CH269613A - Wärmeaustauscher. - Google Patents

Description

      W        ärmeaustauscher.       Die     Erfindung    betrifft einen Wärmeaus  tauscher von der Art, bei der die     Wärme-          sustauschmedien    durch eine feste Wand ge  trennt sind und das     wärmeabgebende    Medium  sich an einer der Flächen dieser Wand kon  densiert.  



  Bei einem. solchen     Wärmeaustauseher     kann sich das wärmeabgebende Medium an  der festen Wand in Form von     Tropfenkonden-          sat    niederschlagen oder dann eine dünne  laut bilden. Die     Wärmeübergangszahlen     bei     Tropfenkondensation    ergeben bekanntlich  Werte, die ein Vielfaches derjenigen bei  Hautkondensation betragen. Das Bestreben  geht deshalb dahin,     Tropfenkondensation    zu  erhalten. Dies lässt sich jedoch nur bei ganz  besonderen Zuständen der     Kondensations-          I'läche    erreichen, beispielsweise wenn letztere  mit bestimmten Chemikalien behandelt wird.

    Meistens ist aber die Wirkung der betreffen  den Chemikalien     nur    eine kurzzeitige, so dass  festgestellt werden muss, dass bis heute noch  ?nein Verfahren gefunden worden ist, das auf       cler    Kondensationsfläche auf die Dauer von  einigen .Jahren     Tropfenkondensation    garantie  ren würde. Deshalb ist man bisher gezwun  gen gewesen,     Wärmeaustauseher    der eingangs  erwähnten Art unter der Annahme von Haut  kondensation zu dimensionieren.  



  Zweck der Erfindung ist nun, die Nach  teile der     Hautkondensation    weitgehend zu ver  mindern, ja sogar Betriebsverhältnisse zu       \chaffen,    die, was die Güte des Wärmeüber  ganges anbetrifft, denen bei Tropfenkonden-         sation    nahekommen. Zu diesem Behufe weist  bei einem     Wärmeaustauscher    gemäss der Er  findung die     Kondensatseite    der Wärmeaus  tauschwand Erhebungen von einer Form auf,  bei welcher die Oberflächenspannungen des  Kondensates eine Abnahme der Dicke der       Kondensathaut    in der Scheitelgegend erzwin  gen.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung sind meh  rere beispielsweise Ausführungsformen des  Erfindungsgegenstandes in zum Teil,     schema-          tiseher    Weise dargestellt, und zwar zeigt:       Fig.    1 ein Querprofil durch eine gewellte       Wärmeaustauschwand,    an der sich eine     Kon-          densathaut    gebildet hat,       Fig.2    einen Querschnitt durch eine als       Wehkörper    ausgebildete     Wärmeaustauseh-          wand,

            Fig.3    eine Ansicht einer     plattenförmigen          Wärmeaustauschwand    mit gewellter Konden  sationsfläche.  



       Fig.4    zeigt- einen Längsschnitt nach der  Linie     IV-IV    der     Fig.5    durch ein aussen  längsgerilltes     Wärmeaustauschrohr,    und       Fig.5    zeigt einen Querschnitt nach der  Linie     V-V    der     Fig.4.     



       Fig.6    zeigt einen Längsschnitt nach der  Linie     VI-VI    der     Fig.7    durch ein aussen  quergerilltes     Wärmeaustausehrohr,    und       Fig.7    zeigt einen Querschnitt nach der  Linie     VII-VII    der     Fig.    6.  



       Fig.    8 zeigt einen Längsschnitt durch ein  an beiden Enden ausgeweitetes, aussen längs-      gerilltes Rohr und durch     einen    Teil     einer     Rohrplatte, und       Fig.    9 zeigt die Auswirkung der Anschwel  lung des     Kondensatstromes    im Tale einer       senkrechten    Längsrille auf den Wärmeaus  tausch.  



  In     Fig.1    bezeichnet 1 eine Wärmeaus  tauschwand, die auf der Seite des wärmeab  gebenden und sich kondensierenden Mediums  2 gewellt ist. Die Oberfläche 4     der    sich an  der gewellten Fläche der Wand 1 bildenden,  ungleichmässig dicken     Kondensathaut    stellt  sich in eine dem Gleichgewicht entsprechende  Lage ein, welche durch die Sogwirkung der  Wellentäler 3, den Druckverlust der     Kon-          densatströmtmg    vom Wellenberg zum Wellen  tal in Richtung der Pfeile 6 und die Stoff  werte des     Kondensates    gegeben ist.

   Eine ge  naue Rechnung ergibt am Wellenberg sehr  kleine Dicken der     Kondensathaut,    was zu sehr  hohen - durch die Länge der Pfeile 5 an  gegebenen -     Wärmeübergangszahlen    an die  sen Stellen führt. Dagegen ergeben sich für  das Wellental schlechte Wärmeübergangs  zahlen, was ebenfalls durch die Länge der  Pfeile 5 angedeutet ist. Dafür sind im Wel  lental     günstige        Abflussmöglichkeiten    für das  gebildete Kondensat vorhanden, welches durch.  die Wirkung der Gravitation oder einer an  dern Feldkraft     senkrecht    zur Zeichnungs  ebene wegbefördert wird.

   Trotz der schlech  ten     Wärmeübergangszahlen    in den Tälern 3  erhält man, auf die ganze Oberfläche der  Wand 1 bezogen,     Wärmeübergangszahlen,    die  bis das Zehnfache derjenigen betragen kön  nen, die sich bei glatten Oberflächen bei  Hautkondensation erreichen lassen.    Die     Kondensatströmung    hat eine stetige  Abnahme des Druckes vom Wellenberg zum  Tal zur Folge. Deshalb ist jenes Profil am  günstigsten, welches eine stetige Abnahme der  Krümmung des Bergprofils vom Scheitel  punkt weg aufweist. Für eine praktische Aus  führung der Wellen kann es jedoch von Vor  teil sein, die Krümmung des Bergprofils stu  fenweise abnehmen zu lassen.

   Daraus folgt,  dass in der Gegend des Wendepunktes des    Profils der Wellen dieses auch durch eine  gerade Strecke ersetzt werden kann.  



       Dadurch,    dass gemäss der Erfindung an  den     Wärmeaustauschflächen        Erhebungen    vor  gesehen werden, indem z. B. die Flächen wel  lenförmig     ausgebildet    sind, ist es bei Kon  densatoren und     Wasservorwärmern    möglich,  mit wesentlich kleineren Oberflächen und  Rohrlängen     auszukommen.    Folglich können  bei gleichem Druckverlust der Wasserströ  mung grössere Wassergeschwindigkeiten zu  gelassen werden, wodurch auch auf der Was  serseite die     Wärmeübergangszahl    verbessert  wird.

   Weiterhin ist auch die Wandtempera  tur bei solchen Apparaten mit gewellter Ober  fläche     auf    der     Kondensatseite    infolge des  guten Wärmeüberganges höher als bei     unge-          wellten    Flächen. Demzufolge erwirken die  temperaturabhängigen Eigenschaften des Was  sers eine weitere Verbesserung des Wärme  überganges auf der Wasserseite.  



  Endlich hat man noch der kürzeren ge  wellten Rohre wegen infolge des hydrodyna  mischen Anlaufeffektes der Wasserströmung  einen besseren Wärmeübergang auf der Was  serseite. Diese Verbesserungen der verschie  denen Wärmeübergänge haben zur Folge, dass  man z. B. bei Kondensatoren von     Dampftur-          binenanlagen    je nach dem     Kondensations-          zustand        50        bis        60        %,

          bei        Wasservorwärmern          sogar        55        bis        70        %        an        Wärmeaustaitschfläche     ersparen kann. Die     Wärmeaustauschwände     werden dabei zweckmässig aus Kupfer ange  fertigt, da bei Metallen mit geringerer Wärme  leitfähigkeit die entsprechenden Ersparnisse  weniger gross ausfallen.  



  Anstatt die     Wärmeaustauschwand    in der  in     Fig.1    gezeigten Weise nur auf der Kon  densationsseite gewellt auszuführen, kann sie,  wie in     Fig.    2 gezeigt, als wellenförmiger  Körper 8 ausgebildet, also z. B. aus Wellblech  hergestellt sein.  



  Die     Wärmeaustauschwand    kann,     wie    in,       Fig.    3 gezeigt, auch als ebene Platte mit ge  wellter Oberfläche 9 ausgebildet sein. Solche  Platten eignen sich für     Wärmeaustauscher     in Paketform.      Die     Wärmeaustauschfläche    kann weiter  hin, wie in     Fig.    4 und 5 gezeigt, als Rohr 10  mit auf dessen Aussenseite verlaufenden  Längsrillen ausgebildet sein. Die Rillen kön  nen aber auch auf der Innenseite des Rohres  vorgesehen werden.  



  Wie in     Fig.    6 und 7 gezeigt., kann die als  Rohr 11 ausgebildete     Wärmeaustauschfläche     auch senkrecht zur Rohrachse aussen gerillt  sein. Die Querrillen können jedoch auch  innen am Rohr vorgesehen sein.  



  Zur Erleichterung der     1lontage    von aussen  gerillten Rohren werden diese zweckmässig an  den Enden erweitert. Für ein aussen längs  gerilltes Rohr 12 ist dies in     Fig.8        veran-          sehaulieht,    wobei die gestrichelten Linienzüge  13 die nach der Rohrerweiterung     vom    Wellen  tal     vorstehenden    entfernten Partien andeuten  und     1-1    die Befestigungsstelle des Rohres 12  in einer Rohrplatte 121 bezeichnet.  



  Die     \Värineaustausehwand    kann auch als       schraubenlinienförmig    gerilltes Rohr ausge  bildet sein.  



       Durcligetührte        Bereelinungen    haben er  geben, dass sieh das in den Scheiteln der Wel  lenberge der     Wärineaustauschwand    niederge  schlagene     Kondensat    in Richtung des maxi  malen Druckgradienten, welcher durch die  Oberflächenspannung der Kondenshaut gege  ben ist, bewegt. Diese Richtung steht in den  Fällen, wo das     Kondensat    in den Tälern un  ter der     Einwirkung-    der     CTravitation    ab  strömt, nahezu     senkrecht    zur Richtung, in der  die Gravitation wirkt.

   Dies hängt damit     zu-          samincn,    dass der Druckgradient, der durch  die     Oberflächenspanntiiigen    in der     Kondensat-          haut    gegeben ist, ein grosses Vielfaches des       Druckgrzidienten    beträgt, der durch die Gravi  tation     hervorgerufen    wird.  



  Bei     län < ;s@erillten    Rohren von     der    in den       Fig.    4     und    5     "ezeigten    Art wird die Ober  fläche der     Kondensathaut    am obern Ende  des Rohres nach Kurve 17 der     Fig.    9 verlau  fen.

   In fortschreitender Entfernung vom  obern Rohrende wird wegen der Zunahme des  im obern Teil niedergeschlagenen     Konden-          sates    (las Tal immer mehr     auf-efüllt.    In     Fig.    9  sind drei in der     senkreehten@Abflussrichtung       des Kondensates aufeinanderfolgende Profile  17, 18 und 19 der Oberfläche der     Kondensat-          haut    dargestellt.     CTegen    die untern Partien  des Rohres zu ist das Gebiet der lebhaften  Kondensation infolge der Anschwellung der  Talströmung immer mehr beschränkt.

   Der da  durch entstehende Ausfall an wirksamer Kon   < lensationsfläche wird jedoch weitgehend da  durch kompensiert, dass die Dicke der     Kon-          densathaut        ain    Seheitel des Wellenberges in  den untersten Partien des Rohres stark ab  nimmt, wie das die Kurven 17, 18 und 19 der       Fig.    9 erkennen lassen, wodurch am Scheitel  die isolierende Wirkung der     Kondensathaut     erheblich vermindert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Wärmeaustauseher, bei welchem: die -Vä.rme- austauschmedien durch eine feste Wand ge trennt sind und das wärmeabgebende Medium sich an einer Wandfläche kondensiert, da durch gekennzeichnet, dass die Kondensations seite der Wärmeaustauschwand Erhebungen von einer Form aufweist, bei welcher die Oberflächenspanutingen des Kondensates eine Abnahme der Dicke der Kondensathaut in der Seheitelwegend erzwingen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Wärmeaustauscher nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Kon densationsseite der Wärmeaustauschwand wel lenförmig ausgebildet ist. ?. Wärmeaustauseher nach Patentan spruch und Unteransprtteh 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Krümmung des Berg profils der Wellen vom Scheitelpunkt weg ab nimmt.. 3. Wä.rmeaustauseher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und \_', dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Bergprofils der Wellen stetig abnimmt.

   .1. Wärmeaustauseher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Bergprofils der Wellen stufenweise ab nimmt. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berg- und Talprofil der Wellen eine gerade Strecke vorgesehen ist. 6. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeaustauschwand aus einem Wellblech besteht.

   7. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeaustauschwand plattenförmig ist. B. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeaustauschwand als längsgerilltes Rohr (10) ausgebildet ist. 9. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aussen längsgerillt ist. 10. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr innen längsgerillt ist.

   11. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeaustauschwand als quergerilltes Rohr (11) ausgebildet ist. 12. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aussen quergerillt ist. 13. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr innen quergerillt ist.

   14. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeaustauschwand als schraubenlinienförmig gerilltes Rohr aus gebildet ist.