DE1150696B

DE1150696B - Vielstrahl-Waermetauscher, in dem eine Fluessigkeit gegen die Waermeaustauschwand gespritzt wird

Info

Publication number: DE1150696B
Application number: DEF27788A
Authority: DE
Inventors: Andre Fortier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-02-25
Filing date: 1959-02-25
Publication date: 1963-06-27
Also published as: BE575983A; FR1191927A; CH388357A; US3109485A; GB876930A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

F27788Ia/17f

ANMELDETAG: 25. FEBRUAR 1959

BEKANNTMACHUN G
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIET: 27. JUNI 1963

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bei dem eine Flüssigkeit, in zahlreiche Strahlen aufgeteilt, gegen eine Wärmeaustauschwand gespritzt wird.

Im allgemeinen wird der Wärmeaustausch durch die Wärmeübergangszahl α (alpha) gekennzeichnet, die gleich dem Verhältnis der je Einheit der Wärmeaustauschfläche und je Zeiteinheit ausgetauschten Wärmemenge zur Differenz zwischen Höchsttemperatur der Fläche und Temperatur des strömungsfähigen Mediums bei seinem Eintritt in den Austauscher ist [kcal/(m²h°C)].

Bei den als Vergleichsbasis herangezogenen Wärmetauschern erfolgt die Flüssigkeitsströmung durch einen kreisringförmigen Kanal hindurch, von dem mindestens eine Wandfläche die Wärmeaustauschfläche bildet. Es ist klar, daß dann die Strömungsbedingungen und folglich die Wärmeübergangszahl von dem mechanischen Aufbau des kreisringförmigen Kanals abhängen. Unter diesen Voraussetzungen ist es unmöglich, für ein gegebenes Strömungsmedium eine Wärmeübergangszahl zu erzielen, die eine gewisse Grenze überschreitet, die besonders durch den Mindestwert der Spaltweite des kreisringförmigen Kanals vorgeschrieben ist, unterhalb dessen er nicht nur wegen auf der Hand liegender Fertigungsschwierigkeiten, sondern in erster Linie wegen der unvermeidlichen thermischen Verformungen unzweckmäßig ist.

Es kann z. B. leicht vorkommen, daß ein Kanal von spaltförmigem Querschnitt mit weniger als 1 mm Spaltweite zwischen zwei Metallflächen mit z. B. Im² Fläche durch die Verformung der Wärmeaustauschfläche infolge der Wärmedehnungen verstopft werden kann, sobald die Temperaturunterschiede entsprechend größer werden.

Die Wärmeaustauschwand und die Spritzwand dürfen einander also nicht allzu nah gegenüberliegen, da die unter Wärmeeinwirkung sich mehr oder weniger verformende, insbesondere dehnende Wärmeaustauschwand dann mit der Spritzwand in Berührung kommen kann. Falls die Temperatur der Wärmeaustauschwand vor, während oder nach der Abkühlung so hoch ausfällt, daß die zur Spritzwand genau parallel verlaufende Wärmeaustauschfläche auch nur in geringem Ausmaß verformt wird, darf der Spalt niemals so klein ausfallen, daß die Gefahr einer Berührung zwischen Wärmeaustauschfläche und Spritzwand besteht.

Als Tatsache steht fest, daß es für die bisherigen praktischen Zwecke nicht wirtschaftlich war. mit flüssigem Wasser eine Wärmeübergangszahl von etwa 20 000 kcal/(m²h°C) zu übertreffen.

Vielstrahl-Wärmetauscher, in dem eine

Flüssigkeit gegen die Wärmeaustauschwand

gespritzt wird

Anmelder:

Andre Fortier, Clamart, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München, und Dipl.-Ing. R. Müller-Börner, Berlin 33,

Podbielskiallee 68, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 25. Februar 1958 (Nr. 759 062)

Andre Fortier, Clamart, Seine (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

Es sind Wärmetauscher bekannt mit zylindrischen Wärmeaustauschwänden, gegen die eine Vielzahl von aus kleinen Öffnungen auf dem Umfang eines zylinderförmigen zentralen, die Zufuhr des einen Wärmeträgers bewirkenden Teiles gespritzten Strahlen dieses Wärmeträgers gerichtet wird.

Auch sind doppelseitig beheizte Trommelerhitzer mit sich drehender Innentrommel bekannt, auf deren Umfang Düsen für den strahlförmigen Austritt von Dampf angeordnet sind, wodurch eine gleichmäßige Erhitzung der feststehenden Außentrommel erstrebt wurde.

In ähnlicher Weise sind bekannte umlaufende Warmwassererzeuger mit Wasserzu- und -abführung durch die hohle Antriebswelle und Ausbildung des gewellten Behältermantels als Heizfläche gestaltet, wobei auf der Antriebswelle ein innerhalb des Behälters mit Schraubenflächen versehenes, mit dem Behälter gemeinsam drehbares Flügelrad befestigt ist.

Wärmetauscher, insbesondere für Warmwassererzeuger, sind auch schon so ausgebildet worden, daß der erste Wärmeträger in Einzelstrahlen auf die in

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thermodynamischen Probleme werden nachstehend folgende Symbole verwendet:

α = zu erzielende Wärmeübergangszahl,

ν = Geschwindigkeit des strömungsfahigen Mediums im Strahl,

D — Durchmesser einer Öffnung,

e = Abstand zwischen den Achsen von zwei benachbarten Öffnungen,

μ = dynamische Zähigkeit der Flüssigkeit, λ — Wärmeleitzahl der Flüssigkeit,

ρ = Masse einer Volumeneinheit der Flüssigkeit, Ο? = spezifische Wärme der Flüssigkeit bei konstantem Druck,

Pr = Prandtlsche Zahl Pr =

. L = Länge der längsten Ausströmbahn der Flüssigkeit (wenn die Wärmeaustauschfläche beispielsweise die Form eines Zylinders hat, ist L die Länge dieses Zylinders), d = Abstand zwischen der mit Öffnungen versehenen Wand und der Wärmeaustauschfläche.

geringem Abstand von der mit kleinen Durchtritts-,öffmmgen versehenen Leitwand geschleudert wird, wobei die Trennungswand durch den zweiten Wärmeträger führende, mit Zwischenabstand voneinander angeordnete oder durchbrochene Hohlkörper gebildet wird, unter deren Durchlässen Abschlußwände zum Auffangen und Ableiten des von der Trennungswand abprallenden und durch die Durchlässe hindurchgeschleuderten Wärmeträgers angeordnet sind.

Schließlich sind auch Rauchgas.vorwärmer mit im
Inneren von die Wärmeaustauschflächen bildenden
Rohren angeordneten, am Umfang mit kleinen
Durchtrittsöffnungen versehenen zylindrischen Zufuhrorganen für das zu erhitzende Wasser bekannt. 15 _Re _ R_eVnoldssche Zahl Re = ^Q'^y' ^D

Diese Ausführungen sind aber im Hinblick auf 2 μ

Wärmeübergangszahl, Pumpleistungsbedarf und Bauaufwand nicht wirtschaftlicher als die herkömmlichen Bauarten. Dies hat seinen Grund darin, daß die Wirksamkeit eines unter solchen Bedingungen durchgeführten Wärmeaustausches von einer großen Anzahl von Kennwerten abhängig ist, die niemals so gewählt worden sind, daß sie gleichzeitig den nachstehend definierten Bedingungen entsprechen, die den komplexen thermodynamischen Verhältnissen angepaßt sind.

Ein weiterer Grund, weswegen das Spritzen von Der Wärmetauscher nach der Erfindung hat eine

Wasser in dünnen Strahlen auf eine Wärmeaustausch- massive Wärmeaustauschfläche, einen Behälter mit fläche bisher nur mit geringem Erfolg in Wärme- einer zur Wärmeaustauschfläche parallelen Spritztauschern verwendet wurde, ist der, daß die Ver- 30 wand, eine Vielzahl von gleichmäßig über diese änderung von gewissen dieser Kennwerte, wenn sie Spritzwand verteilten Öffnungen, Mittel zur steten nicht innerhalb der erfindungsgemäß mathematisch Speisung des Behälters mit unter Druck stehender definierten Grenzen gewählt werden, mit dem Flüssigkeit zwecks Erzeugung eines steten senkrechten Erwarteten absolut im Widerspruch stehende Ergeb- Austritts der Flüssigkeit auf die Wärmeaustauschnisse zeitigt. So ist beispielsweise, während es 35 fläche durch die Öffnungen hindurch in einzelnen logisch erscheint anzunehmen, daß durch Ver- Strahlen, die sich auf der Wärmeaustauschfläche zu

dünnen Schichten verflachen, die ineinander übergehen und dann senkrecht zur Wärmeaustauschfläche in dem Raum zwischen dieser und der Wand 40 zurückgeworfen werden, von wo aus sie schließlich durch Zwischenräume zwischen den Strahlen hindurch ausströmen, und Mittel zum steten Sammeln der auf diese Weise aus dem Raum (zwischen Wärmeaustauschfläche und Spritzwand) abgeführten Übergangszahl bei sonst gleichbleibenden Gegeben- ₄₅ Flüssigkeit, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die heiten niedriger als die bei üblichen Wärmetauschern. Reynoldssche Zahl Re der Flüssigkeit in einem Da andererseits dieser Bereich etwas eng ist, darf es Strahl, der Durchmesser D der Offnungen, der nicht überraschen, daß bisher niemand die Prinzipien, Abstand e zwischen den Achsen der Öffnungen, auf denen die Erfindung beruht, gefunden hat. die Länge L der längsten Ausströmbahn der Flüssig-

Deshalb nimmt man, sofern sehr hohe Wärme- ₅₀ keit in dem Raum bis zu den Sammelmitteln und Übergangszahlen erzielt werden sollen, besondere der Abstand d zwischen der Spritzwand und der

größerung des Durchmessers der Öffnung, d. h. der Dicke der Flüssigkeitsstrahlen, die Wärmeaustauschfläche intensiver abgekühlt würde, überraschenderweise das Gegenteil der Fall.

Schließlich nimmt nicht nur die Wärmeübergangszahl zu den Grenzen des Kennwertebereiches nach der Erfindung hin schnell ab, sondern sobald diese Grenzen überschritten werden, wird die Wärme-

Wärmeaustauschfläche so gewählt sind, daß die vier nachstehenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden:

Flüssigkeiten, wie beispielsweise Metalle, zu Hilfe, die bei der Austauschtemperatur flüssig sind, wie z. B. Natrium, Kalium oder Natrium- und Kaliumlegierungen. Die Verwendung solcher Metalle bringt jedoch sehr ernste Schwierigkeiten mit sich und ist äußerst gefährlich.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe der Schaffung eines Vielstrahlwärmetauschers zugrunde, bei dem die Wärmeübergangszahl auf sehr hohe Werte gebracht werden kann, beispielsweise der gleichen Größenordnung wie die mit den oben aufgeführten Metallen erzielbaren, bei dem aber die üblichen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, verwendet

werden, wobei jedoch der Wärmeaustausch trotzdem _6s Wärmeaustauschfläche. Die Beziehung (2) ermögnur einen wirtschaftlich vertretbaren Energiever- licht das Verhindern des Sprühens der Strahlen der brauch erfordert. Flüssigkeit vor ihrem Auftreffen; sofern die Bedin-

Zum Aufzeigen der durch die Erfindung gelösten gung (3) erfüllt ist, kann die Flüssigkeit mit einer

Re < 60 000;
ί <³⁰'

0,1

j/lte.

Die Beziehung (1) bewirkt eine Laminarströmung in der strömenden Flüssigkeitsschicht entlang der

Geschwindigkeit aus dem Wärmetauscher ausströmen, die so niedrig ist, daß keine Störungen in den Strahlen verursacht werden.

Wenn schließlich und nur wenn die Bedingung (4) erfüllt ist, erfordert der Wärmetauscher nach der Erfindung aber einen niedrigeren Verbrauch an Pumpleistung als ein üblicher Wärmetauscher bei sonst gleichbleibenden Gegebenheiten (insbesondere für die gleiche Wärmeübergangszahl und einem gleichen Temperaturunterschied).

Die Veränderungen der in einem solchen Vielstrahlwärmetauscher verbrauchten Pumpleistung als

e
eine Funktion des Kennwertes ^ . ^:h~s- sind in Fig. 2 als Vielfache des Minimalverbrauches eingetragen. Nun erfordert ein üblicher Wärmetauscher, in dem die Flüssigkeit an einem beliebigen Punkt in einer zur Wärmeaustauschfläche parallelen Richtung zwischen dieser und einer anderen mit dieser in einem Abstand d parallel verlaufenden Fläche strömt, einen Verbrauch an Pumpleistung zum Fördern der Flüssigkeit, der bei sonst gleichbleibenden Gegebenheiten etwa das Zehnfache des minimalen Energiewertes in der Kurve der Fig. 2 beträgt.

Es ist somit leicht verständlich, daß der neue Wärmetauscher nach der Erfindung nur dann

e
zweckmäßig ist, wenn der Kennwert TTTfriF '^nner" halb eines Intervalls liegt, das durch die Abszissen der Punkte mit der Ordinate 10 in der Kurve der Fig. 2 begrenzt wird, die die Grenzen der Bedingung (4) definiert.

Wenn die vier Bedingungen (1), (2), (3), (4) gleichzeitig erfüllt sind, kann eine gegebene Wärmeübergangszahl gemäß der nachfolgenden Beziehung erzeilt werden: .

-Ρ

4 (5)

Die Funktion/

ist in Fig. 1 eingetragen,

und die Funktion # (Ä.\ kann als etwa gleich der Einheit betrachtet werden, wenn -γ- die Bedingung (2) erfüllt.

Es ist klar, daß für eine gegebene Verwendung des Wärmetauschers die fünf vorstehend erwähnten Bedingungen die Merkmale des Wärmetauschers, d. h. den Durchmesser D der Öffnungen, den Abstand e zwischen den Achsen der Öffnungen, den Abstand d zwischen den beiden Flächen und die Geschwindigkeit ν der Flüssigkeit, in den Strahlen definieren.

Die Kombination der Bedingungen (1) und (5) definiert einen maximalen Durchmesser und die Kombination der Bedingung (2), (3), (5) einen minimalen Durchmesser für jeden Wert des Kenn wertes %=> der die Bedingung (4) erfüllt. Andererseits muß bei der in Betracht stehenden Anwendung ein Wert dieses Kennwertes entsprechend einem minimalen Pumpleistungsverbrauch gewählt werden, der schließlich die D, e, d und ν zu gebenden Werte bestimmt. Aus der Kurve der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn

= ^etwa °'^{5 ist}

Wenn beispielsweise in dem Wärmetauscher nach der Erfindung stündlich 8 600 000 kcal zwischen Wasser und einer Fläche in der Form von einem Quadrat mit 1 m Seitenlänge ausgetauscht werden sollen, bei einem Ausströmen des Wassers an einer Seite der quadratischen Fläche mit einem Unterschied von 80°C.zwischen der-Maximumtemperatur der Wärmeaustauschfläche und der Temperatur des Wassers bei Eintritt in den Wärmeaustauscher, ίο schreiben die vorerwähnten Bedingungen nachstehende Abmessungen vor:

e d

0,35 mm,
3,5 mm,
10 mm,
24 m/sec.

Der Pumpleistungsverbrauch für das Fördern der Flüssigkeit beträgt dann etwa 100 kW statt 1000 kW bei einem üblichen Wärmetauscher, bei sonst gleichbleibenden Gegebenheiten.

Mit anderen Worten kann also gesagt werden, daß, während der Wärmeaustausch zwischen einer Fläche und einer Kühlflüssigkeit durch Auftreten von Strahlen dieser Kühlflüssigkeit auf die Wärmeaustauschfläche bekannt ist, die Erfindung es durch geeignetes Errechnen der Abmessungen und Zwischenräume der Öffnungen, der Länge der Strahlen und der Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit möglich macht, bei einem gleichbleibenden Pumpleistungsverbrauch eine Wärmeübergangszahl zu erzielen, die höher ist als bei den bisher üblichen Verfahren. Umgekehrt ist es für die gleiche Wärmeübergangszahl möglich, den Pumpleistungsverbrauch für das Fördern der Flüssigkeit gegenüber dem bei den üblichen Wärmetauschern erforderlichen Pumpleistungsverbrauch beachtlich zu verringern.

Die Strahlen der Kühlflüssigkeit können sowohl durch ein Gas, wie beispielsweise Luft, als auch durch die gleiche Flüssigkeit hindurch auf die Wärmeaustauschfläche geleitet werden unter der Voraussetzung, daß die Strahlen nicht durch eine unzulässig dicke Schicht der Flüssigkeit hindurchströmen müssen.
Der Querschnitt des Kanals, der die Flüssigkeit den Spritzöffnungen zuführt, ist in Fig. 3 wegen der Beschränktheit des in der Zeichnung zur Verfugung stehenden Raumes kleiner dargestellt, als er in Wirklichkeit ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4, liegt die Wärmeaustauschfläche horizontal und werden die Flüssigkeitsstrahlen auf die Unterseite der Wärmeaustauschfläche geleitet (gespritzt), von wo die Flüssigkeit unter der Einwirkung der Schwerkraft leicht herunterfällt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6, ist die Wärmeaustauschfläche ein zylindrischer Körper, auf den die Flüssigkeitsstrahlen stetig durch Düsen hindurchgeleitet (gespritzt) werden, die aus Öffnungen bestehen, die in die innere Wand eines ringförmigen zylindrischen Körpers gebohrt sind, der koaxial zur vorerwähnten Wärmeaustauschfläche liegt und mit unter Druck stehender Flüssigkeit gespeist wird, wobei das Abführen der Flüssigkeit durch mindestens ein Ende des zwischen der Wärme-

S₅ austauschfläche und der mit Öffnungen versehenen

Spritzwand enthaltenen Raumes hindurch erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

beispielsweise, jedoch nicht beschränkend einige

Ausführungsformen der Erfindung erläuternden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die bereits erwähnte Kurve der Funktion

Fig. 2 die Veränderungen der tatsächlich verbrauchten Pumpleistung, ausgedrückt als Vielfache der minimalen Pumpleistung als eine Funktion

e

warmen Fläche und dem Kühlwasser zum Abführen einer Wärmestromdichte von 860 000 kcal/(m²h), das entspricht 100 W/cm². Um nun dem Wasser eine Geschwindigkeit von 14 m/sec zu vermitteln, genügt das Aufbauen eines Druckes von 2 kg/cm² vor der Öffnung. Da die Strömungsmenge im Strahl etwa 1 cm³/sec beträgt und da zum Bedecken von 1 cm² drei Strahlen erforderlich sind, beträgt der Leistungs-

verbrauch 0,3 W/cm², was im Vergleich zu den aus-

D-']/Re' ίο getauschten 100 W wirtschaftlich vertretbar ist.

Fig. 3 eine stark vergrößerte Ansicht, die die _-% Wenn die zu kühlende Fläche zu weit von der Form eines auf die Wärmeaustauschfläche des Öffnung entfernt angeordnet ist, versprüht der Strahl Wärmetauschers nach der Erfindung gespritzten in Tropfen und nimmt die Wärmeübergangszahl ab. Flüssigkeitsstrahls veranschaulicht, Der Abstand zwischen der Öffnung und der Wärme-

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführungsform 15 austauschfläche wurde im vorstehenden genau defides Wärmetauschers nach der Erfindung, niert. Für einen Strahl von 0,3 mm Durchmesser

Fig. 5 eine Draufsicht entsprechend Fig. 4 und sollte dieser Abstand 4 bis 5 mm nicht überschreiten

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch eine abgeän- und kann wenige Millimeter betragen.
' derte Ausführungsform. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist

Wie in Fig. 3 bei 1 und 1' im Wärmetauscher nach 20 die zu kühlende Fläche 5 eine ebene Fläche von der Erfindung gezeigt, treffen Strahlen einer Kühl- 10 cm² Flächengröße, durch die der Wärmefluß

flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, mit einem sehr kleinen Durchmesser!) aus einer sehr kurzen Entfernung d auf eine massive ebene Wärmeaus-100 W/cm² erreicht. Eine Vielzahl von kleinen, sich senkrecht unter der Fläche 5 erstreckenden Rohren 6 ist mit ihrer Basis auf einer Kammer 7 befestigt, aus

tauschfläche 4, auf der sie in äußerst dünne Schichten, 25 der sie mit Kühlwasser gespeist wird. Das obere

wie 2 und 2', verflacht werden, die, wie bei 65 gezeigt, ineinander übergehen und dann senkrecht, wie bei 66 gezeigt, zur Fläche 4 zurückgeworfen werden, worauf die Flüssigkeit Wirbel 67 bildet, und durch Ende jedes Rohres ist mit einer Öffnung von 0,5 mm Durchmesser versehen. Diese Rohre sind an den Schnittpunkten der Linien eines aus vielen benachbarten gleichseitigen Dreiecken gebildeten Musters

die Zwischenräume 68 zwischen den Strahlen hin- ₃₀ angeordnet, wobei die Wärmestromdichte der zu

durch ausströmt. So ist beispielsweise bei einem Wasserstrahl von etwa 5 nim Länge, der durch eine Öffnung von 0,5 mm Durchmesser in einer dünnen Wand hindurchgeleitet wird, die Dicke der Flüssigkühlenden Fläche als im wesentlichen gleichmäßig angenommen wird. Die Kammer 7 ist mit einem Druckwassereinlaß 9 versehen, und der zwischen der zu kühlenden Fläche 5 und der Kammer 7 ent-

keitsschicht etwa ²/ioo mm bei einer Geschwindigkeit ₃₅ haltene Raum, d. h. der Raum, in den sich die

des Wassers im Strahl von etwa 14 m/sec, während der Durchmesser des durch die dünne Schicht bedeckten Bereiches etwa 1 cm beträgt. Die Wassergeschwindigkeit bleibt im gesamten freien Bereich Rohre 6 hinein erstrecken, steht mit einem Auslaß 11 in Verbindung.

Für eine Öffnung mit einem gegebenen Durchmesser und für eine gegebene Geschwindigkeit des

der Schicht im wesentlichen gleich ihrem Wert im ₄₀ Wassers im Strahl hat die Wärmeübergangszahl einen

Strahl, d. h. im vorliegenden Beispiel 14 m/sec. Wenn die massive Fläche, auf die die Strahlen geleitet werden, eine gekrümmte Fläche ist, schmiegt sich die Flüssigkeitsschicht eng an diese Fläche an genau definierten Wert. Wenn also der Wärmefluß erhöht wird, steigt die Temperatur der mit der warmen Fläche in Berührung befindlichen Flüssigkeit an und nimmt der Durchmesser der durch die

und ändert sich naturgemäß an dem vorstehend ₄₅ Flüssigkeitsschicht bedeckten Fläche ebenfalls zu.

beschriebenen Phänomen nichts. Dies ist die Folge des Unterdruckes in der die Wärmeaustauschfläche entlangströmenden Flüssigkeitsschicht. Wenn man nun annimmt, daß die vorerwähnte Dieses Phänomen rührt aus der Verringerung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit mit dem Ansteigen der Temperatur her.
Wenn die Temperatur der Flüssigkeit den Siede

massive Fläche die Wärmeaustauschfläche des _5o punkt erreicht, wird die Flüssigkeit in der Flüssig-

Wärmetauschers nach der Erfindung bildet, wobei die auf diese Fläche geleitete Flüssigkeit Wärme von dieser Fläche ableitet oder umgekehrt Wärme an diese abgeben soll, ist infolge der äußerst geringen keitsschicht teilweise verdampft, jedoch wird der erzeugte Dampf durch die mit einer hohen Geschwindigkeit abströmende Flüssigkeit weggetragen, wodurch ein nennenswerter Temperaturanstieg der

Dicke der Flüssigkeitsschicht und der hohen Ge- ₅₅ Wärmeaustauschwand verhindert wird. Es ist also schwindigkeit der Flüssigkeit der Wärmeaustausch möglich, einen beachtlichen Anteil der Flüssigkeit

------ _zu verdampfen, ohne zusätzliche Übertemperaturen

der Wärmeaustauschwand in Kauf nehmen zu müssen, was das Erzielen von äußerst hohen Wärmestromdichten ermöglicht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die zu kühlende Fläche eine sich beispielsweise in vertikaler Richtung erstreckende zylindrische Fläche 13. Diese Fläche ist von einem koaxialen, ringförmigen zylin-

gleichen Geschwindigkeit von 14 m/sec erreicht die ₆₅ drischen Körper 14 umgeben, in dem sich eine mit Wärmeübergangszahl α den Wert von 100 000 kcal/ zahlreichen Öffnungen 16 versehene koaxiale zylin-(Hi²Ii⁰C). Unter diesen Bedingungen genügt also drische Wand 15 erstreckt. Die Zuführungsein Temperaturunterschied von 10° G zwischen der kammer 17 für das Wasser wird aus dem zwischen

zwischen der massiven Fläche und der Flüssigkeit sehr intensiv, und beträgt die aus der Beziehung (5) errechnete Wärmeübergangszahl α, sofern die Flüssigkeit gewöhnliches Wasser ist:

α = 73 000kcal/(m²h°C).

Bei einem durch eine Öffnung von 0,3 mm Durchmesser hindurchgeleiteten Wasserstrahl und bei der

den Wänden 14 und 15 enthaltenen ringförmigen zylindrischen Raum gebildet. Sie ist mit einem Einlaß 18 versehen. Der zwischen der zu kühlenden Fläche und der mit Löchern versehenen Wand enthaltene ringförmige zylindrische Raum ist mit einem Auslaß 19 versehen, durch den das Wasser abgeführt wird. Die aus der Kammer 17 durch die Öffnungen 16 hindurchgeleiteten Druckwasserstrahlen treffen radial auf die zu kühlende Fläche 13, auf der sie, wie vorstehend erläutert, zu dünnen zylindrischen Schichten ausgeflacht werden. Die Strahlen müssen durch die zwischen den Wänden 13 und 15 enthaltene Flüssigkeitsschicht hindurchströmen, wobei die Dicke dieser Schicht natürlich so ist, daß die lineare Geschwindigkeit der Strahlen nicht zu sehr verringert wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wärmetauscher mit einer massiven Wärmeaustauschfläche, einem Behälter mit einer zur Wärmeaustauschfläche parallelen Spritzwand, einer Vielzahl von gleichmäßig über diese Spritzwand verteilten Öffnungen, Mitteln zur steten Speisung des Behälters mit unter Druck stehender Flüssigkeit zwecks Erzeugung eines steten senkrechten Austritts (Leitens) der Flüssigkeit auf die Wärmeaustauschfläche durch die Öffnungen hindurch in einzelnen Strahlen, die sich auf der Wärmeaustauschfläche zu dünnen Schichten verflachen, die ineinander übergehen und dann senkrecht zur Wärmeaustauschfläche in dem Raum zwischen dieser und der Spritzwand zurückgeworfen werden, von wo aus sie schließlich durch Zwischenräume zwischen den Strahlen ausströmen, und mit Sammlern zum steten Sammeln der auf diese Weise aus dem Raum (zwischen Wärmeaustauschfläche und Spritzwand) abgeführten Flüssigkeit, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Reynoldssche Zahl Re der Flüssigkeit im Strahl, der Durchmesser D der Öffnungen, der Abstand e zwischen den Achsen der Öffnungen, die Länge L der längsten Ausströmbahn der Flüssigkeit in dem Raum bis zu den Sammlern und der Abstand d zwischen der Spritzwand (15) und der Wärmeaustauschfläche (13) so gewählt sind, daß die vier nachstehenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

Re < 60 000;

MV

L 1-1,15-Z)'

und 0,1

\[Ie.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnisi

s^,

sehen 0,4 und 0,6 liegt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Verhältnis den

Wert 0,5 besitzt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgespritzte Flüssigkeit gewöhnliches Wasser ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 702 177, 504 257, 276;

schweizerische Patentschrift Nr. 110 357;
britische Patentschrift Nr. 255 364.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

& 309 618/181 6.