EP0449124A1 - Ringspaltwärmetauscher - Google Patents
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- EP0449124A1 EP0449124A1 EP91104485A EP91104485A EP0449124A1 EP 0449124 A1 EP0449124 A1 EP 0449124A1 EP 91104485 A EP91104485 A EP 91104485A EP 91104485 A EP91104485 A EP 91104485A EP 0449124 A1 EP0449124 A1 EP 0449124A1
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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- F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/022—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of two or more media in heat-exchange relationship being helically coiled, the coils having a cylindrical configuration
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- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
Definitions
- the invention relates to an annular gap heat exchanger, which consists of at least three concentrically arranged tubes, so that there are annular gaps or annular chambers between the individual tubes, of which the respective inner one is flowed through by the heat transfer medium and the respective outer one by the heat-absorbing medium, the heat transfer medium Gas and the heat absorbing medium is a liquid medium.
- Annular gap heat exchangers of the type mentioned at the outset consist of three concentrically one inside the other Arranged pipes exist which form an inner tube and two annular chambers adjoining it to the outside.
- the gaseous heat transfer medium flows through the inner annular chamber, while the heat-absorbing medium, ie a liquid, for example water, flows through the outer annular chamber.
- the inner tube is closed on both ends and contains no medium.
- a disadvantage of this known annular gap heat exchanger is that due to the flow running along the tube axis, the heat transfer between the two annular chambers leaves something to be desired, because the heat-carrying medium only has a comparatively short residence time within its associated chamber (assuming normal flow speed) and because during this Flow, which can be partially laminar, the wall contacts are not given to the extent necessary.
- annular gap heat exchanger In order to take these deficiencies into account, an annular gap heat exchanger has already become known in which the inner annular chamber containing the heat-carrying medium has a very small cross section in order to generate highly turbulent flows within this annular chamber and at the same time to increase the flow velocity, so that an intimate wall contact given is.
- a disadvantage of this known annular gap heat exchanger is that the flow resistances in the inner annular chamber become very high, so that such a heat exchanger cannot be connected to any machine with different outlet pressures.
- the invention is therefore based on the object of designing a heat exchanger of the type mentioned in such a way that the greatest possible efficiency is achieved with universal usability of the heat exchanger.
- the heat exchanger should be able to be manufactured with the least possible manufacturing outlay.
- This object is achieved in that the heat-carrying medium in the inner annular chamber is subjected to a helical (helical) flow leading the medium around the inner tube.
- Another advantage of the arrangement according to the invention is that the channel cross section of the inner annular chamber formed in this way can have normal dimensions, so that the heat exchanger according to the invention can be connected to any motors or the like.
- the heat transfer from the heat-carrying medium in the inner annular chamber to the heat-absorbing medium in the outer annular chamber is further improved because the outer wall is acted upon more strongly by the heat-carrying medium than the inner one .
- the heat exchanger consists of four tubes arranged concentrically one inside the other, so that three outer annular chambers are formed, of which the middle one contains the heat-carrying medium, ie a gas, and the two outer ones the heat-absorbing medium, preferably a liquid. be charged.
- the advantages according to the invention are also not achievable with another known heat exchanger, which is known as a so-called tube bundle heat exchanger.
- a so-called tube bundle heat exchanger In this heat exchanger, several smaller cross-sections (tube bundles) are arranged within a larger tube, wherein the tubes of the tube bundle can be flowed through by the heat-carrying medium; while the heat-absorbing medium flows around them on their outer surfaces.
- the tubes of the tube bundle can also have the heat-absorbing medium flow through them and the heat-carrying medium can flow around them.
- the flow around the tubes of the tube bundle with the heat-carrying or the heat-absorbing medium is brought about by baffles which protrude into the space of the larger tube containing the tube bundle and thus ensure a cross-flow of the tube bundle.
- Such a heat exchanger is complex and expensive.
- the heat exchanger according to the invention is provided with helically arranged flow channels, at least in the central annular chamber, which serves to hold the heat-carrying medium, which provide forced guidance for the heat-carrying medium.
- These flow channels are expediently formed by sheets extending in a plane perpendicular to the tube axis, which can be made from annular sheet metal sections which are bent up and welded to one another and to the outer surface of the tube in accordance with the length of the respective passage. In this way, a screw is created that serves to guide the heat-carrying medium, that is, the gas.
- This screw can have a slight distance from the inner surface of the next outer tube so that the tubes can be easily inserted into one another.
- the gap formed in this way between the outer edges of the sheets and the inner surface of the associated tube has practically no influence on the efficiency of the heat exchanger.
- the cross sections of the helical or helical channels decrease from the gas inlet to the gas outlet in order to compensate for the increasing density due to the heat loss so that the outlet velocity remains constant.
- the screw parts can be connected to the pipes by welding.
- the helically arranged flow channels may be expedient to design the helically arranged flow channels to have multiple courses, preferably two courses.
- annular gap heat exchanger 1 designed according to the invention, which consists of four tubes 2 to 5 arranged concentrically one inside the other, the inner tube 2 being closed on its end faces 6.
- the pipes 2 to 5 enclose annular chambers 7 to 9, the heat-carrying medium, preferably a gas, flowing through the middle annular chamber 8 and the heat-absorbing medium, preferably a liquid, through the inner and outer annular chambers 7 and 9.
- the heat-carrying medium flows in the direction of arrow 10 into the annular chamber 8 and exits from it in the direction of arrow 11.
- the heat-absorbing medium flows through the inner annular chamber 7 and the outer annular chamber 9 in the direction of arrows 12 and 13 into the annular chambers and emerges from them in the direction of arrows 14 and 15.
- the heat-carrying medium thus moves in the illustrated embodiment in countercurrent to the heat-absorbing medium. A movement of these media in direct current is possible.
- the heat-carrying medium in the central annular chamber 8 is subjected to a helical (helical) flow leading the medium around the inner tube 2 in the direction of arrow 16.
- the heat-absorbing media moving in the direction of arrows 17 and 18 in countercurrent can optionally also be subjected to a helical movement around their inner tube 2 within their annular chambers 7 and 9.
- FIG. 3 shows a perspective view of the heat exchanger 1 according to FIGS. 1 and 2 and illustrates these relationships.
- the gaseous heat-carrying medium is guided around the pipes 2 and 3 in the direction of the indicated flow line 19 (see also arrow 20), so that the heat exchanger effect on which the invention is based occurs.
- This helical flow 19 runs in the annular chamber 8, while the annular chambers 7 and 9 are acted upon by the heat-absorbing medium, which - as explained - in turn can be subjected to a helical movement.
- Fig. 4 is a perspective view similar to Fig. 3 and illustrates the formation of helically arranged flow channels 21, which bring about a positive guidance of the heat-carrying medium.
- These flow channels 21 are formed by plates 23 which extend in a plane perpendicular to the tube axis 22 and which represent lateral channel walls 24 (see FIG. 6) through which the heat-carrying medium is guided.
- the sheets 23 can be made from annular sheet metal sections which are bent up and welded to one another and to the outer surface of the tube 3 in accordance with the length of the respective aisle. In this way, a screw 25 is created which serves to guide the heat-carrying medium.
- FIG. 5 is a section similar to FIG. 1 and illustrates the structure of the flow channels 21 in the event that a helical flow is provided for both the heat-carrying medium and the heat-absorbing medium.
- screw-shaped channel walls 26 and 27 can also be provided in the two annular chambers 7 and 9, which enclose the middle annular chamber 8, which control the helical movement of the heat-absorbing medium bring about.
- the lines 28 lead the heat-absorbing medium into the heat exchanger, which exits again through the lines 29, while the line 30 supplies the heat-carrying medium to the heat exchanger, which exits again at 31.
- the directions of movement according to arrows 10 to 15 correspond to those according to FIG. 1.
- FIG. 6 and 7 show a constructive embodiment of the heat exchanger according to the invention in detail.
- the supply and discharge lines for the heat-carrying medium on the one hand and the heat-absorbing medium on the other hand are provided with the same reference numerals as in FIG. 5.
- With 32 a vent pipe is designated.
- annular chambers 7 to 9 are provided with helical channel walls 24 and 26 and 27, which include screw-like or helical channels 21 or 33 and 34 between them.
- the screw parts are connected to the associated pipe outer surfaces by weld seams 35.
- the outer edges 25 of the screw parts 23 are at a slight distance 36 from the inner surface of the next outer tube, so that the tubes are easily inserted into one another can. This distance or gap 36 has no significant influence on the efficiency of the heat exchanger.
- the cross sections of the helical or helical channels 21 in the central annular chamber 8 for the heat-carrying medium from the gas inlet 30 to the gas outlet 31 are reduced in order to compensate for the increasing density due to the heat loss in such a way that the outlet velocity remains constant .
- the cross sections of the flow channels in the two annular chambers 7 and 9 containing the heat-absorbing medium can - as shown - remain constant.
- FIG. 8 shows a schematic representation and a partial section of a two-course design of the helical flow channels 21.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Ringspaltwärmetauscher, der aus wenigstens drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren besteht, so daß sich zwischen den einzelnen Rohren Ringspalte oder Ringkammern ergeben, von denen die jeweils innere von dem Wärmeträger und die jeweils äußere von dem wärmeaufnehmenden Medium durchströmt wird, wobei der Wärmeträger Gas und das wärmeaufnehmende Medium ein flüssiges Medium ist.
- Es sind Ringspaltwärmetauscher der eingangs genannten Art bekannt, die aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren bestehen, die ein inneres Rohr und zwei daran nach außen anschließende Ringkammern bilden. Die innere Ringkammer wird von dem gasförmigen Wärmeträger durchströmt, während die äußere Ringkammer von dem wärmeaufnehmenden Medium, also einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchströmt wird. Das innere Rohr ist an beiden Stirnseiten verschlossen und enthält kein Medium.
- Nachteilig bei diesem bekannten Ringspaltwärmetauscher ist es, daß aufgrund der entlang der Rohrachse laufenden Strömung der Wärmeübergang zwischen den beiden Ringkammern zu wünschen übrigläßt, weil das wärmetragende Medium innerhalb seiner ihm zugeordneten Kammer nur eine vergleichsweise geringe Verweildauer hat (normale Strömungsgeschwindigkeit vorausgesetzt) und weil während dieses Durchströmens, das zum Teil laminar sein kann, die Wandungskontakte nicht in erforderlichem Maße gegeben sind.
- Um diesen Mängeln Rechnung zu tragen, ist bereits ein Ringspaltwärmetauscher bekannt geworden, bei welchem die innere, das wärmetragende Medium enthaltende Ringkammer einen sehr geringen Querschnitt hat, um stark turbulente Strömungen innerhalb dieser Ringkammer zu erzeugen und gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, damit ein inniger Wandungskontakt gegeben ist.
- Nachteilig bei diesem bekannten Ringspaltwärmetauscher ist es aber, daß die Strömungswiderstände in der inneren Ringkammer sehr hoch werden, so daß ein solcher Wärmetauscher nicht an beliebige Maschinen mit unterschiedlichen Ausgangsdrücken angeschlossen werden kann.
- Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei universeller Verwendbarkeit des Wärmetauschers ein möglichst großer Wirkungsgrad erzielt wird. Außerdem soll der Wärmetauscher mit möglichst geringem Fertigungsaufwand herstellbar sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wärmetragende Medium in der inneren Ringkammer einer das Medium um das innere Rohr herumführenden wendelförmigen (schraubenförmigen) Strömung unterworfen wird.
- Hierdurch wird erreicht, daß der gasförmige Wärmeträger eine hohe Verweildauer im Wärmetauscher hat, weil der aufgrund der wendelförmigen Strömung zurückzulegende Weg ein Vielfaches von dem Weg betragen kann, den das wärmetragende Medium bei einem geraden Durchlauf, wie bei den bekannten Wärmetauschern, zurücklegen muß.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß der so gebildete Kanalquerschnitt der inneren Ringkammer normale Abmessungen aufweisen kann, so daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher an beliebige Motoren od. dgl. angeschlossen werden kann.
- Vorteilhaft ist es weiter, daß aufgrund der durch die wendelförmige Strömung gegebenenfalls verstärkten Zentrifugalkräfte die Wärmeübertragung vom wärmetragenden Medium in der inneren Ringkammer zu dem wärmeaufnehmenden Medium in der äußeren Ringkammer weiter verbessert wird, weil die außen liegende Wandung vom wärmetragenden Medium stärker beaufschlagt wird als die innere.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wärmetauscher aus vier konzentrisch ineinander angeordneten Rohren besteht, so daß drei äußere Ringkammern gebildet werden, von denen die mittlere von dem wärmetragenden Medium, also einem Gas, und die beiden äußeren von dem wärmeaufnehmenden Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit, beaufschlagt werden.
- Eine solche Anordnung ermöglicht es, ohne das Volumen des Wärmetauschers nennenswert zu steigern, die Wärmetauscherflächen erheblich zu vergrößern, so daß der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weiter verbessert wird.
- Bei einer solchen Anordnung ist es zweckmäßig, wenn das wärmetragende Medium und das wärmeaufnehmende Medium sich im Gegenstrom bewegen, da auf diese Weise die Wärmeaufnahme durch das flüssige Medium verbessert wird.
- Die erfindungsgemäßen Vorteile sind auch mit einem anderen bekannten Wärmetauscher nicht erreichbar, der als sogeannter Rohrbündelwärmetauscher bekannt ist. Bei diesem Wärmetauscher sind mehrere kleinere Querschnitte (Rohrbündel) innerhalb eines größeren Rohres angeordnet, wobei die Rohre des Rohrbündels vom wärmetragenden Medium durchströmt werden können; während sie an ihren Außenflächen vom wärmeaufnehmenden Medium umströmt werden. Umgekehrt können die Rohre des Rohrbündels auch vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt und vom wärmetragenden Medium umströmt werden. Die Umströmung der Rohre des Rohrbündels mit dem wärmetragenden oder dem wärmeaufnehmenden Medium wird durch Leitbleche herbeigeführt, welche in den Raum des das Rohrbündel enthaltenden größeren Rohres hineinragen und damit für eine Queranströmung des Rohrbündels sorgen. Ein solcher Wärmetauscher ist aufwendig und teuer.
- Besonders vorteilhaft ist es weiter, wenn der erfindungsgemäße Wärmetauscher wenigstens in der mittleren Ringkammer, die der Aufnahme des wärmetragenden Mediums dient, mit wendelförmig angeordneten Strömungskanälen versehen ist, die eine Zwangsführung für das wärmetragende Medium herbeiführen. Diese Strömungskanäle werden zweckmäßigerweise durch in einer Ebene rechtwinklig zur Rohrachse sich erstreckende Bleche gebildet, die aus ringförmigen Blechabschnitten hergestellt sein können, welche aufgebogen werden und entsprechend der Länge des jeweiligen Ganges miteinander und mit der Außenfläche des Rohres verschweißt werden. Auf diese Weise entsteht eine Schnecke, die der Führung des wärmetragenden Mediums, also des Gases, dient.
- Die Außenkanten dieser Schnecke können einen geringfügigen Abstand zur Innenfläche des nächstäußeren Rohres haben, damit die Rohre leicht ineinander eingesetzt werden können.
- Wie Versuche überraschenderweise gezeigt haben, hat der so gebildete Spalt zwischen den Außenkanten der Bleche und der Innenfläche des zugehörigen Rohres praktisch keinen Einfluß auf den Wirkungsgrad des Wärmetauschers.
- Obwohl es an sich genügt, wenn lediglich die mittlere Ringkammer mit derartigen wendelförmigen Kanälen versehen ist, kann es weiter vorteilhaft sein, auch die beiden übrigen Ringkammern mit derartigen Leitblechen zu versehen, so daß auch das wärmeaufnehmende Medium einen längeren Wandungskontakt mit dem Wärmetauscher hat.
- Vorteilhaft ist es schließlich, wenn die Querschnitte der schrauben- oder wendelförmigen Kanäle wenigstens innerhalb der mittleren Ringkammer für das wärmetragende Medium sich vom Gaseintritt bis zum Gasaustritt verringern, um die zunehmende Dichte infolge des Wärmeverlustes so auszugleichen, daß die Austrittsgeschwindigkeit konstant bleibt.
- Die Schneckenteile können durch Schweißen mit den Rohren verbunden sein.
- Um einen größeren Durchsatz zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, die wendelförmig angeordneten Strömungskanäle mehrgängig, vorzugsweise zweigängig, auszubilden.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt in schematischer Darstellung im Schnitt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
- Fig. 2
- ist der schematische Schnitt II-II nach Fig. 1.
- Fig. 3
- zeigt in perspektivischer Darstellung den Wärmetauscher und verdeutlicht die Strömung des wärmetragenden Mediums.
- Fig. 4
- ist eine Darstellung ähnlich Fig. 3 und zeigt die Anordnung der die wendelförmigen Kanäle begrenzenden Wandungen.
- Fig. 5
- ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 und zeigt im Schnitt die Anordnung der Kanalwandungen gemäß Fig. 4 und weiterer Kanalwandungen für das wärmeaufnehmende Medium.
- Fig. 6
- ist eine Ansicht ähnlich Fig. 1 und zeigt den Aufbau des Wärmetauschers im einzelnen.
- Fig. 7
- ist die Ansicht VII-VII nach Fig. 6.
- Fig. 8
- zeigt im Teilschnitt eine zweigängige Ausbildung der wendelförmigen Ringkammern.
- In den Figuren 1 und 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Ringspaltwärmetauscher 1 dargestellt, der aus vier konzentrisch ineinander angeordneten Rohren 2 bis 5 besteht, wobei das innere Rohr 2 an seinen Stirnseiten 6 verschlossen ist. Die Rohre 2 bis 5 schließen Ringkammern 7 bis 9 ein, wobei das wärmetragende Medium, vorzugsweise ein Gas, durch die mittlere Ringkammer 8 und das wärmeaufnehmende Medium, vorzugsweise eine Flüssigkeit, durch die inneren und äußeren Ringkammern 7 und 9 strömt.
- Beim dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das wärmetragende Medium in Richtung des Pfeiles 10 in die Ringkammer 8 hinein und tritt aus dieser in Richtung des Pfeiles 11 wieder hinaus. Das wärmeaufnehmende Medium strömt durch die innere Ringkammer 7 und die äußere Ringkammer 9 in Richtung der Pfeile 12 und 13 in die Ringkammern hinein und tritt in Richtung der Pfeile 14 und 15 aus diesen wieder heraus. Das wärmetragende Medium bewegt sich also beim dargestellten Ausführungsbeispiel im Gegenstrom zum wärmeaufnehmenden Medium. Eine Bewegung dieser Medien im Gleichstrom ist möglich.
- Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, wird das wärmetragende Medium in der mittleren Ringkammer 8 einer das Medium um das innere Rohr 2 herumführenden wendelförmigen (schraubenförmigen) Strömung in Richtung des Pfeiles 16 unterworfen. Die im Gegenstrom sich in Richtung der Pfeile 17 und 18 bewegenden wärmeaufnehmenden Medien können gegebenenfalls ebenfalls einer sie um das innere Rohr 2 herumführenden wendelförmigen Bewegung innerhalb ihrer Ringkammern 7 und 9 unterworfen sein.
- Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung den Wärmetauscher 1 gemäß den Figuren 1 und 2 und verdeutlicht diese Verhältnisse. Das gasförmige wärmetragende Medium wird in Richtung der angedeuteten Strömungslinie 19 (vgl. auch Pfeil 20) um die Rohre 2 bzw. 3 herumgeführt, so daß der der Erfindung zugrunde liegende Wärmetauschereffekt eintritt. Diese wendelförmige Strömung 19 läuft in der Ringkammer 8 ab, während die Ringkammern 7 und 9 mit dem wärmeaufnehmenden Medium beaufschlagt werden, welches - wie dargelegt - seinerseits einer wendelförmigen Bewegung unterworfen sein kann.
- Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 3 und verdeutlicht die Ausbildung von wendelförmig angeordneten Strömungskanälen 21, welche eine Zwangsführung des wärmetragenden Mediums herbeiführen. Diese Strömungskanäle 21 sind durch in einer Ebene rechtwinklig zur Rohrachse 22 sich erstreckende Bleche 23 gebildet, die seitliche Kanalwandungen 24 (vgl. Fig. 6) darstellen, durch welche das wärmetragende Medium geführt wird. Die Bleche 23 können aus ringförmigen Blechabschnitten hergestellt sein, welche aufgebogen werden und entsprechend der Länge des jeweiligen Ganges miteinander und mit der Außenfläche des Rohres 3 verschweißt werden. Auf diese Weise entsteht eine Schnecke 25, die der Führung des wärmetragenden Mediums dient.
- Fig. 5 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 1 und verdeutlicht den Aufbau der Strömungskanäle 21 für den Fall, daß sowohl für das wärmetragende Medium als auch für das wärmeaufnehmende Medium eine wendelförmige Strömung vorgesehen ist. In diesem Fall können neben den wendelförmigen Strömungskanälen 21 für das wärmetragende Medium auch in den beiden Ringkammern 7 und 9, welche die mittlere Ringkammer 8 einschließen, schneckenförmige Kanalwandungen 26 und 27 vorgesehen sein, die die wendelförmige Bewegung des wärmeaufnehmenden Mediums herbeiführen. Die Leitungen 28 führen das wärmeaufnehmende Medium in den Wärmetauscher, welches durch die Leitungen 29 wieder austritt, während die Leitung 30 das wärmetragende Medium dem Wärmetauscher zuführt, das bei 31 wieder austritt. Die Bewegungsrichtungen entsprechend den Pfeilen 10 bis 15 stimmen mit denjenigen nach Fig. 1 überein.
- Die Figuren 6 und 7 zeigen eine konstruktive Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers im einzelnen. Die Zu- und Ableitungen für das wärmetragende Medium einerseits und das wärmeaufnehmende Medium andererseits sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 versehen. Mit 32 ist ein Entlüftungsstutzen bezeichnet.
- Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind alle drei Ringkammern 7 bis 9 mit schneckenförmigen Kanalwandungen 24 und 26 und 27 versehen, die zwischen sich schrauben- oder wendelförmige Kanäle 21 bzw. 33 und 34 einschließen. Die Schneckenteile sind, wie aus Fig. 6 hervorgeht, durch Schweißnähte 35 mit den zugehörigen Rohraußenflächen verbunden.
- Die Außenkanten 25 der Schneckenteile 23 haben einen geringfügigen Abstand 36 zur Innenfläche des nächstäußeren Rohres, damit die Rohre leicht ineinander eingesetzt werden können. Dieser Abstand oder Spalt 36 hat keinen nennenswerten Einfluß auf den Wirkungsgrad des Wärmetauschers.
- Wie aus Fig. 6 weiter hervorgeht, verringern sich die Querschnitte der schrauben- oder wendelförmigen Kanäle 21 in der mittleren Ringkammer 8 für das wärmetragende Medium vom Gaseintritt 30 zum Gasaustritt 31, um die zunehmende Dichte infolge des Wärmeverlustes so auszugleichen, daß die Austrittsgeschwindigkeit konstant bleibt. Die Querschnitte der Strömungskanäle in den beiden das wärmeaufnehmende Medium enthaltenden Ringkammern 7 und 9 können - wie dargestellt - konstant bleiben.
- Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung und im Teilschnitt eine zweigängige Ausbildung der wendelförmigen Strömungskanäle 21.
Claims (12)
- Ringspaltwärmetauscher, der aus wenigstens drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren besteht, so daß sich zwischen den einzelnen Rohren Ringspalte oder Ringkammern ergeben, von denen die jeweils innere von dem Wärmeträger und die jeweils äußere von dem wärmeaufnehmenden Medium durchströmt wird, wobei der Wärmeträger Gas und das wärmeaufnehmende Medium ein flüssiges Medium ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmetragende Medium in der inneren Ringkammer (8) einer das Medium um das innere Rohr (3) herumführenden wendelförmigen (schraubenförmigen) Strömung (19) unterworfen wird.
- Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) aus vier konzentrisch ineinander angeordneten Rohren (2,3,4,5) besteht, so daß drei äußere Ringkammern (7,8,9) gebildet werden, von denen die mittlere (8) von dem wärmetragenden Medium, also einem Gas, und die beiden äußeren (7,9) von dem wärmeaufnehmenden Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit, beaufschlagt werden.
- Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmetragende Medium und das wärmeaufnehmende Medium sich im Gegenstrom (16;17,18) bewegen.
- Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) wenigstens in der mittleren Ringkammer (8), die der Aufnahme des wärmetragenden Mediums dient, mit wendelförmig angeordneten Strömungskanälen (21) versehen ist.
- Wärmetauschernach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (21) durch in einer Ebene rechtwinklig zur Rohrachse (22) sich erstreckende Bleche (23) gebildet sind.
- Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (23) aus ringförmigen Blechabschnitten hergestellt sind, welche aufgebogen und entsprechend der Länge des jeweiligen Ganges miteinander und mit der Außenfläche des Rohres (3) verschweißt sind, so daß eine Schnecke gebildet wird.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten (25) der Schnecke einen geringfügigen Abstand (36) zur Innenfläche des nächstäußeren Rohres (4) haben.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Ringkammer (8) mit wendelförmigen Kanälen (21) versehen ist.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die beiden übrigen Ringkammern (7,9) mit Leitblechen (26,27) zur Bildung von wendelförmigen Strömungskanälen (33,34) versehen sind.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der schrauben- oder wendelförmigen Kanäle (21 ,33,34) wenigstens innerhalb der mittleren Ringkammer (8) für das wärmetragende Medium sich vom Gaseintritt (30) bis zum Gasaustritt (31) verringern.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenteile bzw. die die Kanalwandungen (24,26,27) bildenden Blechteile mit den Rohren (2,3,4) durch Schweißnähte (35) verbunden sind.
- Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmigen Strömungskanäle (21) mehrgängig, vorzugsweise zweigängig, ausgebildet sind.
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