DE94976C

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Publication number: DE94976C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Wirkung von Wärmeaust'auschvorrichtungen wird erhöht, wenn die anzuwärmende oder abzukühlende Flüssigkeit gegen die Heizoder Kühlfläche in Bewegung erhalten wird. Gewöhnlich wird die hierfür erforderliche Bewegung der Flüssigkeit entweder durch natürliches Gefalle erzeugt oder durch Bewegungs-(Rühr- oder Misch-) Vorrichtungen, wie Pumpen, Schnecken, Flügel oder Dreharme, die in der Flüssigkeit arbeiten, oder man läfst umgekehrt die Flüssigkeit stillstehen und die Wärme- oder Kühlrohre in ihr sich drehen.

Die vorliegende, sich auf Vorwärmer und Kühler beziehende Erfindung soll das Wärmeübertragungsvermögen dadurch erhöhen, dafs die- anzuwärmende oder abzukühlende Flüssigkeit, während sie ununterbrochen fortfliefst, in der Wärmeaustauschvorrichtung in eine rasche, absatzweise ihre Richtung wechselnde Bewegung versetzt wird. Eine derartige Anordnung ist für den Gebrauch um so werthvoller, je mehr man die schwingende Bewegung ohne Aufwand äufserer Kraft lediglich durch das Beharrungsvermögen oder die Elasticität der Flüssigkeit erzeugen läfst, während die äufsere Kraft nur dazu dient, die hinderlich auftretenden Reibungen zu überwinden.

Die äufsere Kraft kann auf jede beliebige Art auf die Flüssigkeit einwirken, z. B. durch Luft-, Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsdruck, der durch Pumpen,. Gebläse u. s. w. erzeugt wird, ferner durch die mechanische Wirkung von Schneckenflügeln oder schräg gestellten Rührarmen von in die Flüssigkeit eingetauchten oder sie berührenden Körpern, denen man auf bekannte Art regelmäfsig wechselnde Bewegung ertheilt.

Damit zur Erzeugung ,einer derartigen Bewegung eine möglichst geringe Kraft ausreiche, wird die Flüssigkeit in zwei oder mehrere annähernd gleichwiegende Theile getheilt und elastisch gelagert, entweder auf einer eingeschlossenen Gas-, Luft- oder Dampfmenge als auf einem Polster oder auf Federn oder Gewichten, die unmittelbar oder durch Kolben oder biegsame Platten auf die Flüssigkeit wirken. Bei solcher elastischen Lagerung der Flüssigkeit hat diese das Bestreben, um eine Gleichgewichtslage zu schwingen.

Die äufsere Vorrichtung zur Erzeugung der Bewegungen kann entweder nur auf einem einzigen oder auch auf alle in einer Anlage befindlichen Vorwärmer oder Kühler gemeinschaftlich einwirken; ferner kann die äufsere Kraft entweder bei jeder wechselnden Flüssigkeitsbewegung oder nur auf einen bestimmten Theil der Bewegungen zur Wirkung kommen, während dann der andere Theil der Bewegungen durch das Beharrungsvermögen und die Elasticität erzeugt wird. Während der schwingenden Bewegungen kann die Flüssigkeit nach Bedarf zu- und ablaufen.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. ι bis 4 ist die Flüssigkeit in zwei gleiche und gleichwiegende Theile zerlegt, während nach Fig! 5 die gleichwiegenden Theile ungleich sind und die elastische Lagerung durch ein Luftpolster erzielt ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Einzelheiten zu Fig. 5 und die Fig. 8 und 9 andere elastische Polster zu der Ausführungsform nach Fig. 5.

Fig. ι zeigt einen stehenden Röhrenwärmer oder Kühler, bei dem die zu erwärmende oder abzukühlende Flüssigkeit sich innerhalb der Röhren befindet.

Dabei ist der Flüssigkeitsraum in zwei gleiche unter einander verbundene Theile getheilt. Die Raumhälfte α ist oben offen, die Hä'lfte b dicht verschlossen und der Einwirkung eines Blasebalges c ausgesetzt, der durch eine Kurbel oder ein Excenter d. angetrieben wird und abwechselnd verringerten und vermehrten Luftdruck in b erzeugt, wodurch die Flüssigkeit in Schwingungen geräth. Dabei fliefst die Flüssigkeit bei e zu und bei f ab. Damit nicht durch Entweichen von Luft bei e der Druck in b verändert werde, kann das Einlaufrohr als Senkrohr ausgebildet oder mit einer Rückschlagklappe versehen werden.

Die beiden Flüssigkeitsräume können auch gleichachsig angeordnet und der Gröfse nach ungleich sein.

Nach Fig. 2 besteht der Vorwärmer oder Kühler aus zwei einander vollständig gleichen, die Flüssigkeit wie bei Fig. 1 in senkrechten Röhren entfaltenden Theilen A und B, deren Flüssigkeitsräume unten mit einander in Verbindung stehen und oben dicht verschlossen sind; Von dem Cylinder C führen Leitungen g und h zu den Theilen A und B, so dafs der Cylinderkolben D durch seinen Hin- und Hergang Luftschwingungen erzeugt, die auf die Flüssigkeitsoberflächen in α und b übertragen werden. Die Flüssigkeit fliefst wie in Fig. 1 bei e zu und bei f ab.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit liegenden Röhren. Diese münden an jeder Seite in einen der gleich grofsen, ringsum geschlossenen stehenden Flüssigkeitsräume α und b, worin durch Auf- und Abgehen der eingetauchten Körper K die Schwingungen erzeugt werden. Die Körper K können (wie gezeichnet) an einen Schwebebaum angeschlossen und durch Umdrehung einer Welle i bewegt werden. Es läfst sich auch bei dieser Ausführungsform eine der Anordnungen nach Fig. 1 und 2 zur Erzeugung der Flüssigkeitsschwingungen benutzen, wie umgekehrt auch bei den Ausführimgsformen nach Fig. 1 und 2 eintauchende Körper zur Schwingungserzeugung Anwendung finden können.

Während in den Vorrichtungen nach Fig. 1 bis 3 die abzukühlende oder anzuwärmende Flüssigkeit sich innerhalb der Röhren befindet, ist sie nach Fig. 4 aufserhalb der Röhren gedacht, die nun das Heiz- oder Kühlmittel enthalten. Die Schwingungen werden der Flüssigkeit unmittelbar durch rasches Hin- und Herschwingen eines in dem von Röhren freien Mittelraum untergebrachten Schneckenflügels j ertheilt, der durch eine schwingende Kurbel k, die von einer umlaufenden Kurbel / oder sonstwie getrieben wird, seine Bewegung erhält. Auch bei dieser Anordnung lassen sich die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schwingungserzeuger anwenden.

Im Gegensatz zu den Anordnungen nach Fig. ι bis 4, bei denen sich die beiden Flüssigkeitshälften das Gleichgewicht halten, zeigt Fig. 5 eine Anordnung des Vorwärmers oder Kühlers, wonach die elastische Lagerung der Flüssigkeit lediglich durch ein Luft- oder Gaspolster erzielt wird, indem im Behälter b über der Flüssigkeit Luft oder Gas unter solchem Druck steht, dafs dadurch in der Ruhelage der eine Flüssigkeitsspiegel bei NN, der andere bei N₁ N₁ liegt. Der nöthige Druck in b wird erhalten durch Eintreiben von gespanntem Gas oder gespannter Luft in den Raum b durch den Hahn m, bis das Flüssigkeitsstandglas η den Wasserspiegel bei N₁ N₁ an der richtigen Stelle nachweist. Die Schwingungen werden der Flüssigkeit durch plötzliche stofsweise Einwirkung gespannter Luft im Räume a auf den. Flüssigkeitsspiegel NN und. nachheriges Ablassen der Luftspannung ertheilt. Der Verdichter arbeitet dabei in einem grofsen, mit Sicherheitsventil für bestimmten Druck versehenen Behälter, von wo das gespannte Gas oder die gespannte Luft durch die Rohrleitung O zunächst einem Windkessel E und von hier dem oberen Räume a des Vorwärmers oder Kühlers zugeführt wird. Der Raum α mufs aufser mit E auch abwechselnd mit der äufseren Luft oder einem besonderen Behälter zum Auffangen der verbrauchten Luftoder Gasmenge in Verbindung gebracht werden können; es ist also eine Steuerung erforderlieh, die abwechselnd die Verbindung zwischen E und α öffnet und schliefst, wobei mit letzterem Zeitpunkt gleichzeitig die Verbindung von α mit der äufseren Luft oder dem besonderen Auffangbehälter und die zwischen E und dem Zuführrohr O geöffnet werden mufs. Diese Steuerung kann im übrigen beliebig eingerichtet sein. Ein hierzu verwendbarer Drehschieber oder Mehrwegehahn ist in etwas gröfserem Maafsstabe und in beiden abwechselnden Stellungen in den Fig. 6 und 7 dargestellt. In der ersten Lage (Fig. 6) ist das Hahnküken F so gestellt, dafs von seiner vorderen T- förmigen Bohrung der eine Schenkel P₁ durch die Wand des Hahngehäuses G verschlossen wird, während die beiden anderen Schenkel _p₂ und ρ_Ά die Verbindung zwischen 0 und E herstellen, wobei zugleich durch die p_s gegenüber liegende Kükenwandung der Zugang q₁ nach α abgesperrt ist. Die hintere winkelförmige Küken-

bohrung stellt in dieser Lage die Verbindung zwischen α und der Aufsenluft oder dem Auffangbehälter her, indem die Längsbohrung r nach aufsen. oder in ein zu dem Auffangbehälter führendes Rohr H mündet, während die schlitzförmige seitliche Ö'effnung s im Küken sich über dem zweiten Ausgang q₂ von α befindet. Die zweite Lage (Fig. 7 und 5) wird durch Drehung des Hahnkükens um 90⁰· rechtsum erreicht; dabei stellen in der vorderen T-förmigen Bohrung des Kükens die Schenkel^ und p₂ die Verbindung zwischen α und E her, während der Schenkel p₂ durch die Gehäusewand G und der Zugang nach dem Rohr 0 durch die p₃ gegenüber liegende Kükenwand gesperrt ist; zugleich ist bei der hinteren Bohrung die Verbindung mit α unterbrochen, indem q₂ durch die Kükenwand und der Schlitz s durch die Gehäusewand verschlossen sind. Bei der ersten Lage entweicht durch q₂ s r die verdichtete Luft aus a, und der Flüssigkeitsspiegel stellt sich unter dem Druck des in b eingeschlossenen Luftpolsters auf NN ein, während zugleich durch ο q_&p₂ p₃q_t gespannte Luft aus dem vom Verdichter gespeisten Behälter nach E tritt, bis der nöthige Füllungsgrad erreicht ist. Bei der zweiten Lage wird der Verdichter vom Windkessel E und der Raum α von der Aufsenluft abgesperrt, dagegen die Verbindung von E nach α freigegeben , so dafs das vorher in E eingeschlossene Gas oder die Luft einen plötzlichen Stofs auf die Flüssigkeit in α ausübt und den Spiegel bei NN senkt und bei N₁ N₁ hebt, womit die Schwingungen ihren Anfang nehmen und infolge des Beharrungsvermögens und unter der Gegenwirkung des Luftpolsters in b sich auch in der ersten Lage noch fortsetzen, wenn die Zeitdauer der zweiten Lage entsprechend kurz ist. Das Oeffnen der verschiedenen Verbindungen kann durch Centrifugalregulatoren, Katarakte, Uhrwerke u. s. w. geregelt werden.

Das Gas- oder Luftpolster b (Fig. 5) kann durch die in Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtungen ersetzt werden. In .Fig. 8 ist dies ein auf die Flüssigkeit drückender, nach oben verschiebbarer Kolben t mit aufgelegten Gewichten u und in Fig. 9 ein unter dem Druck, der Feder ρ stehender Blasebalg 0.

Die Schwingungsvorrichtung nach Fig. 5 bezw. 8 und 9 ist. auch für Vorwärmer oder Kühler mit liegenden Röhren anwendbar; es ist gleichgültig, ob die Flüssigkeit aufserhalb oder innerhalb der Rohre fliefst.

Die ausgeführten Vorrichtungen sind wirksam, wenn (wie bisher angenommen) auf der anderen Seite der mit derFlüssigkeit in Berührung befindlichen Heizfläche sich Luft, Gase oder Dampf befinden , die der Flüssigkeit Wärme zuführen oder entnehmen sollen. Wird nun statt dieser Wärme- oder Kältemittel ebenfalls eine Flüssigkeit angewendet und auch diese in Schwingungen versetzt, so ist das Wärmeübertragungsvermögen noch gröfser.

Es kann also entweder nur die anzuwärmende oder abzukühlende oder nur die Wärme- oder Kühlflüssigkeit oder beide in Schwingungen versetzt werden.

Ist es erforderlich, die Länge der Heizbezw. Kühlrohre zu beschränken, so können die Rohre in mehreren neben einander liegenden Bündeln angeordnet werden.

Derartige Ausführungen veranschaulichen Fig. 10 und 11.

Fig. 10 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine stehende Wärmeaustauschvorrichtung mit vier Gängen und entspricht im übrigen der Ausführung- nach Fig. 2.

Fig. 11 stellt den Längs- und Querschnitt durch eine liegende Wärmeaustauschvorrichtung mit drei Gängen, entsprechend der Ausführung nach Fig. 5 dar.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Wärmeaustauschvorrichtung für ununterbrochen hindurchfliefsende Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dafs eine der Flüssigkeiten oder beide zur Vergröfserung des Wänneübertragungsvermögens mittelst äufserer Kräfte in fortwährend ihre Richtung wechselnde, also schwingende oder zitternde Bewegung versetzt werden.

2. Eine Ausführungsform der unter 1. geschützten Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dafs die Flüssigkeit entweder in zwei meistens annähernd gleichwiegende Theile zerlegt oder von einer Seite unter den Druck elastischer Polster gebracht wird, um sie leicht beweglich zu lagern und um für die Schwingungserzeugung möglichst geringer äufserer Kraft zu bedürfen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.