DE2234395A1

DE2234395A1 - PROCESS FOR IMPROVING HEAT TRANSFER BETWEEN TWO MEDIA AND HEAT EXCHANGERS TO PERFORM THE PROCESS

Info

Publication number: DE2234395A1
Application number: DE19722234395
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: MEISSNER BRUNO 2800 BREMEN
Current assignee: MEISSNER BRUNO 2800 BREMEN
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1972-07-13
Publication date: 1974-01-24

Description

Verfahren zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen zwei Medien und Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindiin betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen zwei durch eine Wärmetauschfläche getrennte Medien, mit kontinuierlicher Einführung der Medien in mindestens je einen Wohlraum.Method for improving the heat transfer between two media and heat exchangers for carrying out the method The invention relates to a method for improving the heat transfer between two media separated by a heat exchange surface, with continuous Introduction of the media in at least one comfort room each.

Bei Prozessen zum direkten Wärmeaustausch zwischen zwei Medien durch eine Trennwand wird oftmals danach getrachtet, wenigstens eines der Medien in einem möglichst langen, turbulenten Strömungsweg und mit grosser Geschwindigkeit über die Wärmetauschfläche zu führen und gleichzeitig eine grosse Berührungsfläche pro umbauter Volumeneinheit zu erreichen. Oder anders ausgedrückt, es wird angestrebt, einerseits den Wärmeübergangskoeffizienteh zwischen Wärmetauschfläche und Medium möglichst hoch, andererseits die Wärmetauschfläche selbst und gegebenenfalls die mit ihr wärmeleitend verbundenen, von einem der Medien berührten Flächen möglichst gross zu halten.In processes for direct heat exchange between two media a partition is often sought after, at least one of the media in one as long as possible, turbulent flow path and with great speed over to lead the heat exchange surface and at the same time a large contact surface pro to achieve the enclosed volume unit. Or to put it another way, the aim is to on the one hand the heat transfer coefficient between the heat exchange surface and the medium as high as possible, on the other hand the heat exchange surface itself and possibly the if possible, surfaces connected to it in a thermally conductive manner and touched by one of the media to keep it big.

Es sind verschiedene Wärmetauscheinrichtungen bekannt, bei denen das eine der Medien in einen geschlossenen Raum in Form eines Strah@es eingeleitet wird, der auf die Wärmetauschfläche gerichtet ist und an ihr umgelenkt wird. Dabei wird bezweckt, durch Zerstörung der Grenzschicht oder Reduzierung ihrer Dicke den Wärmeübergang zu verbessern. Ferner ist es bekannt, das Medium schraubenförmig durch einen zylindrischen Körper zu führen, durch dessen Wände der Wärmeübergang erfolgt. So wirksam mahche dieser Einrichtungen auch sind, weisen sie doch den Nachteil auf, dass im Verhältnis zum Volumen des Raumes, in welchem das Medium strömt, die effektive Wärmetauschfläche nur klein ist oder sogar die begrenzenden Wände nur teilweise zum Wärmetausch ausgenützt werden.Various heat exchange devices are known in which the one of the media in an enclosed space in the form of a strah @ it is introduced, which is directed to the heat exchange surface and deflected on her will. The aim is to destroy the boundary layer or reduce it Thickness to improve the heat transfer. It is also known for the medium to be helical through a cylindrical body, through whose walls the heat transfer he follows. As effective as some of these devices are, they have their drawbacks on that in relation to the volume of the space in which the medium flows, the effective heat exchange surface is only small or even the limiting walls are only can be partially used for heat exchange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln und verhältnismässig niedrigem Energieaufwand die wärmetauschenden Medien drart zu führen, dass die benötigten Hohlräume möglichst klein werden und jedes Mediumsteilchen wiederholt in Berührung kommt, so dass dieselbe maximal ausgenützt wird.The invention is based on the object with simple means and relatively low energy consumption to direct the heat-exchanging media quickly, that the required cavities are as small as possible and that each medium particle is repeated comes into contact, so that the same is used to the maximum.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Hohlraum als scheibenförmige Zelle ausgebildet is;, in die das Medium unter Druck als Freistrahl eingeführt wird und welchen das Medium tangential verlässt, wodurch ein im wesentlichen parallel zur Wärmetauschfläche zirkulierendes, stabiles Wirbelfeld mit rezirkulierenden Mediumsteilchen entsteht, dessen Zirkulationsachse senkrecht auf der Wärmetauschfläche steht, +# parallel zur Wärmetauschfläche Ein Wärmetauscher zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens zwei von den wärmetauschenden Medien ausgefüllten Zellen mit vorzugsweise flucht enden Achsen, die durch die Wärmetauschfläche voneinander getrennt sind und deren Sin- und Austrittsöffnungen im Mantel der Zeile angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved in that each cavity is designed as a disk-shaped cell, into which the medium under pressure as a free jet is introduced and which the medium leaves tangentially, whereby a substantially Stable vortex field circulating parallel to the heat exchange surface with recirculating Medium particles are created whose circulation axis is perpendicular to the heat exchange surface stands, + # parallel to the heat exchange surface A heat exchanger to carry out this process is characterized by at least two of the heat exchangers Media-filled cells with preferably aligned axes passing through the heat exchange surface are separated from each other and their sin and outlet openings in the jacket of the line are arranged.

Durch die Ausbildung eines Wirbelfeldes wird das in den Hohlraum eintretende Medium nicht auf kurzem Wege zur Austrittsöffnung, sondern zirkulierend entlang der Wärmetauschfläche geführt, so dass ein langer ßtrömungsweg resultiert. Gleichzeitig entsteht, wie es von einem Freistrahl bekannt ist, im strömenden Medium ein ständiger Stoffaustausch quer zur Strömungsrichtung, wodurch die meisten Mediumsteilchen rezirkulieren, d.h. den Zirkulationsweg mehrmals durchlaufen. Dieser Stoffaustausch verursacht aber auch, dass jedes Mediumsteilchen immer wieder mit der Wärmetauschfläche in Berührung kommt, -;as den Wärmeaustausch steigert und hohe spezifische Wärmeübergangskoeffizienten ergibt. Durch die Scheibenform der Zellen wird die ereichbare Wirirung noch erhöht, die naheliegenderweise dann am grössten ist, wenn eine Zelle auf beiden Seiten durch Wärmetauschflächen begrenzt ist. Überdies bietet die Scheibenform die Möglichkeit, in einem gegebenen Raume eine sehr grosse @nzahl voll ausgenützter Wärmetauschflächen unterzubringen, so dass sich ein hoher Wirkungsgrad einstellt.The formation of a vortex field is what enters the cavity Medium not on a short path to the outlet opening, but circulating along it the heat exchange surface, so that a long ßtrömungsweg results. Simultaneously As is known from a free jet, a constant flow arises in the flowing medium Substance exchange transverse to the direction of flow, whereby most of the medium particles recirculate, i.e. run through the circulation path several times. This exchange of substances causes but also that each medium particle repeatedly with the heat exchange surface in Comes into contact -; as the heat exchange increases and high specific heat transfer coefficients results. Due to the disk shape of the cells, the reachable effect is increased even more, which is obviously greatest when a cell on both sides Heat exchange surfaces is limited. In addition, the disc shape offers the possibility of a very large number of fully utilized heat exchange surfaces in a given space to accommodate, so that a high level of efficiency is achieved.

In der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip des Freistrahls; Fig.2 - 4 verschiedene Zellenformen; Fig.5 die Seitenansicht zu den Fig.2 - 4; Fig. 6 einen Radialschnitt nach der Linie VI - VI durch den Wärmetauscher gemäss Fig.7; Fig.? in der oberen Hälfte einen Schnitt nach der Linie VII1 -VII1, in der unteren Hälfte einen Schnitt nach der Linie VII2 - VII2 durch den Wärmetauscher gemäss Fig.6, jedoch in anderen Massstäben; Fig, einen Radialschnitt nach der Linie VIII - VIII durch den Wärmetauscher gemäss Fig.9; Fig.9 in der oberen Hälfte einen Schnitt nach der Linie Ih -IX1, in der unteren Hälfte einen Schnitt nach der Linie IX2 - IX2 durch den Wärmetauscher gemäss Fig.8; Fig.10 und 11 verschieden gestaltete Einsatzkörper für den Wärmetauscher gemäss Fig.9; Fig.12 eInen Schnitt nach der Linie XII - XII durch den Wärmetauscher gemäss Fig.13; Fig.13 die Seitenansicht des Wärmetauschers gemäss Fig.12.In the accompanying drawings are several embodiments of the Invention shown. 1 shows the principle of the free jet; Fig. 2 - 4 different cell shapes; FIG. 5 shows the side view of FIGS. 2-4; Fig. 6 a Radial section along the line VI - VI through the heat exchanger according to FIG. 7; Fig.? in the upper half a section along the line VII1 -VII1, in the lower half a section along the line VII2 - VII2 through the heat exchanger according to FIG. 6, however in other scales; Fig, a radial section along the line VIII - VIII through the heat exchanger according to Figure 9; 9 in the upper half a section according to the Line Ih -IX1, in the lower half a section along the line IX2-IX2 the heat exchanger according to Figure 8; 10 and 11 differently designed insert bodies for the heat exchanger according to FIG. 9; FIG. 12 a section along the line XII - XII through the heat exchanger according to Figure 13; Fig. 13 the side view of the heat exchanger according to Fig. 12.

Fig.1 zeigt die Entstehung und das Wesen eines Freistrahls.Fig. 1 shows the creation and nature of a free jet.

Ein fliessbares Medium strömt unter Druck in Richtung des Pfeiles 1 durch die als Düse ausgebildete Eintrittsöffnung 2 @@@ den Zum 3: der bereits mit diesem oder einem 5hnllchen Medium gefüllt ist. In der Düse wird das Medium beschleunigt. Durch die plötzliche Querschnittserweiterung bildet sich, eine genügend hohe Reynoldszahl vorausgesetzt, ein sogenannter Freistrahl aus, wobei die ursprünglich rein translatorische Strömung durch Mitreissen und Beschleunigen angrenzender Massenteilchen verzögert wird und sich unter Auflösung und Vermischung an der Grenzfläche 5 räumlich ausbreitet. Der sich bildende hydraulisch turbulente Mischungskegel 4 ist für jede Art von Medium charakteristisch und nur in geringem Masse von dessen Zähigkeit ab1iängig - Die Anwendung eines Freistrahls in Wärmetauschern ist noch nicht lange bekannt und das-nur in der Weise, dass der Strahl senkrecht auf die Wärmetauschfläche gerichtet wird, um den Aufpralleffekt auszunützen, Wie in den I?ig.2 - 4 dargestellt, wird das Medium durch wie als Düse gestaltete Eintritts öffnung 2 in die scheibenförmige Zelle 6 tangential eingeführt, die vom Mantel 7 und den beiden Wärmetauschflächen 8 (Fig.5) begrenzt ist. Es entsteht ein turbulenter freistrahl, durch den sich der Mischungskegel 4 ausbildet, dessen spiralartig verlaufende Grenzfläche 5 bis zur sich eine stellenden Zirkulationsachse 9 verfolgt werden kann. Infolge der Freistrahlwirkung ergibt sich auch hier eine- Auflösung des eintretenden Strahls entlang der Grenzfläche 5, derart,, dass der Zelleninhalt mitgerissen wird und Mediumsteilchen aus den Strahl durch Impuls- und Massenaustausch zirkulierend nach innen bis zur Zirkulationsachse 9 geführt werden. Dabei werden neu hinzukommende Mediumsteilchen einigermassen gleichmässig über die ganze Zelle verteilt und mit dem übrigen, die Zelle @usfüllenden Medium vermischt. Es stellt sich ein zirkulierendes, stabiles Wirbelfeld mit rezirkulierenden Mediumsteilchen ein, dessen Bewegung durch Energieabgabe des eintretenden an das bereits vorhandene Medium ständig aufrechterhalten wird.A flowable medium flows under pressure in the direction of the arrow 1 through the inlet opening designed as a nozzle 2 @@@ the to 3: which is already filled with this or a similar medium. In the nozzle is the medium accelerates. The sudden widening of the cross-section creates assuming a sufficiently high Reynolds number, a so-called free jet, where the originally purely translational flow by being dragged along and accelerating adjacent mass particles is delayed and dissolving and mixing at the interface 5 spatially spreads. The hydraulically turbulent one that forms Mixing cone 4 is characteristic of every type of medium and only to a minor extent Mass depends on its toughness - The use of a free jet in heat exchangers is not long known and that-only in such a way that the beam is perpendicular directed at the heat exchange surface in order to take advantage of the impact effect, such as As shown in FIGS. 2-4, the medium flows through an inlet which is designed as a nozzle Opening 2 introduced tangentially into the disk-shaped cell 6, which is formed by the casing 7 and the two heat exchange surfaces 8 (Fig.5) is limited. The result is a turbulent one Free jet through which the mixing cone 4 is formed, its spiral-like Boundary surface 5 can be followed up to an emerging circulation axis 9. As a result of the free jet effect, there is also a dissolution of the occurring Beam along the interface 5, such that the Cell content is entrained and medium particles from the beam by momentum and mass exchange circulating inwards to the circulation axis 9. Be there newly added medium particles fairly evenly over the entire cell distributed and mixed with the rest of the medium filling the cell. It puts a circulating, stable vortex field with recirculating medium particles one whose movement is due to the release of energy from the incoming to the already existing Medium is maintained at all times.

Unter Zirkulation ist eine un die Zirkulationsachse drehende oder rotierende Mediumsbewegung zu verstehen, entsprechend einem Drall oder einer anderen Drehbewegung. Sie stellt sich dar in Form eines sich kontinuierlich drehenden, der Ge-stalt des Mantels 7 entsprechenden Wirbels mit zu den Wärmetauschflächen 8 im wesentlichen- paralleler Strömungsrichtung, und einer Zirkulationsachse 9, die ungefahr mit der auf den Wärmetauschflächen 8 senkrecht stehenden Zellenachse zusammenfällt.Under circulation is a rotating or rotating the axis of circulation to understand rotating medium movement, corresponding to a twist or another Rotary motion. It presents itself in the form of a continuously rotating, the Ge-shape of the jacket 7 with corresponding vortices to the heat exchange surfaces 8 in essentially parallel flow direction, and a circulation axis 9, which approx coincides with the cell axis which is perpendicular to the heat exchange surfaces 8.

Gemäss den vorstehenden Darlegungen traten fast alle Mediums teilchen nicht unmittelbar durch die Austrittsöffnung 10 wieder aus, sondern werden durch den impuls- und @ Massenaustausch längs der Grenzfläche 5 gezwungen, mehrmals im Wirbelfeld zu zirkulieren, also zu rezirkulieren. Das axial austratende Me dium besteht aus Teilche@, die verschieden lange Strömungswege zurückgelegt haben. Die Mehrzahl von ihnen war schon ganz oder beinahe bis zur Zirkulationsachse 9 gelangt, ist durch Rückeinmischung an der Grenzfläche 5 vom eintretenden Strahl nitgerissen und durch diesen hindurch bis an die Peripherie des Wirbelfeldes getragen worden, bis sie aus der Zelle austreten. Andere Teilchen wieder gelangen auf kürzeren Strömungswegen zur Austrittsöffnung. Im Ifittel jedoch haben alle Mediumsteilchen mehrmals die Wärmetauschfläche 8 überstrichen.According to the explanations above, almost all of the medium particles occurred not directly through the outlet opening 10 again, but are through forced the momentum and @ mass exchange along the interface 5, several times in To circulate vortex field, so to recirculate. The axially emerging medium consists of particles @, which flow paths of different lengths covered to have. The majority of them were already wholly or almost up to the axis of circulation 9 reached is due to back-interference at the interface 5 of the entering jet torn and carried through it to the periphery of the vertebral field until they emerge from the cell. Other particles come back on shorter ones Flow paths to the outlet opening. On average, however, all have medium particles repeatedly swept over the heat exchange surface 8.

Um die Viirbelströmung in der Zelle zu beherrschen und damit sie sich wunschgemäss ausbilden kann, ist es notwendig, dass die Zelle eine Scheibenform aufweist. Darunter ist zu verstehon, dass die Dicke der Zelle, also der Abstand zwischen den die Zelle begrenzenden Wärmetauschflächen in Richtung der Zellenachse, vorzugsweise nicht grösser sein soll als 1/2 der grössten Zellenabmessung. Bei der praktischen Ausführung kann die Zellendicke bis auf 1 mm und noch weniger heruntergehen und die gTösste Zellenabmessung kann bis zum 200-fachen davon betragen, das aber hohe Sintrittsgeschrindigke-iten bedingt. Die beiden anderen Dimensionen senkrecht zur Zellenachse dürfen aber, nicht beliebig gewählt werden. Es hat sich ergeben, dass das Verhältnis der grössten zur kleinsten Zellenabmessung maximal 5 : 1 betragen soll.In order to control the vortex flow in the cell and so that it can develop as desired, it is necessary that the cell has a disk shape. This means that the thickness of the cell, that is to say the distance between the heat exchange surfaces delimiting the cell in the direction of the cell axis, should preferably not be greater than 1/2 of the largest cell dimension. In the practical implementation, the cell thickness can go down to 1 mm and even less and the largest cell dimension can be up to 200 times that, but this requires high penetration speeds. However, the other two dimensions perpendicular to the cell axis may not be chosen arbitrarily. It has been found that the ratio of the largest to the smallest cell dimensions is a maximum of 5: 1 target.

Die Ausbildung des Wirbelfeldes und der erwünschten Rezirkulation kann auch dann in Frage gestellt se@n, wenn die Austrittsöffnung 10, in Richtung der Strömung betrachtet, zu nahe bei der Eintrittsöffnung 2 liegt. Deshalb soll dieser Abstand, über den Zellenumfang gemessen, mindestens 50 % des gesamten Umfanges betragen. Die hydraulisch besten Ergebnisse stellen sich ein, wenn dieser Abstand 3/4 des Umfangs oder noch mehr ausmacht.The formation of the vortex field and the desired recirculation can also be called into question se @ n if the outlet opening 10, viewed in the direction of the flow, too close to the inlet opening 2. That's why this distance, measured over the circumference of the cell, should be at least 50% of the total Amount. The hydraulically best results are achieved when this The distance is 3/4 of the circumference or even more.

Um eine möglichst gute Ausnützung des sogenannten Arbeitsdrukkes zum Wärmetransport durch die Wärmetauschflächen zu erreichen, ist es zweckmässig, die Eintrittsgeschwindigkeit in die Zelle wesentlich grösser als die Austrittsgeschwindigkeit zu halten. Mit anderen Worten, die QuerschnIttsfläche der Austrittsöffnung muss entsprechend grösser sein als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung. Es ist von Vorteii, wenn sie mindestens doppelt so gross ist, doch kann sie bis zum sechs- oder siebenfachen betragen. Die unterschiedlichen Querschnittsflächen sind zum Teil schon dadurch bedingt, dass das elnströmende medium in der Zelle verzögert wird und auch an Druck verliert, was sich besonders bei gasförmigen Medien als Volumensvergrösserung auswirkt. Da bei kontinuierlichem Betrieb pro Zeiteinheit die gleiche Masse eintritt und austritt, ergibt sich zwangsweise eine Vergrösserung der Austrittsfläche.In order to achieve the best possible utilization of the so-called working pressure for heat transport through the heat exchange surfaces, it is advisable to keep the entry speed into the cell much greater than the exit speed. In other words, the cross-sectional area of the outlet opening must be correspondingly larger than the cross-sectional area of the inlet opening. It is advantageous if it is at least twice as large, but it can be up to six or seven times. The different cross-sectional areas are partly due to the fact that the inflowing medium in the cell is delayed and also loses pressure, which has the effect of increasing the volume, particularly in the case of gaseous media. Since the same mass enters and exits per unit of time with continuous operation, one inevitably results Enlargement of the exit area.

Um kein hydraulisches Schwerefeld aufzubauen, dessen Überwindung zusätzlichen Arbeitsdruck benötigen würde, ist es von Vorteil, wenn die Eintritts- und Austritssöffnungen für das Medizur annähernd gleichen Abstand von der Zellenachse haben.In order not to build up a hydraulic gravitational field, its overcoming additional Would require working pressure, it is advantageous if the entry and outlet openings for the medicine at approximately the same distance from the cell axis to have.

Bei dem beschriebenen Verfahren können für die Einführung des Mediums in die Zelle alle techmisch beherrschbaren Lrücke angewendet werden. Um im Wirbelfeld selbst eine Feinturbulenz zu erzeugen, ist es notwendig, wor allem die Eintrittsgeschwindigkeit im Zusammenhang mit der Eintrittsöffnung und der Zähigkeit des Mediums derart zu wählen, dass die Reynoldszahl entsprewd chend der Formel R = - grösser als 2000 ist, wobei w die y Geschwindigkeit des Mediums in der Eintrittsöffnung, d der hydraulische Durchmesser der Eintrittsöffnung und die kinematische Zähigkeit des Mediums sind, Zwar arbeitet dieses Verfahren auch bei kleineren Reynoldszahlen, doch ist es dann technisch und wirtschaftlich weniger interessant, weil die Bildung des Wirbelfeldes und damm die mehrfache Rezirkulation der Mediumsteilchen nicht mehr in vollen Masse gewährleistet ist. Im Extremfall besteht die Möglichkeit, dass der in die Zelle eintretende Strahl sich laminar, ohne Auflösung und Massenaustausch an der Grenzfläche, auf kürzestem Wege entlang der Ummantelung sich z@@ Austrittsöffnung hinbewegt.In the case of the method described, for the introduction of the medium all technically controllable gaps are applied to the cell. To in the vortex field To generate even a fine turbulence, it is necessary, especially the entry speed in connection with the inlet opening and the viscosity of the medium choose that the Reynolds number according to the formula R = - is greater than 2000 where w is the y velocity of the medium in the inlet opening, d the hydraulic one The diameter of the inlet opening and the kinematic viscosity of the medium are, Although this method also works with smaller Reynolds numbers, it is then technically and economically less interesting because of the formation of the vortex field and dam the multiple recirculation of the medium particles no longer in full mass is guaranteed. In extreme cases, there is a possibility that the cell could get into the cell incoming beam becomes laminar, without dissolution and mass exchange at the interface, on the shortest path along the casing z @@ moves towards the outlet opening.

Je höher der Eintrittsdruck ist, desto mehr reicht cie dem Medium erteilte Bewegungsenergie aus, um es öfter in der Zeile zirkulieren zula sen. Ist der zur Verfügung stehende Druck sehr hoch, dann ist es günstiger, ihn nicht in nur einer, sondern in mehreren, in Serie hintereinader geschalteten Zellen abzubauen.The higher the inlet pressure, the more it extends to the medium given kinetic energy to it more often in the line circulate allow. If the available pressure is very high, it is cheaper to it not in just one, but in several, connected in series Break down cells.

Da durch die Zirkulation und die dabei auftretende turbulente Querbewegung das Medium auch in Ecken einläuft, kann eine Zelle, wie aus den Fig.2 - 4 ersichtlich ist, kreisrung, sechseckig oder quadratisch sein, sie kann aber auch jede beliebige andre Form haben sofern dieselbe nicht strömungstechnisch zu ungünstig ist, speziell hinsichtlich des oben genannten Verhältnisses von grösster zu kleinster Zellenabmessung. Aufbau und Wirkungsweise Ist im Prinzip bei allen gleich.Because of the circulation and the turbulent transverse movement that occurs the medium also runs into corners, a cell, as can be seen in FIGS. 2-4 is, circular, hexagonal or square, but it can also be any have a different shape, provided that the same is not too unfavorable in terms of flow, especially with regard to the above-mentioned ratio of largest to smallest cell dimensions. Structure and mode of operation Is in principle the same for all.

Die Fig.6 und 7 zeigen die konstruktive Ausführung eines Wärmetauschers mit vier Zellen. (Es sei hier daran erinnert, dass die Fig.7 zwei aneinandergereihte Schnitte darstellt, wobei die obere Hälfte der Figur tatsächlich über der unteren Hälfte, in einem Abstand. von der Zeichenebene, liegt.) In das Gehäuse 11 ist der rohrförmige Einsatzkörper 12 eingebaut, Welcher ccle Zellen 6 umfasst, die durch die Wärmetauschflächen 8 voneinander getrennt sind. Sollten die Drucke in benachbarten Zellen zu unterschiedlich oder die Wärmetauschflächen zu dünn sein, dann können sie durch die Distanzhülse 17 im gewünschten Sbstand gehalten werden.6 and 7 show the structural design of a heat exchanger with four cells. (It should be remembered here that Fig. 7 lined up two Depicts cuts, with the top half of the figure actually above the bottom Half, at a distance. from the plane of the drawing.) In the housing 11 is the tubular insert body 12 installed, which ccle cells 6 comprises, which through the heat exchange surfaces 8 are separated from one another. Should the prints be in neighboring Cells too different or the heat exchange surfaces too thin, then they are held by the spacer sleeve 17 in the desired Sbstand.

Numeriert man in Fig.7 die Zellen fortlaufend von unten nach oben, so wird das wärmetauschende Medium für die erste und dritte Zelle durch die Zuleitung 13 gemeinsam zugefkxhrt (untero Hälfte der Fig.?), teilt sich in zwei Teilströme, tritt durch die Eintrittsöffnungen 2 im Einsatzkörper 12 in die beiden Zellen 6, zirkuliert in ihnen, tritt auf der selben Seite GvS Wärmetauschers, aber oberhalb der Eintritts öffnungen durch die Austrittsöffnungen 10 im Einsatzkörper 12 wieder aus, wird gesammelt (obere Hälfte der Fig.?) und wird durch die Ableitung n abgeführt.If you number the cells in Fig. 7 consecutively from the bottom above, this is how the heat-exchanging medium for the first and third cells is through the supply line 13 supplied together (below half of the figure?), Divides into two partial flows, passes through the inlet openings 2 in the insert body 12 into the two cells 6, circulates in them, occurs on the same side of the GvS heat exchanger, but above the inlet openings through the outlet openings 10 in the insert body 12 again off, is collected (upper half of the figure?) and is discharged through the derivative n.

Das Medium für die zweite und virte Zellebeschreibt einen ähnlichen Weg, jedoch auf der anderen Seite des Wärmetauschers beginnend: Zuführung durch die Zuleitung 15 (obere Hälfte der Fig.7), Eintritt in die Zellen, Zirkulation, Abführung durch die Ableitung 16 (untere Hälfte der Fig.7).The medium for the second and viral cell describes a similar one Path, but starting on the other side of the heat exchanger: Feed through the supply line 15 (upper half of Fig. 7), entry into the cells, circulation, Discharge through the discharge line 16 (lower half of FIG. 7).

Wie aus der FIg.6 deutlich hervorgeht, werden bei dieser Ausführung die beiden Medien im Gleichstrom zueinander über die Wärmetauschflächen 8 geführt. Sollte Gegenstrom erwünscht sein, was thermodynamisch günstiger sein kann, dann genügt es, die Funktionen der Zuleitung 15 und der Ableitung 16 miteinander zu vertauschen, doch dürfen dabei die unterschiedlichen Abmessungen der Ein- und Austrittsöffnungen nicht übersehen werden.As can be clearly seen from Fig. 6, in this version the two media are conducted in cocurrent to one another via the heat exchange surfaces 8. If countercurrent flow is desired, which can be thermodynamically more favorable, then it is sufficient to interchange the functions of the supply line 15 and the discharge line 16, but the different dimensions of the inlet and outlet openings are allowed not be overlooked.

Die Wärmetauschflächen 8 können praktisch beliebig nahe in den Einsatzkörper 12 eingebaut werden. Die Anzahl der Zellen, die aneinandergereiht werden können, ist nahezu unbegrenzt und es st nur eine Frage der zweckvollen Ausbildung der Zuleitung, wieviele Zellen annähernd gleichmässig beaufschlagt werden könneun. so ist es möglich, ein gegebenes Bauvolumen durch Einbau einer unverhältnismässig grossen Gesamt-Wärmetauschfläche maximal auszunützen. Dabei steht jede Wärmetauschfläche a-S beiden Seiten vollständig und jederzeit mit den beiden bewegten Medien in unmittelbarer Beruhrung, was einen hohen thermischen Wirkungsgrad garantiert.The heat exchange surfaces 8 can be practically as close as desired into the insert body 12 can be installed. The number of cells that lined up is almost unlimited and it is only a question of appropriate training the supply line, how many cells can be applied approximately evenly. so it is possible to increase a given volume by installing a disproportionate use the large total heat exchange surface to the maximum. Every heat exchange surface is here a-S both sides completely and at all times with the two moving media in the immediate vicinity Touch, which guarantees a high thermal efficiency.

Nach Fig.? sind die Achsen aller Zellen fluchtend, was konstruktive Vorteile hat, aber keine Bedingung ist. Auch kann der Wärmetauscher In beliebiger Lage, z.B. mit senkrechten oder horizontalen Zellenachsen verwendet werden. Ferner erlaubt die Konstruktion, die Zellen für das eine Medium dicker als jene für das andere Medium zu machen, was dann zweckmässig ist, wenn die durchzusetzenden Volumina oder die spezifischen Wärmen der beiden Medien stark unterschiedlich sind. In diesen Fällen ist es auch möglich, die zusammengehörenden, von der selben Seite beaufschlagten Zellen zu teilen und mit mehr als nur einem Medium zu beschicken.According to Fig.? the axes of all cells are in alignment, which is constructive Has advantages but is not a requirement. The heat exchanger can also be in any Position, e.g. with vertical or horizontal cell axes. Further allows the construction, the cells for one medium thicker than those for that to make another medium, which is useful if the volumes to be enforced or the specific heats of the two media are very different. In these In some cases, it is also possible to use the items that belong together and are acted upon by the same side To divide cells and load them with more than one medium.

Die Fig.8 und 9 zeigen einen im wesentlichen Aufbau, in der Strömungsführung und in der Funktion sehr ähnlichen Wärmetauscher wie die Fig.6 und 7, doch ist hier der Einsatzkörper 18 viereckig, Er kann auf beliebige, zweékentsprechende Weise hergestellt werden, doch erleichtert es die Konstruktion, wenn jede Zelle nach der einen Seite offen ist und die Ein- und Austrittsöffnungen für die Medien im Gehäuse 11 angeordnet sind. Eine weitere Vereinfachung stellt sich ein, wenn der Einsatzkörper 18 aus einem zickzack gefalteten Band hergestellt wird. Die offenen Seiten für EIn- und Austritt der Medien ergeben sich dabei von selbst. Ein solcher Einsatzkörper kann an den beiden anderen offenen Seiten durch die Grundplatte 19 und die Deckpl-atte 20. abgeschlossen werden, was die genaue Lage der Wärmetauschflächen 8 gewährleistet, doch sind diese Plat@ ten nicht unbedingt nötig. Bleiben sie weg, so ist der sinsatzkörper im Falle einer Reinigung besser zugänglich.8 and 9 show an essential structure in the flow guidance and in the function very similar heat exchangers as the Fig. 6 and 7, but here is the insert body 18 quadrangular, it can be on any, two-sided Wise to be manufactured, yet it facilitates the construction if each cell is open on one side and the inlet and outlet openings for the media are arranged in the housing 11. Another simplification arises when the insert body 18 is made from a zigzag folded tape. The open ones Pages for entry and exit of the media arise automatically. One such The insert body can pass through the base plate 19 on the other two open sides and the cover plate 20. to be completed, indicating the exact location of the heat exchange surfaces 8 guaranteed, but these plates are not absolutely necessary. Stay away this makes the insert body more accessible in the event of cleaning.

Die Fig.10 und 11 zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie der sandförmige Einsatzkörper 18 gefaltet werden kann. Nach Fig.10 sind die Wärmetauschflächen parallel zueinander, die Übergänge sind eckig oder abgerundet. Nach Fig.11 sind die Wärmetauschflächen zueinander geneigt,- Was ebenfalls möglich ist. Jede Falte bildet eine Zelle und die Medien werden wieder von beiden Seiten zugeführt, wie durch die Pfeile angedeutet ist, Bei allen diesen Ausführungsformen ist es einfach, die Zellen dicken unterschiedlich zu machen, beispielsweise durch verschiedene Krümmungsradien auf den beiden Seiten. Es ist aber auch noch eine andere Variante möglich. Wenn die Drücke in zwei benachbarten Zellen stark differieren, dann ist es vorteilhaft, die Zelle für den höheren Mediumsdruck nur mit konvex gekrümmten Wärmetauschflächen und die Zelle mit dem tieferen Mediumsdruck nur mit konkav gekrümmten Wärmetauschflächen auszuführen, was sich gegenseitig ergänzt.The Fig.10 and 11 show different possibilities, such as the sand-shaped Insert body 18 can be folded. According to Fig.10, the heat exchange surfaces are parallel to each other, the transitions are square or rounded. According to Fig.11 are the heat exchange surfaces inclined to each other - which is also possible. Each fold forms a cell and the media are fed back in from both sides, as indicated by the arrows is, In all of these embodiments it is easy to make the cells different in thickness to make, for example by different radii of curvature on the two sides. But it is Another variant is also possible. When the pressures if in two neighboring cells differ greatly, then it is advantageous to use the cell for the higher medium pressure only with convexly curved heat exchange surfaces and the Cell with the lower medium pressure only with concave curved heat exchange surfaces perform what complements each other.

@usser der Steigerung der Anzahl aneinandergereihter Zellen besteht zur Vergrösserung d er Wärmetauschfläche noch eine andere Möglichkeit, indem der Zellenraum sinnvoll vergrössert wird. Eine solche Ausführung ist aus den Fig.12 und zu zu sehen. Mehrere Zellen sind nebeneinanderliegend und ineinander übergehend angeordnet, die von einem gemeinsamen Mantel 7 umgeben und von gemeinsamen Wärmetauschflächen 8 begrenzt sind.@excepts the increase in the number of cells in a row to enlarge the heat exchange surface there is still another possibility, in that the Cell space is sensibly enlarged. Such an embodiment is shown in FIGS and to see. Several cells are adjacent and merge into one another arranged, which are surrounded by a common jacket 7 and shared by heat exchange surfaces 8 are limited.

Je zwei derartige Zellenräume werden durc eine gemeinsame Eintrittsöffnung 2 beaufschlagt und zwischen den nächsten beiden Zellenräumen ist eine gemeinsame Austrittsöffnung 10 angeordnet. Der eintretende Strahl trifft auf den gegenüberliegenden Teil des Mantels 7 und wird dort nach beiden Seiten gelenkt, worauf sich in der schon beschriebenen Weise zwei Wirbelfelder ausbilden, die im Gegenstrom zirkulieren. Unnötig zu sagen, dass auch solche Kombinationen gemäss Fig.12 in nahezu beliebiger Anzahl so wie Einzelzellen aneinandergereiht werden können.Every two such cell spaces become through a common entry opening 2 and between the next two cell spaces is a common one Outlet opening 10 arranged. The incoming beam hits the opposite one Part of the jacket 7 and is there directed to both sides, whereupon in the Form already described way two vortex fields that circulate in countercurrent. Needless to say, such combinations according to Fig. 12 can also be used in almost any Number as individual cells can be strung together.

In den vorstehenden Ausführungen ist unter Medium jedes im üblichen Sinne unter Druck fliessbare Fluid zu verstehen wie Gase, Flüssigkeiten, Dämpfe, Viskosen, Schlämme und ähnliches.In the foregoing, each of the mediums is customary The meaning of fluids that can flow under pressure, such as gases, liquids, vapors, Viscose, sludge and the like.

Das beschriebene Verfahren ist mit Vorteil in allen Einrichtungen anzuwenden, in denen Wärmeübertragung zwischen Medien (Fluiden) stattfindet, beispielsweise in Kühlern, Erhitzern, Dampferzeugern, Kondensern und sonstigen Wärmetauschern aller Art.The procedure described is advantageous in all facilities apply in which heat transfer between media (fluids) takes place, for example in coolers, heaters, steam generators, condensers and other heat exchangers of all Art.

Claims

Patent claims:

1. Process to improve heat transfer between two through a heat exchange surface for separate media, with continuous introduction of the media in at least one cavity, characterized in that each cavity as disk-shaped cell (6) is formed, in which the medium under pressure as a free jet is introduced parallel to the heat exchange surface (8) and which the medium tangentially leaves, whereby a substantially parallel to the heat exchange surface (8) circulating, stable vortex field with recirculating medium particles is created, its axis of circulation (9) is perpendicular to the heat exchange surface (8).

2. The method according to claim 1, characterized in that the speed of the medium at the entry into the cell (s) is chosen such that the Reynolds number is at least 2000.

3. The method according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area for the medium emerging from the cell (6) is at least twice as large as the cross-sectional area for the entering medium.

4. The method according to claim 1, characterized in that the two Media are conducted in countercurrent to each other over the heat exchange surface (8).

5. The method according to claim with several strung together, by cells separated from each other by a heat exchange surface, characterized in that that each medium is common for the cells (6) acted upon by the same medium is supplied, divided into partial flows lur the cells and according to the flow through the same is collected again and discharged together.

6. 'heat exchanger for performing the method according to claim 1, characterized by at least two filled in by the heat exchanging media Cells (6) with preferably aligned axes through the heat exchange surface (B) are separated from each other and their inlet and outlet openings (2 or 10) in the Sheath (7) of the cell (6) are arranged.

70 heat exchanger according to claim 6, characterized in that the Inlet openings (2) are designed as nozzles.

8. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the one and outlet openings (2 or 10) from the cell axis approximately the same distance to have.

9. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the Distance of the outlet opening (10) from the inlet opening (2), over the cell circumference measured, is at least 50% of the total circumference.

10. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the Thickness of the cell (6) is a maximum of 1/2 of the largest cell dimension.

11. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the Ratio of the largest to the smallest cell dimensions, both perpendicular to the cell axis measured, is a maximum of 5: 1.

12. Heat exchanger according to claim 6, characterized by an insert body (12,18), which comprises the cells (6) and is built into a housing (11) which contains the Inlets and outlets (13.15 resp.

14.16) for the media.

13. Heat exchanger according to claim 12, characterized by a tubular Insert body (12) into which the heat exchange surfaces (8) are inserted, whereby through their spacing determines the thickness of the cells (6).

14. Heat exchanger according to claim 12, characterized by a band-shaped, zigzag folded insert body (18), which is essentially the heat exchange surfaces (8) and the spaces between the folds form the cells (6).

15. Heat exchanger according to claim 13 or 14, characterized in that that the thickness of the cells (6) is different.

16. Heat exchanger according to claim 13 or 14, characterized in that the heat exchange surfaces (8) are inclined to one another.

17. Heat exchanger according to claim 13 or 14, characterized by curved heat exchange surfaces (8), which are arranged in such a way that a cell (o) essentially convex. and the neighboring one.

Cell has substantially concave surfaces.

18. A heat exchanger according to claim 6, 13 or 14 with more than two cells, characterized in that, with consecutive numbering of the cells (6), the Cells with the even numbers from the one medium, and the cells with the odd ones Numbers from the other medium are applied.

19. Heat exchanger according to claim 18, characterized in that the aass Inlet and outlet openings (2 and 10) to the cells (6) for the medium one side and the inlet and outlet openings to the cells for the other Medium arranged on the opposite side of the heat exchanger s na.

20. Heat exchanger according to claim 6, characterized by at least two adjacent, merging and from the same medium through one common inlet opening (2) acted upon cells (6), the entering Beam is deflected on the opposite part of the jacket (7) to both sides and forms two vortex fields circulating in opposite directions.

L e r s e i t e