DE3325230A1 - Method for improving heat transfer in a water/brine-air heat exchanger for circuit-bound heat recovery systems or analogously for other fields - Google Patents

Abstract

If it is desired to use a heat exchanger not only to transfer a maximum quantity of heat but in so doing simultaneously to maintain the temperature level as high as possible (for all heat recovery systems), it is a mandatory precondition in this that the heat exchanger is constructed to a purely cross-counterflow design and is operated with a heat capacity ratio of w = 1.0 (w = mL . cL : mW . cW). It has so far not been possible to satisfy the two conditions simultaneously. The idea according to the invention therefore relates to a method for removing the obstacles to date - too low a rate of flow in the water-conducting tubes (for w = 1.0), and water ducts which cannot be vented (in the case of pure cross-counterflow operation). This is performed according to the invention by providing the water-conducting heat exchanger tubes with a twisted filler insert which converts the tubular cross-section into an annular cross-section and thus also increases the water velocity at the heat-transferring surfaces in conjunction with a lower water throughput. It is also possible as an equivalent for a plurality of tube layers to be combined to form a water duct and always to project horizontally. The heat exchangers thus produced for max. heat transfer are provided at the periphery with an arrangement of gates, by means of which each water duct can be separately vented and taken into operation, and the heat exchanger thereby becomes wholly functional.

Description

Verfahren zur Verbesserung der Wärmeübertragung in Wasser/SohleProcess to improve the heat transfer in water / sole

- Luft - Wärmetauscher für kreislaufverbundene Wärmerückgewinnungsanlagen oder sinngemäß für andere Bereiche Einleitung: Wärmetauscher haben die Aufgabe, eine bestimmte Wärmemenge zu übertragen und dies bei geringstem Materialverbrauch und vor allem mit minimalem Primärenergieauiwand. Wärmetauscher Wasser/Luft sind dabei noch durch den extremen Volumenstromunterschied z. B. 1 m3 Wasser zu 830 m Luft konstruktiv vorbestimmt. Will man eine max. mögliche Wärmemenge übertragen und dabei auch das Energiepotential so hoch wie möglich erhalten, so ist dies unabhängig von der Wärmetauscherfläche nur bei geeigneter WT-Bauart (Gegenstrom- bzw. Kreuz-Gegenstromprinzip) und bei einem Wasserwertverhältnis w = 1,0 (w = ml c1 : m2 c23 möglich.- Air heat exchangers for circuit-connected heat recovery systems or analogously for other areas Introduction: Heat exchangers have the task of to transfer a certain amount of heat and this with the lowest possible material consumption and above all with a minimal primary energy wall. Heat exchangers are water / air while still due to the extreme volume flow difference z. B. 1 m3 of water at 830 m Air predetermined by design. If you want to transfer a maximum possible amount of heat and keeping the energy potential as high as possible, this is independent from the heat exchanger surface only with a suitable heat exchanger design (counterflow or cross-counterflow principle) and with a water value ratio w = 1.0 (w = ml c1: m2 c23 possible.

Dies wäre relativ einfach nach Figur 1 zu lösen, könnte jeder Lage eines Wärmetauschers ein separater Wasserkreislauf mit Anschluß an den Sammelrohren zugeordnet werden. Wird jedoch die erforderliche Fließwassermenge bei w = 1,0 auf viele Wasserwege aufgeteilt (Zahl der Rohrlagen = Zahl der Wasserwege), so wird die Geschwindigkeit in den wasserführenden Rohren zu gering, der innere Wärmeübergangswiderstand erhöht und damit insgesamt die Wärmeübertragung stark vermindert. Eine zweckmäßige Aufteilung der Rohrlagen auf weniger Wasserwege wie in Figur 3 ist nicht möglich, da der Wärmetauscher aufgrund von Luftpolstern im Wasserkreislauf nicht funktionsfähig wäre. Da beide Forderungen - Gegenstromprinzip und Wasserwertverhältnis w = 1,0 - nicht am Wärmetauscher realisierbar waren, erfolgte bisher eine Fertigung im Gegen-Gleich-Kreuzstrom (Figur 2).This would be relatively easy to solve according to Figure 1, any situation could a heat exchanger, a separate water circuit with connection to the header pipes be assigned. However, the required amount of flowing water is increased at w = 1.0 divided into many waterways (number of pipe layers = number of waterways), so will the speed in the water-carrying pipes too low, the internal heat transfer resistance increased and thus overall the heat transfer greatly reduced. A functional one Distribution of the pipe layers to fewer waterways as in Figure 3 is not possible, because the heat exchanger is not functional due to air cushions in the water circuit were. Since both requirements - countercurrent principle and water value ratio w = 1.0 - could not be realized on the heat exchanger, so far a production in counter-direct-cross-flow has been carried out (Figure 2).

Der max. mögliche Temperaturaustauschgrad an einem Wärmetauscher ist somit begrenzt auf ca. 65 7. (trocken) bei einer kreislaufverbundenen WRG von ca. 42 7. (trocken).The maximum possible degree of temperature exchange on a heat exchanger is thus limited to approx. 65 7. (dry) with a closed-loop heat recovery of approx. 42 7. (dry).

Verfahren zur Verbesserung der Wärmeübertragung Die erfindungsgemäße Idee des Verfahrens liegt nun darin, einen ausschließlich im Kreuz-Gegenstromprinzip und nach dem Wasserwertverhältnis-von w = 1,0 konzipierten und gefertigen Wärmetauscher, weicher jedoch durch Luftpolster in den verengten oder horizontal verspringenden Wasserwegen nicht mehr funktionsfähig wäre, durch ein besonderes wasserseitiges Anschlußsystem betriebs- und funktionsfähig zu machen.Method for improving heat transfer The invention The idea of the process is now to use one exclusively in the cross-countercurrent principle and heat exchangers designed and manufactured according to the water value ratio of w = 1.0, softer, however, due to air cushions in the narrowed or horizontally receding areas Waterways would no longer be functional, due to a special water-side To make connection system operational and functional.

Die für die Wärmeübertragung notwendige Strömungsgeschwindigkeit in den Wasserwegen wird dabei durch den Einsatz von Füllkörpern (Figur la) oder Zusammenfassung mehrerer Rohrlagen (Figur 3) erreicht.The flow velocity in the waterways is thereby through the use of packing (Figure la) or summary several pipe layers (Figure 3) achieved.

Das wasserseitige Anschlußsystem besteht dabei aus den in Figur 3 angeordneten Absperrungen sowie Füll- und Entleerungseinrichttlngen.The water-side connection system consists of the systems shown in FIG arranged barriers as well as filling and emptying devices.

Beispiel Inbetriebnahme: Kaltwasseranschluß herstellen, Ventile 1 + 2 geschlossen, Ventil 3 öffnen, danach Ventil 4 öffnen (mit Schlauchanschluß), Ventile 5 - 8 bleiben geschlossen. Dann Ventil 5 solange öffnen bis im Schlauch keine Luftblasen mehr sichtbar, danach Ventil 5 schließen und 6 öffnen usw. bis alle Wasserwege mit Wasser gefüllt und luftfrei sind.Commissioning example: Establish cold water connection, valves 1 + 2 closed, open valve 3, then open valve 4 (with hose connection), Valves 5 - 8 remain closed. Then open valve 5 until it is in the hose no more air bubbles visible, then close valve 5 and open 6 and so on until all waterways are filled with water and free of air.

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Claims (2)

Ansprüche 1. Wasser/Sohle - Luft - Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dal3 zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren Füllkörper wie Figur la verwendet, oder mehrere Rohr lagen zu einem Wasserweg zusammengefaßt werden und dazu horizontal verspringen, Figur llla und 3. Claims 1. water / sole - air - heat exchanger characterized in that dal3 to increase the flow velocity in the pipes packing like figure la used, or several pipe lay can be combined to form a waterway and to do this, jump horizontally, Figure 11a and 3. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasserseitiges Anschlußsystem mit Absperrungen (Figur 3) vorhanden ist, damit jeder Wasserweg separat abgesperrt, entliiftet und funktionsbereit in Betrieb genommen werden kann. 2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a water-side connection system with barriers (Figure 3) is available so that everyone The waterway is separately shut off, vented and put into operation ready for use can be.