DE1501478C

DE1501478C - Einrichtung zum Wärmeaustausch

Info

Publication number: DE1501478C
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. Brunn Brablc (Tschechoslowakei)
Original assignee: Chepos Zavody chemickeho a potravinarzskeho strojirenstvi, Brno, oborovy podnik, Brunn (Tschechoslowakei)
Publication date: 1972-06-29

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung wenn die Magnete ein gewisses, etwa schachbrett-

zum Wärmeaustausch mit einer Trennwand, an der förmiges oder wabenförmiges Netz darstellen, oder

beidseitig die im Wärmeaustausch stehenden Medien auch unregelmäßig, etwa gruppenförmig, ausgebildet

entlanggeführt sind. Insbesondere ist der Wärme- sein. Gleichfalls können die Magnete nur einseitig

austauscher zum Wärmeaustausch zwischen Flüssig- 5 oder auch beiderseits der wärmetauschenden Trenn-

keiten und/oder Dämpfen und/oder Gasen geeignet. wand über die ganze Fläche oder nur an einem Teil

Bei bekannten Wärmeaustauschern wird eine In- derselben ausgebildet sein.

tensivierung des Wärmeüberganges durch mecha- Die Magnete können aus permanentmagnetischem

nische Beeinflussung der Grenzschichten, z. B. durch Material bestehen und in eine Trennwand aus nicht

eine die Wärmeleitung beeinflussende Wirkung wie io magnetischem Material eingebettet sein. Beispiels-

- Konvektion oder Turbulenz, erreicht. Auch ist es weise können Körner aus permanentmagnetischem

schon bekannt (deutsche Patentschrift 878 500), den Material in das Wandmaterial eingepreßt sein, wenn

Wärmeübergang durch ein hochgespanntes elek- es sich z. B. um eine Wand aus Messing, Aluminium,

trisches Feld an der Wärmeaustausch-Trennwand Kunststoff oder Graphit handelt,

zu erhöhen. Nachteilig ist hierbei, daß sehr hohe 15 Es besteht auch die Möglichkeit, daß die Trenn-

Spannungen angewendet werden müssen und zur wand aus Eisen oder einer Eisenlegierung mit einer

Aufrechterhaltung der Spannung ständig hochge- zementierten und gehärteten Oberfläche besteht und

spannter Gleichstrom erforderlich ist. Es sind auch daß die Magnete durch stellenweise nachträgliche

Einrichtungen zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Magnetisierung des Materials erzeugt sind,

einem magnetischen Feld bekannt, z. B. aus dem 20 Zur Erhöhung der Wärmeaustauschwirkung kann

deutschen Patent 58 797 (Bull) aus dem Jahre 1890. die Trennwand mit Vorsprüngen, wie Rippen oder

Diese benutzen jedoch die Wirkung des magne- Dornen versehen sein, die sich etwa senkrecht von

tischen Feldes lediglich zur Verhütung von Ansätzen mindestens einer Oberfläche zwischen benachbarten

und Inkrustationen. Zu diesem Zweck besitzen die Magnetpolen erstrecken. Die Vorsprünge können

bekannten Einrichtungen je einen Leitungsabschnitt, 25 ebenfalls an ihrer Oberfläche mit Magneten aus-

der mit Magneten versehen ist, die das gesamte, gestattet sein, deren Polachsen im wesentlichen senk-

diesen Abschnitt durchströmende Flüssigkeitsvolumen recht zur Rippenoberfläche stehen, wobei auch längs

beeinflussen. Durch Anordnung dieser bekannten der Rippenoberfläche Pole einander entgegengesetzter

Einrichtungen zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Polarität abwechseln.

einem magnetischen Feld vor einem Wärmeaus- 30 Es reicht aus, wenn die Magnete eine so geringe,

tauscher, wie z. B. vor einem Trennwarid-Wärme- Stärke haben, daß im wesentlichen nur die Grenz-

austauscher oder Kessel, wird zwar ebenfalls eine schicht der im Austausch stehenden Medien vom

gewisse Steigerung des Wärmeaustausches erzielt, Magnetfeld beeinflußt ist.

doch die Auswirkung des magnetischen Feldes auf Hierbei sei betont, daß die magnetische Wirkung den Wärmeübergang geschieht hier nur indirekt. 35 des betrachteten Wärmeaustauschers keineswegs nur Dieselbe besteht in der Verhütung einer allmählichen auf die Grenzschicht im engeren Sinne des Wortes, Senkung der Wärmeübergangszahl, die sonst während d. h. auf die laminare Unterschicht, beschränkt ist, des Betriebes der Einrichtung infolge der Bildung sondern auch eine Grenzschicht im breiteren Sinne von Ansätzen und Inkrustationen, z. B. im Röhren- des Wortes einschließt, wenn darunter z. B. die an bündel des Austauschers, eintreten würde. Die Ein- 40 die wärmetauschende Trennwand anschließende Flüsschaltung dieser bekannten Einrichtungen in einem sigkeitsfilmschicht einschließlich der Phasengrenze Leitungsabschnitt vor oder hinter dem Wärmeaus- zwischen dieser Filmschicht und ihrer anschließenden tauscher trägt jedoch keineswegs von vornherein Gasphase verstanden wird. Bei einem solchen Wärmezur Erhöhung der Wärmeübergangszahl bei. Außer- austauscher bleibt dabei außer der erzielten Intensidem sind solche bekannte Einrichtungen lediglich 45 vierung des Wärmeüberganges im technisch auszur Behandlung von Flüssigkeiten, nicht jedoch für genützten Bereiche der Reynolds-Zahlen zugleich Medien im Dampf- oder Gaszustand bestimmt. auch die prohibitive Wirkung des magnetischen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Feldes aufrechterhalten, mit welcher die Bildung den eingangs genannten Wärmeaustausch-Einrich- von Inkrustationen an der wärmetauschenden Trenntungen auf einfache Art eine sehr wirksame Inten- 50 wand verhütet wird.

sivierung des Wärmeüberganges durch Beeinflussung Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen

der Grenzschichten der im Wärmeaustausch stehen- Austauschers ergibt sich beispielsweise aus der nach-

den Medien zu bewirken. folgenden Tabelle, in welcher die Resultate der in

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, einem geschlossenen Austauscher vom Typus »Rohr

daß in der wärmetauschenden Trennwand oder an 55 im Rohr« unter Anwendung von einerseits nicht-

deren Oberfläche Magnete angeordnet sind, deren magnetischen und andererseits magnetisierten Röhren

Polachscn im wesentlichen senkrecht zur Trennwand- angestellten Vergleichsversuche zusammengestellt sind,

oberfläche stehen, wobei längs der Oberfläche Pole Die Versuche wurden mit Wasser einer Eintritts-

einander entgegengesetzter Polarität abwechseln. temperatur von etwa 50⁰C innerhalb und etwa 17⁰C

Auf diese Weise erfolgt eine direkte Auswirkung 60 außerhalb der Röhren durchgeführt. Dabei sind in

des magnetischen Feldes auf die Intensivierung des der Kolonne II die Reynolds-Zahlen für die den

Wärmeüberganges infolge Beeinflussung der Grenz- Innenraum durchströmende Flüssigkeit und in der

schicht. Durch das magnetische Feld wird das Gleich- Kolonne III dieselben für die den Außenraum pas-

gewicht der an den Wärmeaustauschflächen anlie- sierende Flüssigkeit, in der Kolonne IV die ent-

genden Grenzschichten beeinflußt und damit die 65 sprechenden Werte der Wärmeübergangszahl k der

Wärmeübergangszahl erhöht. in einer Einrichtung mit nichtmagnetischen Röhren

Die Verteilung der Magnete in der wärmeaus- erzielten Wärmeabgabe und in der Kolonne V die

tauschenden Oberflüche kann sowohl regelmäßig sein, entsprechenden, in der erfindungsgemäßen Einrich-

tung erzielten k-Werte eingetragen. Die daraus resultierende Intensivierung des Wärmetausches, in Prozenten ausgedrückt, ist in der Kolonne VI angeführt.

	innen	Reynolds-Zahl	außen	Wärmeübergangszahl	kcal \	Intensivierung
Ordnungszahl				r	m- ·η■ C/	in %
	II		III	\
	100		100	nichtmagnetisch		VI
I	19 700		8 070	IV		30,0
τ-Ι	31700		8 070	420		5,2
2	52 400		8 070	1469		8,0
3	83 700		8 070	1812		6,1
4	52 400		4160	2198		5,2
5	52 400		8 070	2 515		7,8
6	52 400		12150	1577		9,8
7	52 400		14 960	2 019		8,4
8			2 310		6,5
9	2 471	magnetisiert
	V
	550
1546
1957
2 332
2 612
1700
2 218
2 505
2 631

Es ergibt sich daraus, daß bei den durchgeführten Versuchen die Intensivierung einen Wert bis 30% erreichte.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Wiedergabe einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers. Es zeigt

F i g. 1 ein wärmeaustauschendes Rohr im Längsschnitt,

F i g. 2 dasselbe Rohr im Querschnitt, .

F i g. 3 die Verteilung der magnetischen Kraftlinien an der abgewickelten Rohrwandung und

F i g. 4 eine nur einseitig mit wärmeaustauschenden Rippen versehene Trennwand.

Die Trennwand 1 des Austauscherrohres gemäß F i g. 1 und 2 ist beiderseits mit einem Netz von über die ganze Länge und den Umfang verteilten Magneten versehen, wobei Magnete mit einem freien Nordpol 2 und Magnete mit einem freien Südpol 3 abwechseln. Die magnetischen Kraftlinien 4 schließen sich in den zu beeinflussenden Grenzschichten 5 der innerhalb und außerhalb des Rohrs strömenden Flüssigkeiten. Die in diesem Falle einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen sind mit den Pfeilen 6 angedeutet.

Das Magnetnetz gemäß F i g. 1 und 2 ist durch Einpressen von Kö.nern eines magnetisch harten Materials in die Wandung aus einem magnetisch weichen oder nichtmagnetischen Material ausgeführt. Gleichfalls kann jedoch dieselbe Anordnung auch durch nachträgliche Punktmagnetisierung einer zementierten und gehärteten Stahlrohroberfläche geschaffen werden.

F i g. 4 zeigt eine Ausführung einer Trennwand mit einseitig ausgebildeten wärmeaustauschenden Rippen 7, die ebenfalls an beiden Seiten mit einem regelmäßig verteilten Magnetnetz mit Nordpolen 2 und Südpolen 3 versehen sind.

Die Anwendung dieser Anordnung beschränkt sich keineswegs lediglich auf die typischen Wärmeaustauscher, wie etwa die Röhrenaustauschkörper, Verdampfer, Kessel und Öfen, vielmehr kann sie entsprechend auch in Einrichtungen anderer Gattung ausgenützt werden, in denen die darin verlaufenden chemischen oder physikalischen Vorgänge von einem Wärmeaustausch begleitet sind, wie dies z. B. in den Rektifizierkolonnen, Reaktoren u. dgl. der Fall sein kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Wärmeaustausch mit einer Trennwand, an der beidseitig die im Wärmeaustausch stehenden Medien entlanggeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (1) oder an deren Oberfläche Magnete (Nordpole 2, Südpole 3) angeordnet sind, deren Polachsen im wesentlichen senkrecht zur Trennwandoberfläche stehen, wobei längs der Oberfläche Pole einander entgegengesetzter Polarität abwechseln.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete mit gleichmäßigem Abstand auf der Oberfläche verteilt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete mit abwechselnder Polarität an beiden Seiten der Trennwand angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete aus permanentmagnetischem Material bestehen und in eine Trennwand (1) aus nichtmagnetischem Material eingebettet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Körner aus permanentmagnetischem Material in das Wandmaterial, z. B. Messing oder Kunststoff, eingepreßt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) aus Eisen oder einer Eisenlegierung mit einer zementierten und gehärteten Oberfläche besteht und daß die Magnete durch stellenweise nachträgliche Magnetisierung des Wandmatcrials erzeugt sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) mit Vorsprüngen (Rippen 7) versehen ist, die sich etwa senkrecht von mindestens einer Trennwandoberfläche zwischen benachbarten Magnetpolen erstrecken.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) mit Vorsprüngen (Rippen 7) verschen ist, deren Oberfläche mit Magneten (Nordpolc 2, Südpole 3) ausgestattet ist, deren Polachsen im wesentlichen senkrecht zur Rippenoberfläche stc-

hen, wobei längs der Rippenoberfläche Pole einander entgegengesetzter Polarität abwechseln.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete eine so geringe Stärke haben, daß im wesentlichen nur die Grenzschicht des jeweiligen Mediums vom Magnetfeld beeinflußt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen