shaft 9 with a variable speed and preferably also with a reversible direction of rotation.
- the drive shaft 9 carries a rotor blade 13 essentially over its entire length in the region of the pipe coil 4. This is designed as a conveying wing, as indicated in FIG. 1 by the curved course of a peripheral edge, so that the rotor blade 13 does not only hold one of the medium A in the pipe 1 movement around the pipe axis 8 but also a - albeit comparatively small - axial movement through the pipe 1.
- a comminution device 14 is provided in FIGS. 3 and 4, which has a knife 15 (percussion mechanism) fastened under the rotor blade 3 to the drive shaft 9, which cooperates with counter knives 16 and 17, which act on the tube 1 are attached and project radially inward slightly offset axially to the knife 15.
- a knife 15 percussion mechanism
- the heat exchanger according to FIGS. 5 and 6 also largely corresponds in its design to the two previously described embodiments, so that again the same reference numerals are provided for the corresponding parts and a renewed description is dispensed with.
- a flat rotor blade 18 is provided which extends in an axial plane and thus does not exert a direct axial conveying effect on the medium A. .
- a separate conveyor wing 19 is provided, which is arranged between the rotor blade 18 and the comminution device 14 and is fixedly connected to the drive shaft 9.
- a jacket tube 20 which surrounds the tube 1 at a radial distance, is provided with an inlet 21 and an outlet 22 for a liquid third medium C.
- a helical partition 23 is arranged, which has a helical shape
- Flow channel 24 delimits between the tubes 1 and 20 and gives the medium C a helical flow around the tube 1.
- the medium C also flows in countercurrent to the medium A within the tube 1 as the flow arrows shown illustrate.
- the partition 23 is wound with a constant pitch. If the medium C undergoes a progressive change in volume within the jacket tube due to condensation or evaporation, it is advisable to take this into account accordingly by changing the gradient of the partition 23.
- the heat exchanger according to FIGS. 7 and 8 likewise has three flow paths and its function largely corresponds to that of the embodiment according to FIGS. 5 and 6, but a conveying rotor blade 13 is provided and, accordingly, the separate conveying vane 19 is missing. Likewise, no shredding device 14 is shown.
- a corrugated tube 24 is provided, which at the same time replaces the helical partition 23.
- the jacket tube 20 lies against the helical outer corrugation line of the corrugated tube 25, so that in turn a helical flow channel 26 is present between the jacket tube 20 and the corrugated tube 25.
- the heat exchanger according to FIGS. 9 and 10 largely corresponds to the heat exchanger of FIGS. 1 and 2, which is why the corresponding reference numerals are used again and there is no further description.
- the tube 1 is on its upper side with a feed line 29 and a discharge line 30 Mistake.
- a bypass line 31 is connected to the underside diametrically to the feed line 29, which runs outside the tube 1 and is merged with the discharge line 30 as shown.
- a more or less large portion of the resulting medium A can be led through the bypass line 28, which consequently does not participate in the heat exchange.
- These proportions can be controlled in the desired manner by means of the variable conveying action of the rotor blade 13 or, if appropriate, also via a separate conveying vane (not shown in FIGS. 9 and 10), possibly even such that the entire medium A flowing through the bypass line 31 and any Heat exchange is prevented. Ventilation can be provided in the overhead discharge line 30, in order to prevent flow through the pipe 1 even when the drive shaft 9 is at a standstill without the flow of the medium A as a whole coming to a standstill.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.The invention relates to a heat exchanger as described in the preamble of
Ein derartiger Wärmetauscher mit einem Rohr und einer in diesem Rohr konzentrisch angeordneten Rohrschlange ist bekannt (AT-B-373 058). Das Rohr ist von einem Mantelrohr umgeben, so daß drei Strömungswege gebildet sind, wobei ein Fernheizmedium durch die Rohrschlange strömt, das Zentralheizungswasser im Rohr erwärmt, während für den Verbrauch bestimmtes Warmwasser im Mantelrohr aufgeheizt wird.Such a heat exchanger with a tube and a coil arranged concentrically in this tube is known (AT-B-373 058). The tube is surrounded by a jacket tube, so that three flow paths are formed, a district heating medium flowing through the coil, the central heating water in the tube being heated, while hot water intended for consumption is heated in the jacket tube.
Die Wärmeübertragung mittels einer Rohrschlange ist vergleichsweise effektiv, weil der Wärmeaustausch durch die gesamte Rohrfläche der Schlange erfolgt, die in das durch das Rohr strömende Medium eingetaucht ist. Leistungseinbußen können sich jedoch ergeben, wenn eines der beiden am Wärmeaustausch beteiligten Medien zur Bildung von Ablagerungen neigt, wie es beispielsweise bei der wärmetechnischen Nutzung verschiedener Abwässer der Fall ist, die auf der Außenseite der Rohrschlange durch das Rohr strömen.The heat transfer by means of a pipe coil is comparatively effective because the heat exchange takes place through the entire pipe surface of the coil, which is immersed in the medium flowing through the pipe. Performance losses can occur, however, if one of the two media involved in the heat exchange tends to form deposits, as is the case, for example, with the thermal use of various wastewater flowing through the pipe on the outside of the pipe coil.
Des weiteren hat zwar das durch die Rohrschlange strömende Medium einen vergleichsweise langen schraubenlinienförmigen Strömungsweg, das gilt aber nicht für das im wesentlichen axial durch das Rohr strömende andere Medium. Deswegen ist häufig eine vergleichsweise große Rohrlänge erforderlich, um eine konkrete Wärmeübertragungsaufgabe zu lösen. Das lange Rohr widerspricht aber dem Bestreben nach kompakten und doch leistungsstarken Wärmetauschern, die auf den verschiedensten Gebieten der Technik benötigt werden.Furthermore, although the medium flowing through the coil has a comparatively long helical flow path, this does not apply to the other medium flowing essentially axially through the tube. For this reason, a comparatively large pipe length is often required to solve a specific heat transfer task. The long pipe contradicts but the pursuit of compact, yet powerful heat exchangers that are required in the most diverse areas of technology.
Ein weiterer Mangel des bekannten Wärmetauschers besteht darin, daß er für bestimmte Betriebsverhältnisse ausgelegt ist und keine Anpassungsmöglichkeit aufweist, falls sich diese Bedingungen ändern, also beispielsweise Schwankungen hinsichtlich der anfallenden Durchsatzmengen und/oder der Temperaturen der Medien auftreten, also insbesondere bei einem schwankenden Wärmeangebot, das mittels des Wärmetauschers genutzt werden soll.Another deficiency of the known heat exchanger is that it is designed for certain operating conditions and has no possibility of adaptation if these conditions change, for example fluctuations with regard to the throughput quantities and / or the temperatures of the media, in particular when the heat supply fluctuates, that should be used by means of the heat exchanger.
Nun ist es zwar bekannt, bei einem Wärmetauscher aus einem Innenrohr und einem Mantelrohr im Innenrohr eine Rotationseinrichtung mit einer längs der Rohrachse verlaufenden Antriebswelle vorzusehen, die einen wendelförmigen Flügel und radial über diesen hinaus vorspringend Schaber trägt, welche über die Innenumfangsfläche des Innerohrs gleiten und hier für eine Ablösung der den Wärmedurchgang störenden Grenzschicht sorgen (FR-A-1 205 082).It is now known to provide in a heat exchanger consisting of an inner tube and a jacket tube in the inner tube a rotating device with a drive shaft running along the tube axis, which carries a helical wing and protruding radially beyond this, which slide over the inner circumferential surface of the inner ear and here ensure that the boundary layer that interferes with heat transfer is detached (FR-A-1 205 082).
Mittels dieser Rotationseinrichtung wird nicht nur der Bildung einer Grenzschicht entgegengewirkt sondern zugleich der Strömungsweg des betreffenden Mediums durch das Innenrohr verlängert, indem der axialen Durchströmung eine um die Rohrachse kreisende Bewegung überlagert wird, so daß das Medium etwa schraubenlinienförmig strömt. Das gilt aber nicht für das andere Medium, das den Ringkanal zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr durchströmt. Daher ergeben sich bei dieser bekannten Ausbildung nur begrenzte Möglichkeiten, die Wärmetauscherleistung in Verbindung mit einer kompakten Bauweise zu erhöhen. Entsprechendes gilt für die Anpassung der Wärmetauscherleistung an spezielle Betriebsbedingungen, obwohl bereits eine veränderbare Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle vorgesehen ist.By means of this rotation device, not only is the formation of a boundary layer counteracted, but at the same time the flow path of the medium in question through the inner tube is lengthened by superimposing a movement about the tube axis on the axial flow, so that the medium flows in an approximately helical manner. However, this does not apply to the other medium that flows through the ring channel between the inner tube and the jacket tube. Therefore, there are only limited possibilities in this known design to increase the heat exchanger performance in connection with a compact design. The same applies to the adaptation of the heat exchanger performance to special operating conditions, although a variable rotational speed of the drive shaft is already provided.
Schließlich ist es - gleichfalls bei einem rohrschlangenlosen Wärmetauscher aus Innenrohr und Mantelrohr - bereits bekannt, beiden Medien einen schraubenlinienförmigen Strömungsweg zu erteilen, wozu sowohl innerhalb des Innenrohrs wie im Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr wendelförmig verlaufende Trennwände eingebaut sind, die für beide Medien einen schraubenlinienförmigen Strömungskanal abgrenzen, der ggf. bei Verwendung mehrerer paralleler Trennwände auch mehrgängig ausgeführt sein kann (DE-A-34 43 085).Finally, it is also known - likewise in the case of a coil-less heat exchanger comprising an inner tube and a jacket tube - to provide both media with a helical flow path, for which purpose spiral-shaped dividing walls are installed both inside the inner tube and in the annular space between the inner tube and the jacket tube, which unite both media delimit helical flow channel, which if necessary Use of several parallel partitions can also be carried out in multiple courses (DE-A-34 43 085).
Auf diese Weise lassen sich zwar lange Strömungswege für beide Medien bei vergleichsweise kurzer Baulänge erreichen, die herabgesetzte Baulänge bedeutet jedoch zugleich eine Verringerung der Fläche, durch die hindurch die Wärme übertragen wereden muß. Außerdem ist bei dieser Lösung die Verschmutzung durch Ablagerungen bzw. deren Beseitigung besonders kritisch. Schließlich besteht auch keine Möglichkeit, die Wärmetauscherleistung sich ändernden Gegebenheiten anzupassen.In this way, long flow paths can be achieved for both media with a comparatively short overall length, but the reduced overall length also means a reduction in the area through which the heat has to be transmitted. In addition, contamination with deposits or their removal is particularly critical in this solution. Finally, there is also no possibility of adapting the heat exchanger performance to changing circumstances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei vergleichsweise kleinen Abmessungen eine hohe Wärmeübertragungsleistung bringt, auch für den Einsatz bei zumindest einem ggf. sogar stark verschmutzten Medium geeignet ist und außerdem welchselnden Betriebsbedingungen gut angepaßt werden kann.The invention has for its object to provide a heat exchanger which brings high heat transfer performance with comparatively small dimensions, is also suitable for use with at least one possibly even very dirty medium and can also be adapted to changing operating conditions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauscher gelöst, wie er im Anspruch 1 beschrieben ist.This object is achieved with a heat exchanger as described in
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus den Unteransprüchen.Appropriate refinements and developments of the heat exchanger according to the invention result from the subclaims.
Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist eine Rotationseinrichtung mit einem Rotorblatt vorgesehen, das sich nicht schaberartig über die Innenwand des Rohrs hinwegbewegt sondern mit großem Radialabstand zu dieser Innenwand innerhalb der Rohrschlange angeordnet ist, also einen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Rohrschlange hat. Dementsprechend ist der Ringraum zwischen der Rohrschlange und dem Rohr frei von rotierenden Teilen. Dabei kann bevorzugt die Antriebswelle mit veränderbarer Drehzahl angetrieben werden. Der Axialströmung durch das Rohr wird eine Umfangsströmung überlagert, die somit durch entsprechende Steuerung der Antriebseinrichtung stärker oder schwächer gewählt und eingeregelt werden kann.In the heat exchanger according to the invention, a rotating device with a rotor blade is provided which does not move like a scraper over the inner wall of the tube but is arranged at a large radial distance from this inner wall within the coil, that is to say it has a diameter smaller than the inside diameter of the coil. Accordingly, the annular space between the coil and the tube is free of rotating parts. The drive shaft can preferably be driven at a variable speed. A circumferential flow is superimposed on the axial flow through the pipe, which flow can thus be selected and regulated to be stronger or weaker by appropriate control of the drive device.
Auf diesem Wege lassen sich mehrere für den Wärmeaustausch sinnvolle Wirkungen erzielen. Durch die Umfangsströmung wird nicht nur die Rohrschlange von Feststoffen freigespült, auch die Innenumfangsfläche des Rohrs wird dadurch weitgehend von Ablagerungen freigehalten. Durch die direkte Einwirkung des Rotorblatts nur auf den Zentralbereich des Rohrvolumens wird in Verbindung mit der aufgebrachten Zentrifugalkraftströmung eine insbesondere auch radiale Durchmischung über den Strömungsquerschnitt erzielt, was den Wärmeaustausch durch die Rohrschlange hindurch verbessert. Des weiteren erhält das Medium durch die der Axialströmung durch das Rohr überlagerte Umfangsströmung eine weitgehend schraubenlinienförmige Strömungsbahn, so daß ein auf die Rohrlänge bezogen vergleichsweise langer Kontaktweg besteht. Aus diesen Gründen gelingt es, bei vergleichsweise kurzer bzw. kompakter Bauweise eine leistungsstarke Wärmeübertragung zu erreichen.In this way, several useful effects for heat exchange can be achieved. The circumferential flow not only flushes the coil of solids, it also largely removes the inner circumferential surface of the tube Keep deposits free. As a result of the direct action of the rotor blade only on the central region of the tube volume, in connection with the applied centrifugal force flow, radial mixing is achieved in particular over the flow cross section, which improves the heat exchange through the coil. Furthermore, the medium receives a largely helical flow path due to the circumferential flow superimposed on the axial flow through the pipe, so that there is a comparatively long contact path in relation to the pipe length. For these reasons, it is possible to achieve high-performance heat transfer with a comparatively short or compact design.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß der Wärmetauscher mit einem das Rohr durchströmenden Medium betrieben werden kann, das vergleichsweise stark verschmutzt und mit zum Anhaften neigenden Stoffen beladen ist. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß zwischen der Rohrschlange und dem Rohr ein vom Rotorblatt freier Ringquerschnitt verbleibt, daß durch die aufgebrachte Zentrifugalwirkung die Schmutzstoffe vorwiegend in diesen Ringbereich gefördert werden, da zwischen den einzelnen Windungen der Rohrschlange ein Durchtrittsabstand vorhanden ist, und daß eine entsprechend starke Umfangsströmung dafür sorgt, daß ein Festsetzen von Stoffen an der glatten Innenumfangswand des Rohrs unterbleibt. In Verbindung mit einer über die Antriebswelle angetriebenen Zerkleinerungseinrichtung für Feststoffe läßt sich somit nahezu jedes Abwasser durchleiten und wärmetechnisch nutzen.A particular advantage is that the heat exchanger can be operated with a medium flowing through the tube, which is comparatively heavily soiled and loaded with substances that tend to adhere. In this context, it must be taken into account that between the coil and the tube there remains a ring cross-section free of the rotor blade, that the contaminants are mainly conveyed into this ring area by the applied centrifugal action, since there is a passage distance between the individual turns of the coil, and that a Correspondingly strong circumferential flow ensures that substances do not stick to the smooth inner circumferential wall of the tube. In conjunction with a comminution device for solids driven by the drive shaft, almost any wastewater can thus be passed through and used for thermal purposes.
Bei all diesen vorteilhaften Wirkungen ist zu berücksichtigen, daß sie erforderlichenfalls dadurch verstärkt werden können, daß das Rotorblatt schneller rotiert wird, also mehr Energie eingebracht wird. Dementsprechend läßt sich nicht nur eine hohe Wärmeübertragungsleistung erzielen, diese kann vielmehr durch entsprechendes Betreiben des Wärmetauschers den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden. Im Falle kritischer Abwässer kann diese Reinigungswirkung durch Freispülen zusätzlich dadurch verbessert werden, daß dem Abwasser vor seinem Eintritt in das Rohr geeignete Feststoffe beigemengt werden, die durch die Rotationseinrichtung sowohl auf die Rohrschlange wie auf die Innenumfangswand des Rohrs geschleudert werden und so zum Ablösen eventueller Anhaftungen führen.With all these advantageous effects, it must be taken into account that, if necessary, they can be reinforced by the rotor blade being rotated faster, that is to say more energy being introduced. Accordingly, not only can a high heat transfer capacity be achieved, but rather it can be adapted to the respective circumstances by operating the heat exchanger accordingly. In the case of critical wastewater, this cleaning effect can additionally be improved by flushing out by adding suitable solids to the wastewater before it enters the pipe, which are thrown by the rotating device both onto the pipe coil and onto the inner circumferential wall of the pipe and thus to remove any buildup to lead.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Zusammenwirken der Rotationseinrichtung mit der Rohrschlange. Durch den schraubenlinienförmigen Verlauf der Rohrschlange wird die durch die Rotationseinrichtung bewirkte Umfangsströmung axial (in Förderrichtung durch das Rohr) abgelenkt, und zwar mit zunehmender Rotation um so stärker. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um den Durchsatz zu beeinflussen. Es kann sogar der Durchsatz bis auf eine Nullförderung gesenkt werden, wenn die Rotationseinrichtung mit der entsprechenden Drehrichtung und der erforderlichen Drehzahl angetrieben wird.Another advantage results from the interaction of the rotation device with the coil. Due to the helical course of the pipe coil, the circumferential flow caused by the rotating device is deflected axially (in the conveying direction through the pipe), and more so with increasing rotation. This effect can be used to influence the throughput. The throughput can even be reduced to zero conveying if the rotating device is driven with the appropriate direction of rotation and the required speed.
Andererseits ist es auch möglich, die Förderung durch das Rohr dadurch zu beeinflussen, daß das Rotorblatt als Förderflügel ausgebildet wird und/oder die Antriebswelle mit einem gesonderten Förderflügel bestückt wird.On the other hand, it is also possible to influence the conveyance through the tube in that the rotor blade is designed as a conveying wing and / or the drive shaft is equipped with a separate conveying wing.
Das faktische Abschalten des Wärmetauschers im Sinne der vorgenannten Nullförderung geschieht zweckmäßigerweise in Verbindung mit einem beispielsweise vom oberen Ende des vertikal angeordneten Rohrs gebildeten Überlaufwehr, das bei einer (minimalen) Förderwirkung des Rotorblatts oder Förderflügels bereits überwunden wird, ansonsten aber eine Durchströmung des Rohrs verhindert.The de-facto switching off of the heat exchanger in the sense of the aforementioned zero delivery is expediently carried out in connection with an overflow weir, for example formed by the upper end of the vertically arranged tube, which is already overcome with a (minimal) delivery effect of the rotor blade or delivery vane, but otherwise prevents flow through the tube.
Die Vorteile der vorstehend beschriebenen Leistungsregelung des Wärmetauschers liegen auf der Hand. Sie ermöglicht eine Anpassung an wechselnde Betriebsbedingungen und läßt sich insbesondere bei einer paketförmigen Wärmetauscheranordnung mit mehreren entsprechenden Wärmetauschern mit parallel oder in Reihe durchströmten Rohren nutzen, wobei dann einzelne oder Gruppen von Wärmetauschern stillgelegt oder zugeschaltet werden können.The advantages of the heat exchanger capacity control described above are obvious. It enables adaptation to changing operating conditions and can be used in particular in the case of a packet-shaped heat exchanger arrangement with several corresponding heat exchangers with tubes through which flow flows in parallel or in series, in which case individual or groups of heat exchangers can then be shut down or switched on.
Ersichtlich läßt sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher anhand verschiedener einzuhaltender Regelkriterien regeln. So kann z.B. eine Anpassung an das vom Zulauf und der Temperatur des durch das Rohr strömenden Mediums bestimmte Wärmeangebot und/oder an den Wärmebedarf oder den Kältebedarf eines Verbrauchers erfolgen, der über das andere Medium angeschlossen ist. Entsprechende Schaltungen sind dem Fachmann geläufig und bedürfen daher keiner speziellen Erläuterung.Obviously, the heat exchanger according to the invention can be controlled on the basis of various control criteria to be observed. For example, an adaptation can be made to the heat supply determined by the inlet and the temperature of the medium flowing through the pipe and / or to the heat or cooling requirement of a consumer who is connected via the other medium. Corresponding circuits are familiar to the person skilled in the art and therefore do not require any special explanation.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 und 2
- einen stehend angeordneten Wärmetauscher in einer Grundausführung im Längsschnitt bzw. im Querschnitt;
- Fig. 3 und 4
- den um eine Zerkleinerungseinrichtung ergänzten Wärmetauscher im Längsschnitt bzw. im Querschnitt;
- Fig. 5 und 6
- einen Wärmetauscher wie in
Figuren 3 und 4, jedoch mit einem gesonderten Förderflügel und mit einem durch ein Mantelrohr gebildeten dritten Strömungskanal im Längsschnitt bzw. im Querschnitt; - Fig. 7 und 8
- einen ähnlichen Wärmetauscher mit einem Wellrohr und einem Mantelrohr im Längsschnitt bzw. im Querschnitt und
- Fig. 9 und 10
- einen Fig. 1 und 2 vergleichbaren Wärmetauscher, jedoch in liegender Anordnung und mit einer Umgehungsleitung.
- 1 and 2
- a standing heat exchanger in a basic version in longitudinal section or in cross section;
- 3 and 4
- the heat exchanger supplemented by a comminution device in longitudinal section or in cross section;
- 5 and 6
- a heat exchanger as in Figures 3 and 4, but with a separate conveyor wing and with a third flow channel formed by a casing tube in longitudinal section or in cross section;
- 7 and 8
- a similar heat exchanger with a corrugated tube and a jacket tube in longitudinal section or in cross section and
- 9 and 10
- a Fig. 1 and 2 comparable heat exchanger, but in a horizontal arrangement and with a bypass line.
Der Wärmetauscher gemäß Figuren 1 und 2 weist ein Rohr 1 (Behälter) mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung 3 für ein flüssiges erstes Medium A auf. Konzentrisch im Rohr 1 ist eine Rohrschlange 4 mit distanzierten Windungen 5 sowie einer Zuleitung 6 und einer Ableitung 7 für ein flüssiges zweites Medium B angeordnet. Wie dargestellt ist die Rohrschlange 4 konzentrisch im endseitig verschlossenen Rohr 1 angeordnet.The heat exchanger according to FIGS. 1 and 2 has a tube 1 (container) with a
Längs der Rohrachse 8 erstreckt sich eine Antriebswelle 9 durch das Rohr 1, die in Lagern 10 und 11 an den Enden des Rohrs 1 gelagert ist. Die Antriebswelle 9 ist nach oben aus dem stehend angeordneten Rohr 1 herausgeführt und mit einer Drehantriebseinrichtung 12 versehen. Diese ermöglicht es, die Antriebswelle 9 mit veränderbarer Drehzahl und vorzugsweise auch mit umkehrbarer Drehrichtung anzutreiben.A
Die Antriebswelle 9 trägt im wesentlichen auf ihrer gesamten Länge im Bereich der Rohrschlange 4 ein Rotorblatt 13. Dieses ist wie in Figur 1 durch den geschwungenen Verlauf einer Umfangskante angedeutet als Förderflügel ausgebildet, so daß das Rotorblatt 13 dem Medium A im Rohr 1 nicht nur eine um die Rohrachse 8 kreisende Bewegung sondern auch eine - allerdings vergleichsweise geringe - axiale Bewegung durch das Rohr 1 erteilt.The
Der Wärmetauscher gemaß Figuren 3 und 4 entspricht weitgehend der vorbeschriebenen Ausbildung, so daß für gleiche Teile die entsprechenden Bezugszeichen verwendet sind und insoweit von einer erneuten Beschreibung abgesehen wird.The heat exchanger according to Figures 3 and 4 largely corresponds to the above-described design, so that the same reference numerals are used for the same parts and the description is not repeated.
Abweichend von der Ausführungsform gemäß Figuren 1 und 2 ist in Figuren 3 und 4 eine Zerkleinerungseinrichtung 14 vorgesehen, die ein unter dem Rotorblatt 3 an der Antriebswelle 9 befestigtes Messer 15 (Schlagwerk) aufweist, das mit Gegenmessern 16 und 17 zusammenwirkt, die am Rohr 1 befestigt sind und radial einwärts geringfügig axial zum Messer 15 versetzt vorspringen.In contrast to the embodiment according to FIGS. 1 and 2, a
Auch der Wärmetauscher gemäß Figuren 5 und 6 entspricht in seiner Ausbildung weitgehend den beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen, so daß wiederum für die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen vorgesehen sind und von einer erneuten Beschreibung abgesehen wird.The heat exchanger according to FIGS. 5 and 6 also largely corresponds in its design to the two previously described embodiments, so that again the same reference numerals are provided for the corresponding parts and a renewed description is dispensed with.
Der Unterschied gegenüber der Ausbildung nach Figuren 3 und 4 besteht hier darin, daß an Stelle eines zur Erzielung der Förderwirkung räumlich verformten Rotorblatts 13 ein ebenes Rotorblatt 18 vorgesehen ist, das sich in einer Axialebene erstreckt und somit keine direkte axiale Förderwirkung auf das Medium A ausübt. Deswegen ist ein gesonderter Förderflügel 19 vorgesehen, der zwischen dem Rotorblatt 18 und der Zerkleinerungseinrichtung 14 angeordnet und mit der Antriebswelle 9 fest verbunden ist.The difference compared to the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is that instead of a spatially
Ferner ist ein das Rohr 1 im radialen Abstand umschließendes Mantelrohr 20 mit einem Eintritt 21 und einem Austritt 22 für ein flüssiges drittes Medium C vorgesehen. Im Ringraum zwischen dem Rohr 1 und dem Mantelrohr 20 ist eine wendelförmige Trennwand 23 angeordnet, die einen schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungskanal 24 zwischen den Rohren 1 und 20 abgrenzt und dem Medium C eine schraubenlinienförmige Strömung um das Rohr 1 herum erteilt. Dabei strömt das Medium C auch im Gegenstrom zum Medium A innerhalb des Rohrs 1 wie die eingetragenen Strömungspfeile veranschaulichen.Furthermore, a
Entsprechend der Darstellung in Figur 5 ist die Trennwand 23 mit gleichbleibender Steigung gewickelt. Erfährt das Medium C innerhalb des Mantelrohrs durch Kondensieren oder Verdampfen eine fortschreitende Volumenänderung, so ist es zweckmäßig, dieses durch eine sich ändernde Steigung der Trennwand 23 entsprechend zu berücksichtigen.According to the representation in Figure 5, the
Ggf. ist es möglich, an Stelle des dritten Mediums C das durch die Rohrschlange 4 strömende zweite Medium B auch durch das Mantelrohr 20 zu leiten, wobei dann die Strömungspfade durch die Rohrschlange 4 und durch das Mantelrohr 20 parallel oder in Reihe geschaltet sein können.Possibly. it is possible, instead of the third medium C, to pass the second medium B flowing through the
Der Wärmetauscher gemaß Figuren 7 und 8 weist ebenfalls drei Strömungswege auf und entspricht in seiner Funktion weitgehend der Ausführungsform gemäß Figuren 5 und 6, wobei jedoch ein förderndes Rotorblatt 13 vorgesehen ist und dementsprechend der gesonderte Förderflügel 19 fehlt. Ebenso ist auch keine Zerkleinerungseinrichtung 14 dargestellt.The heat exchanger according to FIGS. 7 and 8 likewise has three flow paths and its function largely corresponds to that of the embodiment according to FIGS. 5 and 6, but a conveying
Der Unterschied zur Ausführungsform nach Figuren 5 und 6 besteht darin, daß an Stelle des glatten Rohrs 1 ein Wellrohr 24 vorgesehen ist, das zugleich die wendelförmige Trennwand 23 ersetzt. Dabei liegt das Mantelrohr 20 an der schraubenlinienförmig verlaufenden äußeren Wellenberglinie des Wellrohrs 25 an, so daß wiederum ein schraubenlinienförmiger Strömungskanal 26 zwischen dem Mantelrohr 20 und dem Wellrohr 25 vorhanden ist.The difference from the embodiment according to FIGS. 5 and 6 is that instead of the
Der Wärmetauscher gemaß Figuren 9 und 10 entspricht weitgehend dem Wärmetauscher der Figuren 1 und 2, weswegen wiederum die entsprechenden Bezugszeichen verwendet sind und von einer erneuten Beschreibung abgesehen wird.The heat exchanger according to FIGS. 9 and 10 largely corresponds to the heat exchanger of FIGS. 1 and 2, which is why the corresponding reference numerals are used again and there is no further description.
Abweichend ist die liegende Anordnung des Rohrs 1, das auf Stützen 27 und 28 am Boden abgestützt ist. Das Rohr 1 ist an seiner Oberseite mit einer Zuleitung 29 und einer Ableitung 30 versehen. Ferner ist an der Unterseite diametral zur Zuleitung 29 eine Umgehungsleitung 31 angeschlossen, die außerhalb des Rohrs 1 verläuft und wie dargestellt mit der Ableitung 30 zusammengeführt ist.The lying arrangement of the
Bei dieser Version kann ein mehr oder minder großer Anteil des anfallenden Mediums A durch die Umgehungsleitung 28 geführt werden, der folglich nicht am Wärmeaustausch teilnimmt. Diese Anteile lassen sich mittels der variierbaren Förderwirkung des Rotorblatts 13 oder ggf. auch über einen in Figuren 9 und 10 nicht dargestellten gesonderten Förderflügel in der gewünschten Weise steuern, ggf. sogar darart, daß das gesamte anfallende Medium A durch die Umgehungsleitung 31 strömt und jeglicher Wärmeaustausch unterbunden wird. In der hochliegenden Ableitung 30 kann eine Belüftung vorgesehen sein, um auch bei stillstehender Antriebswelle 9 eine Durchströmung des Rohrs 1 zu unterbinden, ohne daß dabei der Durchfluß des Mediums A insgesamt zum Erliegen kommt.In this version, a more or less large portion of the resulting medium A can be led through the
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