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DE3001667A1 - Regulating heat tube type heat exchanger - uses extraction of medium from tube coils on exceeding upper temp. limit and storing it externally - Google Patents

Regulating heat tube type heat exchanger - uses extraction of medium from tube coils on exceeding upper temp. limit and storing it externally

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Publication number
DE3001667A1
DE3001667A1 DE19803001667 DE3001667A DE3001667A1 DE 3001667 A1 DE3001667 A1 DE 3001667A1 DE 19803001667 DE19803001667 DE 19803001667 DE 3001667 A DE3001667 A DE 3001667A DE 3001667 A1 DE3001667 A1 DE 3001667A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchange
heat exchanger
limit temperature
turns
bath
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19803001667
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Peter 3004 Isernhagen Rohner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KM Kabelmetal AG
Original Assignee
KM Kabelmetal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KM Kabelmetal AG filed Critical KM Kabelmetal AG
Priority to DE19803001667 priority Critical patent/DE3001667A1/en
Publication of DE3001667A1 publication Critical patent/DE3001667A1/en
Priority to DE20321800U priority patent/DE20321800U1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The process regulates a heat exchanger, comprising a tube of great length shaped so as to pass through heating and cooling zones several times, and filled with an accurately measured quantity of a working medium. The liquid medium is extracted from the heat exchange coils, on exceeding an upper limit temp. and stored outside them. On falling below a lower limit temp. these coils are filled completely from a reservoir outside the heat exchange area. Part of the coils (6) outside this area can be immersed in a bath (7) at the upper limit temp.

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1-1727 15.01.801-1727 1/15/80

Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip arbeitenden Wärmetauschers Method for regulating a heat exchanger that works according to the heat pipe principle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip arbeitenden Wärmetauschers, welcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches so geformt ist, daß es mehrfach Heiz- und Kühlzonen durchläuft und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist.The invention relates to a method for regulating a heat exchanger operating according to the heat pipe principle, which consists of a pipe of great length, which is shaped so that it passes through multiple heating and cooling zones and is filled with a working medium in a precisely measured manner.

Aus der DE-OS 2 7 48 339 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches über seine Länge so geformt ist, daß es mehrmals Heiz- und Kühlzonen durchläuft. Der Vorteil dieser bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß eine Vielzahl von Wärmerohrenvorhanden ist, obwohl das Konfektionieren des Wärmerohres nur an einer Rohrlänge vorgenommen wurde.From DE-OS 2 7 48 339 a heat exchanger is known which consists of a tube of great length which over its length is shaped so that it passes through heating and cooling zones several times. The advantage of this known device can be seen in the fact that a variety of heat pipes are present, although the tailoring of the heat pipe was made on only one length of pipe.

In Wärmetauscheranlagen besteht mitunter Interesse, einen Wärmetauscher nur in einem bestimmten Temperaturbereich wirksam arbeiten zu lassen. Dies kann zum Beispiel bei chemischen Prozessen der Fall sein, bei denen oberhalb und/oder unterhalb einer bestimmten Temperatur uner-In heat exchanger systems there is sometimes interest in a heat exchanger only in a certain temperature range to work effectively. This can be the case, for example, with chemical processes, with those above and / or below a certain temperature

13 0Ό 3 (Γ/(H 3 813 0Ό 3 (Γ / (H 3 8

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

wünschte Reaktionen ablaufen. Bei Überschreiten einer
bestimmten Temperatur kann es auch zu einem Ansteigen des Druckes innerhalb des Wärmetauscherrohres kommen, für den der Wärmetauscher nicht ausgelegt ist.
desired reactions take place. If a
At a certain temperature, the pressure inside the heat exchanger tube can also rise, for which the heat exchanger is not designed.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dein es möglich ist, einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art zu regeln.The invention is therefore based on the object of specifying a method with which it is possible to produce a heat exchanger of the type mentioned at the beginning.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung den dem Wärmetausch dienenden Windungen bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur das flüssige Arbeitsmedium entzogen und außerhalb der am Wärmetausch
teilnehmenden Windungen gespeichert wird und/oder bei
Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur die dem
Wärmetausch dienenden Windungen aus einem außerhalb.des Wärmetauschbereichs gelegenen Reservoir vollständig gefüllt ticrden. Bei Überschreiten einer bestimmten oberen Temperatur trocknet also der Wärmetauscher aus, während bei Unterschreiten einer unteren Temperatur derselbe voll mit Flüssigkeit gefüllt wird. In beiden Fällen ist das
This object is achieved in that, according to the invention, the liquid working medium is withdrawn from the windings used for heat exchange when an upper limit temperature is exceeded and outside the heat exchange
participating turns is stored and / or at
Falling below a lower limit temperature the dem
Windings serving for heat exchange ticrden completely filled from a reservoir located outside the heat exchange area. When a certain upper temperature is exceeded, the heat exchanger dries out, while when it falls below a lower temperature it is completely filled with liquid. In both cases it is

Wärmerohr nicht mehr funktionsfähig und somit der Tauscher nicht mehr aktiv. Die obere Grenztemperatur kann zum Beispiel dadurch vorgegeben sein, daß man den Innendruck in einem Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art aus Sicherheitsgründen auf einen bestimmten Druck begrenzen will.Heat pipe no longer functional and thus the exchanger no longer active. The upper limit temperature can for example be given by the fact that the internal pressure in a heat exchanger of the type mentioned for safety reasons want to limit it to a certain pressure.

Dieser (Dampf-) Druck gehört zu einer bestimmten Temperatur, die dann nicht überschritten werden darf. Kommen im gesamten System jedoch höhere Temperaturen vor, so
könnte bei einer Betriebsstörung der Wärmetauscher über die beabsichtigte Temperatur erwärmt werden. Um zu verhindern, daß dann der Druck im Wärmerohr über einen bestimmten Wert ansteigt, wird den am Wärmetausch teilnehmenden Windungen das flüssige Arbeitsmedium entzogen.
Das Ausschalten des Wärmetauschers bei einer unteren Temperatur geschieht dadurch, daß aus einem Reservoir zusätzliehe Arbeitsflüssigkeit bei Unterschreiten der unteren
This (vapor) pressure belongs to a certain temperature, which must then not be exceeded. However, if higher temperatures occur in the entire system, see above
the heat exchanger could be heated above the intended temperature in the event of a malfunction. In order to prevent the pressure in the heat pipe from then rising above a certain value, the liquid working medium is withdrawn from the windings participating in the heat exchange.
The heat exchanger is switched off at a lower temperature in that additional working fluid is drawn from a reservoir when the temperature falls below the lower one

1 3 0-0 3 0-/ 0 U 3 81 3 0-0 3 0- / 0 U 3 8

BADBATH

'y - 'y -

Grenztemperatur in das Wärmerohr abfließt und dieses vollständig füllt. Das Volumen des Reservebehälters ist so bemessen, daß die darin gespeicherte Flüssigkeit zur vollständigen Füllung des Wärmerohres ausreicht. Die gefüllten Wärmerohrwindungen arbeiten dann nicht mehr als Wärmerohr und der Wärmetauscher ist unwirksam.Limit temperature flows into the heat pipe and completely fills it. The volume of the reserve tank is dimensioned in such a way that that the liquid stored therein is sufficient to completely fill the heat pipe. The filled Heat pipe coils then no longer work as a heat pipe and the heat exchanger is ineffective.

Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Vorrichtung als besonders wirksam erwiesen, bei welcher ein Teil der Windungen außerhalb des Warmetauschberexches in ein Bad eintaucht, welches die obere Grenztemperatur hat. Wird nun der übrige Bereich des Wärmetauschers über die obere Grenztemperatur erhitzt, so kondensiert in dem in das Bad eintauchenden Teil der Windungen die Arbeitsflüssigkeit. Das Volumen der in das Bad eintauchenden Windungen ist so bemessen, daß die gesamte Menge der Arbeitsflüssigkeit dort kondensieren kann. Das übrige Wärmerohr ist dann trocken und hat genau den Dampfdruck der Flüssigkeit bei der oberen Grenztemperatur. So kann man beispielsweise Freone als Arbeitsmittel mit einem Wasserbad regeln, Wasser als Arbeitsmittel durch ein Ölbad usw.. Zur Begrenzung des Arbeitsbereiches nach unten ist an ein Ende des Wärmerohres ein Behälter angeschlossen, dessen Volumen dem Volumen der Windungen im Wärmetauschbereich entspricht und der bei einer Wärmetauschertemperatur oberhalb der unteren Grenztemperatur mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist und es sind Mittel vorgesehen, das Arbeitsmedium in dem Behälter auf der unteren Grenztemperatur zu halten. Mit besonderem Vorteil taucht der Behälter in ein Bad mit der unteren Grenztemperatur ein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Behälter elektrisch zu beheizen.To carry out the method, a device has proven to be particularly effective in which a part of the Turns outside the heat exchange area immersed in a bath which has the upper limit temperature. Will Now the remaining area of the heat exchanger is heated above the upper limit temperature, so condenses in the in the Bath immersing part of the coils the working fluid. The volume of the turns immersed in the bath is dimensioned so that the entire amount of the working fluid can condense there. The rest of the heat pipe is then dry and has exactly the vapor pressure of the liquid at the upper limit temperature. For example, you can regulate freons as a working medium with a water bath, Water as a working medium through an oil bath, etc. To limit the working area downwards is at one end The heat pipe is connected to a container, the volume of which corresponds to the volume of the windings in the heat exchange area and which is filled with the working medium at a heat exchanger temperature above the lower limit temperature and means are provided to keep the working medium in the container at the lower limit temperature. With The container is particularly advantageously immersed in a bath with the lower limit temperature. But there is also the possibility to heat the container electrically.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail on the basis of the exemplary embodiments shown schematically in FIGS.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Wärmetauscher, die oberhalb einerFigures 1 and 2 show heat exchangers above a

130030/0438130030/0438

ßAD ORIGINAL ß AD ORIGINAL

bestimmten Grenztemperatur unwirksam werden, während die Figur 3 einen Wärmetauscher zeigt, der unterhalb einer bestimmten Grenztemperatur unwirksam wird.certain limit temperature become ineffective, while Figure 3 shows a heat exchanger below a certain Limit temperature becomes ineffective.

Mit 1 ist ein Metallrohr bezeichnet, welches zum Beispiel meanderförmig gewickelt ist. Das Metallrohr 1 ist aus einem längseinlaufenden Metallband, vorzugsweise aus Kupfer oder Edelstahl mit einer Wanddicke von ca. 0,3 mm durch Längsnahtschweißen hergestellt. Unmittelbar nach dem Schweißen ist das Metallrohr 1 gewellt, so daß es, wie in den Figuren dargestellt, sehr leicht mäanderartig oder wendelförmig gewickelt werden kann. Das mäanderartig geformte Wellrohr 1 ist innerhalb eines Gehäuses 2 angeordnet, welches eine Trennwand 3 aufweist. Die Trennwand schafft zwei Strömungskanäle 4 und 5,durch welche die am Wärme tausch beteiligten Medien hindurchgeleitet werden. Das abzukühlende Medium durchströmt dabei den Kanal 5, während das zu erwärmende Medium den Kanal 4, vorzugsweise in Gegenrichtung zum Medium im Kanal 5 durchströmt. Ein Teil des als Wärmerohr ausgebildeten Metallwellrohres ist aus dem Gehäuse 2 herausgeführt (s. Bezugszeichen 6) und taucht in ein Bad 7 ein, welches temperaturgeregelt ist.1 with a metal pipe is referred to, which for example is wound in a meander shape. The metal tube 1 is made of a longitudinally running metal strip, preferably made of Copper or stainless steel with a wall thickness of approx. 0.3 mm produced by longitudinal seam welding. Immediately after Welding the metal tube 1 is corrugated so that it, as shown in the figures, very easily meander or can be wound helically. The meandering shaped corrugated pipe 1 is arranged within a housing 2, which has a partition 3. The partition creates two flow channels 4 and 5 through which the am Heat exchange involved media are passed through. The medium to be cooled flows through channel 5, while the medium to be heated flows through the channel 4, preferably in the opposite direction to the medium in the channel 5. A Part of the corrugated metal pipe designed as a heat pipe is led out of the housing 2 (see reference number 6) and immersed in a bath 7, which is temperature-controlled.

Strömt nun ein warmes Medium durch den Kanal 5 und ein kälteres Medium durch den Kanal 4, so siedet das Arbeitsmittel 8 und strömt in Dampfform in den Teil der Windüngen, der in den Kanal 4 hineinragt. Dort kondensiert das Arbeitsmittel an der Innenwandung des Rohres 1 und strömt aufgrund der Schwerkraft in den unteren Bereich der Windungen. Wird nun beispielsweise aufgrund einer Störung die Temperatur im Kanal 4 über die Temperatur des Bades 7 erhöht, trocknen die am Wärmetausch teilnehmenden Windungen des Wärmerohres 1 aus und das Arbeitsmittel kondensiert im Teil 6 (s. rechte Hälfte der Figur I).If a warm medium now flows through channel 5 and a colder medium through channel 4, the working medium will boil 8 and flows in vapor form into the part of the windings which protrudes into the channel 4. Condensed there the working fluid on the inner wall of the pipe 1 and flows into the lower part of the turns due to gravity. Is now, for example, due to a Disturbance the temperature in channel 4 over the temperature of the Bath 7 increased, dry the turns of the heat pipe 1 participating in the heat exchange and the working fluid condenses in part 6 (see right half of Figure I).

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in der FigurAnother embodiment of the invention is shown in the figure

130030/0438 BAD130030/0438 BATH

dargestd.lt, bei welcher die oberen Bereiche des Wellrohres 1 um 180 abgewinkelt sind und in das Bad 7 eintauchen. Das wärmere'Medium strömt dann an den mit 5 bezeichneten Bereichen, während das kühlere Medium an den mit 4 bezeichneben Bereichen entlangströmt. Der Bereich 6 sollte in jedem Fall so bemessen sein, daß sein Volumen ausreicht, das flüssige Arbeitsmittel 8 zu speichern.dargestd.lt, in which the upper areas of the corrugated pipe 1 are angled by 180 and immerse in bath 7. The warmer medium then flows to the designated 5 Areas, while the cooler medium flows along the areas denoted by 4. The area 6 should in any case be dimensioned so that its volume is sufficient to store the liquid working medium 8.

Die Figur 3 zeigt einen Wärmetauscher gemäß der Lehre der Erfindung, der bei Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur unwirksam wird.FIG. 3 shows a heat exchanger according to the teaching of the invention, which when the temperature falls below a certain limit becomes ineffective.

An das Wellrohr 1 ist ein Behälter 9 angeschlossen, der in das Bad 7 taucht, welches auf die untere Grenztemperatur geregelt ist. Während des normalen Tauschbetriebes ist der Behälter 9 mit einer solchen Menge an flüssigem Arbeitsmittel 8 gefüllt, die ausreicht, die am Wärmetausch teilnehmenden Windungen vollständig mit Arbeitsmittel 8 auszufüllen. Wird während des Wärmetauschbetriebes die untere Grenztemperatur unterschritten, beginnt das flüssige Arbeitsmittel 8 in dem Behälter 9 zu sieden, strömt aus diesem in die Rohrschlange ein und kondensiert dort und füllt somit, wie in der rechten Hälfte der Figur 3 dargestellt, alle Windungen und macht somit die Wärmerohre unwirksam. A container 9 is connected to the corrugated pipe 1, which is immersed in the bath 7, which is at the lower limit temperature is regulated. During normal exchange operation, the container 9 is with such an amount of liquid Working medium 8 is filled, which is sufficient to completely fill the turns participating in the heat exchange with working medium 8 to be filled out. If the temperature falls below the lower limit during heat exchange operation, the liquid begins Working medium 8 to boil in the container 9, flows from this into the coil and condenses there and thus, as shown in the right half of FIG. 3, fills all turns and thus makes the heat pipes ineffective.

Es versteht sich von selbst, daß beide Ausführungsformen gemäß Figur 1 oder Figur 2 und Figur 3 miteinander kombiniert werden können, so daß ein Wärmetauscher erhalten wird, der nur innerhalb eines einstellbaren Temperaturbereiches arbeitet.It goes without saying that both embodiments according to Figure 1 or Figure 2 and Figure 3 can be combined with one another, so that a heat exchanger is obtained that only works within an adjustable temperature range.

130-030-/0438130-030- / 0438

BAD ORIGINAL'BATH ORIGINAL '

■ι .■ ι.

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Claims (4)

Kabel- und Metall werke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft 1-1727 15.01.801-1727 1/15/80 PatentansprücheClaims , 1.j Verfahren zum Regeln eines nach dem Wärmerohrprinzip —' arbeitenden Wärmetauschers, v/elcher aus einem Rohr großer Länge besteht, welches so geformt ist, daß es mehrfach Heiz- und Kühlzonen durchläuft und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet. daß den dem Wärmatausch dienenden Windungen bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur das flüssige Arbeitsmedium entzogen und außerhalb der am Wärmetausch teilnehmenden Windungen gespeichert wird und/oder bei Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur die dem Wärmetausch dienenden Windungen aus einem außerhalb des Wärmetauschbereiches gelegenen Reservoir vollständig gefüllt werden., 1.j method for regulating a heat exchanger working according to the heat pipe principle, v / which consists of a pipe of great length, which is shaped so that it passes through heating and cooling zones several times and is filled with a working medium in a precisely measured manner, characterized. that when an upper limit temperature is exceeded, the liquid working medium is withdrawn from the turns serving for heat exchange and stored outside the turns participating in the heat exchange and / or when the temperature falls below a lower limit temperature, the turns serving for heat exchange are completely filled from a reservoir outside the heat exchange area. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (6) der Windungen außerhalb des Wärmetauschbereiches in ein Bad (7) eintaucht, welches die obere Grenztemperatur hat.2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that a part (6) of the turns outside the heat exchange area is immersed in a bath (7) which has the upper limit temperature. 1 30030/04381 30030/0438 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL ■r*■ r * 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ein Ende des Wärmerohres (1) ein Behälter (9) angeschlossen ist, dessen Volumen dem Volumen der Windungen im Wärmetauschbereich entspricht und während des Viärmetauschbetrxebes vollständig mit dem Arbeitsmedium gefüllt ist und auf der unteren Grenztemperatur gehalten ist.3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a container (9) is connected to one end of the heat pipe (1), the volume of which corresponds to the volume of the turns in the heat exchange area and is completely filled with the working medium during the Viärmetausch Betrxebes and is kept at the lower limit temperature. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (9) in ein Bad (7) mit der unteren Grenztemperatur eintaucht.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the container (9) is immersed in a bath (7) with the lower limit temperature. 130030/0438130030/0438 ORfGJNALORfGJNAL
DE19803001667 1980-01-18 1980-01-18 Regulating heat tube type heat exchanger - uses extraction of medium from tube coils on exceeding upper temp. limit and storing it externally Withdrawn DE3001667A1 (en)

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