DE1983557U

DE1983557U - FLOW GUIDANCE DEVICE FOR HEAT OR MASS TRANSPORT.

Info

Publication number: DE1983557U
Application number: DEC16874U
Authority: DE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1967-01-06
Filing date: 1967-12-14
Publication date: 1968-04-18
Also published as: LU55206A1; ES348822A1; CH483565A; BE707854A; FR1514272A

Description

κ Α. Π 1146*14.12.67κ Α. Π 1146 * 12/14/67

|,ϋ.B@®tzik ■ ■■ ■' 410-13.066Ö,|, ϋ.B @ ®tzik ■ ■■ ■ '410-13.066Ö,

ν Dipl.-lng.ν Dipl.-Ing.

München 22, Sielrisctoirfsfr, ¹SSMunich 22, Sielrisctoirfsfr, ¹ SS

Commissariat a l^lEnergie Atomique., Paris (Frankreich)Commissariat al ^l Energie Atomique., Paris (France)

Strömungsführung für Wärme- oder MassetransportFlow guidance for heat or mass transport

Die Heuerung bezieht sieh auf eine Strömungsführung für ein -Strömungsmedium für den transport von Wärme bzw. Kälte oder Masse durch eine Wand in der allgemeinen Form eines Ro= tationskörpers«The hiring refers to a flow management for a flow medium for the transport of heat or cold or mass through a wall in the general form of a Ro = tation body "

Das Strömungsmedium kann flüssig oder gasförmig sein ₉ und die neue Vorrichtung ist zahlreich und in verschiedener Weise anwendbar, insbesondere für die KÜüalung der Zylinderoberfläche einer Maschine, wie eines Eolbenkompressors für die Einführung eines Strömungsmediums mit hoher Geschwindigkeit in ein außerhalb befindliches Milieu oder für die homogene Mischung des Strömungsmediums mit einem anderen,,The flow medium can be liquid or gaseous ₉ and the new device is numerous and can be used in various ways, in particular for cooling the cylinder surface of a machine, such as a piston compressor, for introducing a flow medium at high speed into an outside environment, or for homogeneous mixing of the flow medium with another ,,

Ziel der Heuerung ist insbesondere die Intensivierung der Wärme- bzw. ESälteabführung von einer solchen Fand oder auch lisch= oder Verteilungsvorgängen bei möglichst einfacher Bauart.The aim of the hiring is in particular to intensify the heat or cold removal from such a find or also lisch = or distribution processes with the simplest possible design.

4lO-(B.2152.3)-HöE (7)4lO- (B.2152.3) -HEIGHT (7)

-■2- ■ 2

Die St röiiungs führung gemäß der Heuerung Ist gekennzeich=· net durch zumindest einen geschlossenen ringförmigen Botationshohlraum, durch dessen zumindest eine, vorzugsweise inneres, fend der Wärme- oder Massetransport stattfindet_s mit einer öffnung an einem seiner Inden für den Einlaß des Strömungsmediums, vorzugsweise tangential zu einer der Wände des Hohlraumes in einer Ebene senkrecht zur Hohlraumaeb.se § und zumindest eine Öffnung für den Auslaß des Strömungsmediums aus dem Hohlraum.The St röiiungs guide according to the Heuerung Is gekennzeich = · net by at least one closed annular Botationshohlraum, by which at least one, preferably inner, fend of the heat or mass transport _s takes place with an opening at one of its indene for the inlet of the flow medium, preferably tangentially to one of the walls of the cavity in a plane perpendicular to the Hohlraumaeb.se § and at least one opening for the outlet of the flow medium from the cavity.

Die vorzugsweise tangential zu den Wänden des ringförmigen Hohlraums stattfindende Zufuhr des Strömungsmediums führt zu einem schraubenförmigen Verlauf der Strömungsbahnen um die Achse bei einer -Strömungsgeschwindigkeit, die konstant oder linear über, die Länge der Bahnen veränderlich sein kann®The supply of the flow medium, which preferably takes place tangentially to the walls of the annular cavity, leads to a helical course of the flow paths around the axis at a flow velocity that is constant or linear over, the length of the tracks can be variable®

Vorzugsweise wird der Hohlraum durch zwei'koaxiale' zylindrische Wände begrenzt und die Auslaßöffnung bzw· -öffnungen Ist bzw. sind an dem Bn.de- des Hohlraumes angeordnet-,- welches zur Einlaßöffnung entgegengesetzt ist oder längs einer Mantel-■ linie der einen oder anderen der Wände verteilt«,The cavity is preferably made cylindrical by two 'coaxial' Walls and the outlet opening or openings Is or are arranged on the Bn.de- of the cavity -, - which is opposite to the inlet opening or along a jacket ■ line of one or the other of the walls ",

Bei einer Anordnung, dieser Art ist die Geschwindigkeit In den einzelnen Strömungsbahnen Innerhalb des Hohlraumes im wesentlichen konstant» Wenn man dagegen gemäß einer anderen Variante einen Hohlraum wählt., der durch zwei konische Wände mit-parallel■verlaufender Neigung mit gemeinsamer Achse 'be-With one arrangement, this type is the speed In the individual flow paths within the cavity in the essentially constant »if one contrasts according to another Variant selects a cavity, which is created by two conical walls with-parallel ■ inclination with common axis' loading

grenzt wirdj kann die Geschwindigkeit innerhalb) der StrÖmungsbahnen zwischen der Einlaßöffnung und der oder den Auslaßöffnungen zunehmen oder abnehmen,, Je nach Neigungssinn der Wände·The speed within) the flow paths can be limited between the inlet opening and the outlet opening (s) increase or decrease, depending on the inclination of the walls ·

3s folgt eine erläuternde Beschreibung von verschiedenen 4usfu.hru.ngs- und jäjawendungs&rten, die sich auf die angefügten Zeichnungen bezieht § es zeigen«3s there follows an explanatory description of various 4usfu.hru.ngs- and jäjawendungs & rten that relate to the appended Drawings refer to § show it «

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Strömungsführung gemäß der Neuerung! die für die Kühlung eines Kompressorzylinders verwendet wird% Fig. 1 is a vertical section through a flow guide according to the innovation! which is used for cooling a compressor cylinder %

Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1% Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Äusführungsform§Pig. 2 a section along the line H-II of Fig. 1% Fig. 3 a section through a further embodiment §

Fig. k einen Schnitt in Richtung der Linie IV-IV der Fig. 31FIG. K shows a section in the direction of line IV-IV in FIG. 31

Fig. 5 einen Schnitt durch noch eine weitere Anwendtmgsvariante. 5 shows a section through yet another application variant.

Fig. 1 zeigt eine Einzylindermaschine vom Typ eines Kolbenkompressors an sich bekannter Art. Dieser Kompressor umfaßt im wesentlichen einen Zylinder 1 und einen Kolben Z₉ der im Innern des Zylinders mit Hilfe der Pleuelstange 2©, in translatorische Hechseibewegungen versetzt wird. Der obere Teil des Zylinders 1 wird durch ein Kopfstück 3 abgeschlossen in dem zwei Rohrstutzen 4 und 5 münden für den Ein=- und Auslaß des zu komprimierenden Strömungsmediums. Diese Stutzen k und 5 sindFig. 1 shows a single-cylinder machine of the type of a piston compressor of a known type. This compressor essentially comprises a cylinder 1 and a piston Z ₉ which is set in translatory movements inside the cylinder with the aid of the connecting rod 2 ©. The upper part of the cylinder 1 is closed by a head piece 3 in which two pipe sockets 4 and 5 open for the inlet and outlet of the flow medium to be compressed. These nozzle k and 5 are

achsparallel zum Zylinder 1 angeordnet, d»h. parallel zur Bewegungsrichtung &©s Kolbens 2«. In den beiden Bohrstutzen "sind der Funktionsweise des Kompressors entsprechende Ventile 6 und 7 vorgesehen.arranged axially parallel to the cylinder 1, ie. parallel to the direction of movement & © s piston 2 «. Valves 6 and 7 corresponding to the functioning of the compressor are provided in the two drill nozzles ″.

Die Kühlung eines solchen Kompressors 'kann mit Hilfe der neuerungsgemäßen Strömungsführung sichergestellt werden« Diese Strömungsführung, zu der auch ein Teil der Zylinderwand hinzuzurechnen ist, umfaßt zu diesem Zweck einen koaxial zum Zylinder 1 angeordneten zylindrischen Hantel 8, der in irgendeiner geeigneten Meise mit diesem Zylinder fest verbunden ist und zwischen seiner inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche des Zylinders einen ringförmigen Hohlraum 9 begrenzt, der.mit: Hilfe der Dichtungsringe iO und 11 abgedichtet ist.The cooling of such a compressor can be ensured with the aid of the flow guide according to the invention. This flow guide, to which a part of the cylinder wall is also to be added , comprises for this purpose a cylindrical dumbbell 8 which is arranged coaxially with the cylinder 1 and which is in some suitable manner with this cylinder is firmly connected and between its inner surface and the outer surface of the cylinder defines an annular cavity 9, the. with the help of the sealing rings OK and 11 is sealed.

In diesen Hohlraum 9.stündet- bei 12 eine Leitung 13 (Fig. 2) ein, für die Zufuhr eines-Kühlmittels,.das flüssig oder gasförmig sein kann« Die Einmündung 12 ist im unteren feil des Hohlraumes 9 vorgesehen, und die Achse der Leitung 13 verläuft in einer zur Achse der gesamten Anordnung (die derjenigen des Zylinders 1 entspricht) senkrechten Ebene empfindlich tangential zur Wand des Mantels 8. An seinem oberen Inde und entgegengesetzt zur Einmündung 12 hat der Hohlraum 9 eine Äuslaßöffnung 14, die mit einer zur Leitung 13 parallelen Leitung 15 in Verbindung steht»In this cavity a conduit 12 9.stündet- at 13 (Fig. 2), may be .the liquid or gas for supplying a coolant "The junction 12 is in the lower filing of the cavity 9 is provided, and the axis of Line 13 runs in a plane perpendicular to the axis of the entire arrangement (which corresponds to that of the cylinder 1), sensitively tangential to the wall of the jacket 8. At its upper inde and opposite to the confluence 12, the cavity 9 has an outlet opening 14 which is connected to a line 13 parallel line 15 is connected »

•m. K -m,• m. K -m,

Dank dieser Anordnung des Mantels 8 um den Zylinder 1 und der Öffnungen 12 und Ik und der zugeordneten Leitungen 13 und 15 folgt das in den Hohlraum tangential zur Kantelwand ein» geführte Strömungsmedium innerhalb des Hohlraums einer Schraubenbahn um die Wand des Zylinders 1« Das Strömungsmedium durchquert mithin den Hohlraum 9 vom Eintritt bis zum Austritt längs schraubenförmiger Bahnen mit hoher Geschwindigkeit_s wodurch eine starke bzw. erzwungene Konvektion erzielt werden kann, die den 'Wärmeübergang bzw«, Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen dem Kühlmittel und der Zylinderwand merklich erhöht«,Thanks to this arrangement of the jacket 8 around the cylinder 1 and the openings 12 and Ik and the associated lines 13 and 15, the flow medium guided into the cavity tangential to the wall of the wall follows a "guided flow medium within the cavity of a helical path around the wall of the cylinder 1" consequently the cavity 9 from the inlet to the outlet along helical paths with high speed _s whereby a strong or forced convection can be achieved, which increases the 'heat transfer or' heat exchange coefficient between the coolant and the cylinder wall noticeably «,

Die neuerungsgemäße Vorrichtung bzw. Strömungsführung führt mithin zu besonders wirksamen Ergebnisse^ insbesondere bei dem speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel_f wo die Hohrstutzen k und 5 für den Bin- und Ausl©,ß des zu komprimierenden Mediums in den Kompressor parallel zur Zylinderachse verlaufen. Die Vereinfachung des Kühlsystems ist beträchtlich und die Gestaltung des Hohlraums ermöglicht die Aufrechterhält tung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit selbst bei Strömungsbahnen oder -wegen großer länge. Außerdem ist die Gefahr einer Verstopfung des Kühlkreises in Anbetracht der einfachen Form des Durchtrittsquerschnitts für dieses Strömungsmedium vermindert. Für ein und denselben Durchsatz und denselben Querschnitt des ringförmigen Baums ist die Konvektionszahl (coefficient de convexion) bei der neuerungsgemäß gestalteten Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Kühlsystemenj, bei denen die The device according to the innovation or flow guidance therefore leads to particularly effective results, especially in the specially described embodiment _{example f} where the pipe sockets k and 5 for the bin and outlet of the medium to be compressed in the compressor run parallel to the cylinder axis. The simplification of the cooling system is considerable and the design of the cavity enables a high flow rate to be maintained even with long flow paths or paths. In addition, the risk of the cooling circuit clogging is reduced in view of the simple shape of the passage cross section for this flow medium. For one and the same throughput and the same cross-section of the ring-shaped tree, the convection coefficient (coefficient de convexion) in the device designed according to the invention compared to conventional cooling systems, in which the

Strömungsbahnen bzw«, -linien des (bzw« im) Kühlmittels) im wesentlichen gradlinig und parallel zur Achse der Apparatur verlaufen, um einen Fairtor von zumindest 5 erhöht»Flow paths or lines of the coolant in the essentially straight and parallel to the axis of the apparatus, increased by a fair goal of at least 5 »

Die in den Pig. 3 und k gezeigte Ausführungsvariante umfaßt eine zylindrische Rohrleitung X6 für die Strömung eines ersten flüssigen oder gasförmigen Strömungsmediums in Richtung des Pfeiles 17· um die Leitung 16 herum ist ein Mantel 18 -. koaxial-angebracht,■■ der mit der Leitung 16 zusammen einen ring= förmigen Zwischenraum 19 begrenzt. Dieser ringförmige Zwischenraum 19 ist mit einem Einlaßstutzen 20 für ein zweites Strömungsmedium versehen, das tangential- zur Wand der Leitung 16 in den Zwischenraum 19 eingeführt wird.The one in the Pig. The embodiment variant shown in FIGS. 3 and k comprises a cylindrical pipe X6 for the flow of a first liquid or gaseous flow medium in the direction of the arrow 17. A jacket 18 is around the pipe 16. coaxially attached, which, together with the line 16, delimits an annular space 19. This annular intermediate space 19 is provided with an inlet connection 20 for a second flow medium which is introduced into the intermediate space 19 tangentially to the wall of the line 16.

Dieses zweite Strömungsmedium unterliegt mithin im Zwischen·= raum 19 einer Schraubenbewegung und..-wird dazu gebracht, sich mit' dem ersten Strömungsmedium zu mischen^ wofür eine Reihe von Öffnungen wie 21 mit ebenfalls im.wesentlichen'.tangenti---' alem Verlauf in der Fand der Leitung 16 längs von Mantellinien derselben vorgesehen sind. Bine solche Vorrichtung ist besonders nützlich für die Erzeugung einer homogenen lischung zwischen einem Lösungsmittel und einem zu lösenden Produkt oder einer Lösung (solute) oder für die Erzielung einer wässrigen Dispersion, insbesondere mit kolloidaler Lösung» Is ist zu bemerkens daß der Einlaßstutzen 20 bei dieser Ausführungsvariante nicht tangential zum Mantel 18 gerichtet zu sein braucht, obgleich eine solche Anordnung vorzuziehenThis second flow medium is therefore subject to in the intermediate · = space 19 a screw movement and ..- is made to move to mix with the first flow medium, for which a series of openings like 21 with also essentially 'tangenti ---' alem course in the found of the line 16 along surface lines the same are provided. Such a device is particularly useful for creating a homogeneous mixture between a solvent and a product to be dissolved or a solution (solute) or for achieving a aqueous dispersion, in particular with colloidal solution. It should be noted that the inlet connection 20 in this embodiment variant is not directed tangentially to the jacket 18 needs to be, although such an arrangement is preferable

ist. Die Erfahrung lehrt nämlich₉ daß die Verteilung und geeignete Orientierung der Öffnungen 21 a,usreicht₉ um die gewünschte schraubenförmige Zirkulation zu erzeugen₉ wobei dann die unterschiedliche linlaiSrichtung lediglich einen zusätzlichen Druck^erlust bedingteis. Experience teaches ₉ that the distribution and suitable orientation of the openings 21 a is sufficient ₉ to generate the desired helical circulation _{9 in} which case the different line direction only caused an additional loss of pressure

Bei einer weiteren Variante, die in Fig„ 5 gezeigt- wird und die im wesentlichen einen der vorstehenden Beschreibung ähnlichen Aufbau hat«, wird schließlich die neuerungsgemäße Strömungsführung für die Herstellung eines Brenners für einen Ofen oder Dampfkessel ausgenutzt.' Dieser Brenner hat einen zylindrischen Teil 22» der von einem Mantel 23 umgeben wird,-welcher einen ringförmigen Zwischenraum Zk begrenzt_s in den durch eine Leitung 25 ein erstes Strömungsmedium geschickt wird, -'das- insbesondere ein Sauerstoff lief erant sein kann» Dieses Strömungsmedium iffird im Zwischenraum Zk zu einer schraubenförmigen Bewegung angeregt bzw. gezwungen und in das Innere des Zylinders 22 durch Öffnungen 26 eingeführt,' die in diesem Zylinder im wesentlichen, tangential .zur.Wand verlaufend vorgesehen sind. Der Zylinder 22 wird durch ein Teil 2? mit einem Dusenhals 28 verlängert. An. diesem Düsenhals mündet das Etide-einer zweiten Leitung 29 für die Zufuhr von Brennstoff,, dessen Durchsatz mit einem -Ventil-'3P geregelt wird. Die dem Sauerstofflieferanten durch die Strömungsführung "aufgeprägte'-^slZentrifugalwirkung^si (bzw. Eotationsbewegung) ge-In a further variant, which is shown in FIG. 5 and which essentially has a structure similar to the description above, the flow guide according to the innovation is finally used for the production of a burner for a furnace or steam boiler. May This burner has a cylindrical portion 22 'which is surrounded by a jacket 23, an annular space -welcher Zk _s limited in is sent through a line 25, a first flow medium, in particular an oxygen -'das- ran erant be "This flow medium Iff is excited or forced to a helical movement in the intermediate space Zk and introduced into the interior of the cylinder 22 through openings 26, which are provided in this cylinder to run essentially tangentially to the wall. The cylinder 22 is through a part 2? extended with a nozzle neck 28. At. This nozzle neck opens the Etide - a second line 29 for the supply of fuel, the throughput of which is regulated by a valve - 3P. The oxygen suppliers through the flow guide "aufgeprägte'- ^sl centrifugal ^si (or Eotationsbewegung) Sex

währleistet eine homogene Mischung desselben mit dem Brennstoff und ermöglicht die Erzielung einer wärmeabstrahlenden Flamme mit großer Oberfläche jenseits der Düse 28„ Das ist insbesondere der Ball, werni der Sauerstofflieferant Luft und der Brennstoff ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist.ensures a homogeneous mixture of the same with the fuel and enables a heat-radiating flame with a large surface area to be achieved beyond the nozzle 28. “This is especially the ball, when the oxygen supplier is air and the fuel is a liquid hydrocarbon.

Claims

RA. 711146 * 1 ^ .12.67 Protection claims

1. flow guide for a flow medium for the transport of heat or kite or mass through a wall of generally rotationsspametrischer form gekennzei chnet by at least one garter-rotation cavity (9 K by the at least one _s is preferably internal, Sauptbegrenzungswand (1 or gfs 8) the heat or mass transport takes place ₉ with an opening (12) at one of its indene for the inlet of the flow medium, preferably x-travel in the direction of a tangent perpendicular to the cavity axis to one of the main walls (1 | 8) of the cavity and with at least one opening (1A) for the discharge of the flow medium from the cavity.

2. Flow guide according to claim 1 $ characterized in that the cavity (9) is bounded by two coaxial cylindrical walls (1 | 8) and the outlet opening or openings (HA or 21/26) on the one to the inlet opening (12 or . 20/25) opposite end of the cavity or are distributed along a surface line of one or the other of the walls (1 | 8).

3. Flow guide according to claim I _9, characterized in that the cavity (9) is delimited by two conical land inclined parallel to the axis.

k, flow guide according to one of claims 1 to 3 »characterized in that the outlet opening (s) (Ik or» 21/26) is or are directed tangentially to one of the walls of the cavity.

5. Mixing nozzle, in particular a burner mixing nozzle with a flow guide according to one of the preceding claims, characterized in that the actual nozzle (2?) For the access of a first flow medium and in particular the oxygen supplier by a preferably cylindrical pot (22) is extended along with lantell lines distributed, tangentially incoming openings (26) and with a coaxial Efantel (23) _? which with the pot-like extension (22) delimits an annular gap (2 ^) with supply line (25) § while a line (29) with valve (30) opening into the nozzle neck (28) is provided for the supply of a second flow medium and in particular the fuel is.