NO159880B

NO159880B - DEVICE FOR HEAT EXCHANGE.

Info

Publication number: NO159880B
Application number: NO85853684A
Authority: NO
Inventors: Carl Gustaf Mellsjoe
Original assignee: Carl Gustaf Mellsjoe
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1988-11-07
Also published as: NO159880C; NO853684L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved varmeveksler for varmeveksling mellom to medier, særlig gass og væske, omfattende et av det ene medium gjennomstrømmet, langstrakt og stort sett sylindrisk kammer med et i den ene ende anordnet innløp og et i den annen ende anordnet utløp samt en vegg som avgrenser kammeret radialt og som omfatter en utadvendende, skruelinjeformet renne og en innadvendende, skruelinjeformet rygg, idet veggen i det minste delvis avgrenser et radialt utenfor veggen liggende kammer hvorigjennom det andre medium skal strømme. The present invention relates to a device in a heat exchanger for heat exchange between two media, in particular gas and liquid, comprising an elongated and largely cylindrical chamber through which one medium flows, with an inlet arranged at one end and an outlet arranged at the other end as well as a wall which delimits the chamber radially and which comprises an outward-facing, helical-shaped chute and an inward-facing, helical-shaped ridge, the wall at least partially delimiting a chamber lying radially outside the wall through which the second medium is to flow.

Det er kjent varmevekslere som består av en stort sett sylindrisk yttermantel hvis ender er utstyrt med henholdsvis et innløp og et utløp for det ene medium, fortrinnsvis gassen, og en skrueformet rørspiral som er innmontert i yttermantelens inner-kammer og som kan gjennomstrømmes av det annet medium, fortrinnsvis væsken. På kjent måte blir mediumstrømmene ledet i hver sin retning. Det varme medium som innstrømmer i den ene ende av yttermantelen, kan innledningsvis ha en roterende bevegelse slik at det vil stryke langs rørspiralen, men denne bevegelse avtar hurtig og gassen strømmer stort sett lineært gjennom yttermantelen, dvs. gjennom rommet i rørspiralen, og varmevekslingen i den del av yttermantelen som befinner seg lengst fra innløpet, vil derfor bli mangelfull. Heat exchangers are known which consist of a largely cylindrical outer shell, the ends of which are respectively equipped with an inlet and an outlet for one medium, preferably the gas, and a helical tube coil which is fitted into the inner chamber of the outer shell and which can be flowed through by the other medium, preferably the liquid. In a known manner, the medium flows are guided in separate directions. The hot medium that flows into one end of the outer casing may initially have a rotating movement so that it will stroke along the tube spiral, but this movement decreases rapidly and the gas flows mostly linearly through the outer jacket, i.e. through the space in the tube spiral, and the heat exchange in the part of the outer mantle which is farthest from the inlet will therefore be defective.

Formålet med oppfinnelsen er å oppnå en vesentlig forbedret virkningsgrad ved modifisering av varmevekslere av den ovennevnte type. The purpose of the invention is to achieve a significantly improved efficiency by modifying heat exchangers of the above type.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved The device according to the invention is characterized by

a) at innløpet til det sylindriske kammer er tangentialt anordnet slik at tangentlinjen gjennom innløpet er stort sett a) that the inlet to the cylindrical chamber is tangentially arranged so that the tangent line through the inlet is largely

parallell med en tangent trukket fra veggens skruelinjeformede renne eller rygg, parallel to a tangent drawn from the wall's helical gutter or ridge,

b) at det mellom det sylindriske kammers to ender er anordnet legemer i et antall som sikrer ønsket sirkulasjonsbevegelse av b) that bodies are arranged between the two ends of the cylindrical chamber in a number that ensures the desired circulation movement of

alt første medium, idet legemene stort sett blokkerer i aksial retning det sentrale parti av kammeret mellom ryggene og er innrettet til ved utadstyring av det gjennom kammeret strømmende medium mot veggen å benytte den skruelinjeformede renne som ledelement for opprettholdelse av mediumsirkulasjonen. all first medium, as the bodies largely block in axial direction the central part of the chamber between the ridges and are designed to, by outwardly directing the medium flowing through the chamber against the wall, use the helical chute as a guide element for maintaining the medium circulation.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss, delvis i snitt, av en varmeveksler ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser likeledes et perspektivriss av en utførelses-form av en konstruksjonsdel for opprettholdelse av sirkulasjonen. Fig. 3 og 4 viser perspektivriss av andre utførelsesformer av samme konstruksjonsdel. The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which: Fig. 1 shows a perspective view, partly in section, of a heat exchanger according to the invention. Fig. 2 likewise shows a perspective view of an embodiment of a structural part for maintaining the circulation. Fig. 3 and 4 show perspective views of other embodiments of the same structural part.

Fig. 5 viser et delsnitt av en annen utførelsesform. Fig. 5 shows a partial section of another embodiment.

Fig. 6 viser et riss i forminsket målestokk, som illustrerer anvendelsen av konstruksjonen ifølge fig. 5. Fig. 7 viser et riss, delvis i snitt, av en ytterligere ut-førelsesf orm av varmeveksleren. Fig. 6 shows a drawing on a reduced scale, which illustrates the use of the construction according to fig. 5. Fig. 7 shows a view, partly in section, of a further embodiment of the heat exchanger.

Det er vist en stort sett sylindrisk yttermantel 1 som danner et rom eller kammer som kan gjennomstrømmes av det ene medium, dvs. gassen. Det er ved den ene ende av yttermantelen anordnet et tangentialt innløp 3 hvorigjennom den varme gass fra en varmgasskilde, eksempelvis en kompressor i en varmepumpe, kan innstrømme i kammeret 2. Kammeret 2 i yttermantelen 1 opptar en skrueviklet rørspiral 4 med et innløp 5 og et utløp 6. Utløpet 7 fra yttermantelen 1 kan ligge aksialt men kan selvsagt også være anordnet tangentialt. A largely cylindrical outer jacket 1 is shown which forms a space or chamber through which one medium, i.e. the gas, can flow. A tangential inlet 3 is arranged at one end of the outer casing, through which the hot gas from a hot gas source, for example a compressor in a heat pump, can flow into the chamber 2. The chamber 2 in the outer casing 1 occupies a screw-wound tube spiral 4 with an inlet 5 and a outlet 6. The outlet 7 from the outer casing 1 can lie axially but can of course also be arranged tangentially.

Grunnet det tangentiale innløp 3 vil det innstrømmende medium bibringes en rotasjonsbevegelse, og for å opprettholde denne bevegelse under et innledende stadium, er det anordnet en koaksialt plassert styreflate 9 ved yttermantelens endevegg 8. Fra innløpsåpningen vil mediet derved ledes gjennom en spalte 10 mellom styreflaten 9 og mantelveggen 1 og fremføres langs veggen av kammeret 2. Due to the tangential inlet 3, the inflowing medium will be imparted a rotational movement, and in order to maintain this movement during an initial stage, a coaxially positioned guide surface 9 is arranged at the end wall 8 of the outer casing. From the inlet opening, the medium will thereby be guided through a slot 10 between the guide surface 9 and the casing wall 1 and is advanced along the wall of the chamber 2.

Etter å ha forlatt spalten 10 mellom styreflaten 9 og yttermantelen 1, vil mediet strømme langs rørspiralen 4 og hovedsake-lig inn i mellomrommet 11 mellom spolevindingene. Når hastigheten gradvis avtar vil innvirkningen av sentrifugalkraften reduseres slik at mediet i stedet vil fortsette gjennom rommet i rør-spiralen, med derav følgende, vesentlig reduserte varmeveksling. After leaving the gap 10 between the control surface 9 and the outer jacket 1, the medium will flow along the pipe spiral 4 and mainly into the space 11 between the coil turns. When the speed gradually decreases, the impact of the centrifugal force will be reduced so that the medium will instead continue through the space in the tube spiral, with the consequent significantly reduced heat exchange.

For å unngå dette og bibeholde rotasjonsbevegelsen er det ifølge oppfinnelsen, i hvert fall i ett punkt mellom de to ender av rørspiralen 4, anordnet en konstruksjonsdel for opprettholdelse av sirkulasjonen. I utførelsesformen ifølge fig. 1 består denne konstruksjonsdel av en brikke 12 med en diameter som er tilnærmelsesvis lik innerdiameteren av yttermantelen 1. Brikken innbefatter en utsparing 13 og er vridd i skrueform for å kunne innføres mellom rørspiralens 4 vindinger. In order to avoid this and maintain the rotational movement, according to the invention, at least at one point between the two ends of the tube spiral 4, a structural part is arranged for maintaining the circulation. In the embodiment according to fig. 1, this structural part consists of a piece 12 with a diameter that is approximately equal to the inner diameter of the outer jacket 1. The piece includes a recess 13 and is twisted in a screw shape to be inserted between the 4 turns of the tube spiral.

Når én eller flere konstruksjonsdeler, eksempelvis i form av brikken 12, er anordnet i hvert fall i ett punkt i rørspiralen 4, vil gassen som fremdeles fremstrømmer med relativ stor hastighet, at det ledes inn i en skrueformet bane og derved igjen bringes i nær kontakt med rørspiralen. When one or more structural parts, for example in the form of the chip 12, are arranged at least at one point in the pipe spiral 4, the gas, which is still flowing forward at a relatively high speed, will be guided into a helical path and thereby again brought into close contact with the tube spiral.

Istedenfor brikken 12 som er vist i fig. 1 og 2 kan det, som det fremgår av fig. 3, anvendes én eller flere plugger 12' som er inntredd på en stang 14 som er innmontert i det frie rom i rør-spiralen. Det kan også tilvirkes en pluggliknende del 12" som er slik utformet at den vil passe inn i rørspiralen 4 og fastholdes av denne. En slik plugg bør hensiktsmessig ha en skråstilt endeflate 15. Instead of the chip 12 shown in fig. 1 and 2, as can be seen from fig. 3, one or more plugs 12' are used which are inserted on a rod 14 which is installed in the free space in the tube spiral. A plug-like part 12" can also be manufactured which is designed in such a way that it will fit into the tube spiral 4 and be retained by it. Such a plug should suitably have an inclined end surface 15.

I likhet med pluggene 12<*> og 12" vil brikken 12 bevirke at mediet ledes utad mot ytterpartiet av kammeret 2, og derved for-søker å finne sin vei gjennom mellomrommet 11 mellom rørvind-ingene. Mediet vil derved påføres en roterende bevegelse. Like the plugs 12<*> and 12", the chip 12 will cause the medium to be guided outwards towards the outer part of the chamber 2, thereby trying to find its way through the space 11 between the pipe windings. The medium will thereby be subjected to a rotating movement.

Det er konstatert at det ved anvendelse av konstruksjonsdeler av ovennevnte type i en varmeveksler av den utførelsesform som omfattes av oppfinnelsen, vil oppnås en virkningsgradøkning av ca. 50%, jevnført med en varmeveksler uten slike konstruksjonsdeler. It has been established that by using structural parts of the above type in a heat exchanger of the embodiment covered by the invention, an efficiency increase of approx. 50%, equalized with a heat exchanger without such structural parts.

I utførelsesformen ifølge fig. 5 er selve mantelveggen 1, istedenfor mantelveggen og rørspiralen 4, skrueformet og danner derved en skrueformet renne 16 som avgrenses aksialt av like, skrueformete rygger 17. Som det fremgår kan et rom som befinner seg radialt utenfor veggen 16-17, gjennomstrømmes av det annet medium. In the embodiment according to fig. 5, the casing wall 1 itself, instead of the casing wall and the tube spiral 4, is helical and thereby forms a helical channel 16 which is bounded axially by equal, helical ridges 17. As can be seen, a space located radially outside the wall 16-17 can be flowed through by the other medium.

Ifølge oppfinnelsen er det også i dette tilfelle anordnet en konstruksjonsdel 12' eller 12" som forhindrer aksialstrømning gjennom kammeret 2" og er tilpasset for å lede gassen i kammeret 2' utad mot den skrueformete vegg. According to the invention, in this case too, a structural part 12' or 12" is arranged which prevents axial flow through the chamber 2" and is adapted to guide the gas in the chamber 2' outwards towards the helical wall.

Utførelsesformen ifølge fig. 5 er særlig egnet for sammen-satte varmevekslere hvor flere enheter kan være montert i en felles tank 18, slik det fremgår av fig. 6, og hvor tanken danner et gjennomløpskammer for væsken. The embodiment according to fig. 5 is particularly suitable for combined heat exchangers where several units can be mounted in a common tank 18, as can be seen from fig. 6, and where the tank forms a passage chamber for the liquid.

Ved den ytterligere utførelsesform ifølge fig. 7 er selve rørspiralen 4, istedenfor mantelveggen 1, utformet som en mantel-vegg, idet de tettvundne rørviklinger er sammensveiset eller sammenloddet, som vist ved 19. Det er også i dette tilfelle innmontert en sperredel 12' som vil lede mediet i kammeret 2' utad mot spiralveggen. In the further embodiment according to fig. 7, the pipe spiral 4 itself, instead of the casing wall 1, is designed as a casing wall, the tightly wound pipe windings being welded or soldered together, as shown at 19. Also in this case, a blocking part 12' is fitted which will guide the medium into the chamber 2' outwards towards the spiral wall.

Claims

1. Device in a heat exchanger for heat exchange between two media, in particular gas and liquid, comprising an elongated and largely cylindrical chamber (2,2') through which one medium flows, with an inlet arranged at one end (3) and an in the other end has an outlet (7) as well as a wall (1,4;16,17) which delimits the chamber radially and which comprises an outward-facing, helical-shaped chute (11;16) and an inward-facing, helical-shaped ridge (4;17), the wall at least partially delimits a chamber lying radially outside the wall through which the second medium is to flow, characterized by) that the inlet (3) of the cylindrical chamber (2,2') is tangentially arranged so that the tangent line through the inlet is largely parallel to a tangent drawn from the wall's helical channel (11;16) or ridge (4;17), b) that bodies (12,12',12") are arranged between the two ends of the cylindrical chamber in a number that ensures the desired circulation movement of all first medium, as the bodies (12,12',12") stood rt view blocks in axial direction the central part of the chamber (2,2') between the ridges and is designed to use the helical chute (11;16) as joint element for maintaining the medium circulation.

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the blocking body consists of a radially slotted piece (12) which is bent at the periphery largely in a helical shape, which is fitted with the periphery in a circuit of the helical chute (11; 16).

3. Device in accordance with claim 1, characterized in that the blocking body consists of a plug (12') which is fitted onto a rod (14) which is placed in the cylindrical chamber and which has an outer diameter which is largely equal to the inner diameter in the central part of the chamber.

4. Device in accordance with claim 1, characterized in that the blocking body consists of a cylindrical plug (12") with an inclined end surface (5) facing the direction of flow of the medium.

5. Device in accordance with one of the claims 1-4, characterized in that the second medium is arranged to flow through a helical pipe spiral (4) which is arranged in a largely cylindrical casing (1), the pipe spiral and the casing defines the generally cylindrical chamber for the first medium.

6. Device according to one of the claims 1-4, characterized in that the largely cylindrical chamber (2) is bounded by a wall which is equipped with a helical embossment or the like which forms at least one channel (16) which extends helical and is bounded by intermediate ridges (17).