Einrichtung zum Wärmeaustausch zwischen zwei Gasen Der Wärmeaustausch
zwischen zwei Gasen leidet unter dem schlechten Wärmeübergang. Wenn man z. B. in
einer Gasturbinenanlage die Abwärme der Turbinenabgase an die Verbrennungsluft übertragen
will, so ist eben wegen dieser schlechten Wärmeübergangsverhältnisse eine sehr große
W ärmeaustauschfläche erforderlich, wenn auf hohen Wärmerückgewinn gesehen wird.
Dies ist aber in fast allen Fällen anzustreben, da sonst der thermische Wirkungsgrad
des Prozesses zu niedrig wird. Man hat zur Verbesserung der Verhältnisse vorgeschlagen,
den Wärmeübergang von Gas an Gas durch die Einschaltung eines flüssligen Hilf'-wärmeträgers
zu verbessern, der die Wärme des einenGasstromes aufnimmt und sie auf,denanderen
Gasstrom überträgt. Dann kann man leide Gasseiten der Heizflächen mit Rippen versehen.
Da der Wärmeübergang zu und von einer Flüssigkeit bei erheblich giinstigeren Beiwerten
vor sich geht, gelingt auf fliese Weise auch ein Transport großer Wärmemengen bei
kleinem Tertnperaturunterschied mit verhältnismäßig kleinem Raumbedarf. In niedrigen
Temperaturgebieten genügt Wasser als Hilfswärmeträger, das durch eine Pumpe im Kreislauf
gefördert wird. Bei höheren Temperaturen ist Wasser. insbesondere wegen der hohen
dabei entstehenden Drücke, nicht mehr anwendbar. Es müssen in solchen Fällen Niedrig@sieder,
z. B. Toluol oder andere Homolhge des Benzols, Natrium oder Kalium, angewendet werden.
Die
in Frage kommenden Stoffe bringen jedoch insofern eine Schwierigkeit mit sich, als
sie im allgemeinen sehr empfindlich gegen Sauerstoff sind. Dieses Verhalten setzt
einen absolut dichten Kreislauf voraus, der nicht sichergestellt werden kann, wenn
als Fördermittel für den Hilfskreislauf eine Pumpe dient. 'Ulan wählt in solchen
Fällen eine Umwälzung durahThermosyphonwirkung, also eine Anordnung, in der dieUntersohiede
der spezifischen Gewichte von :kalter und .heißer Flüssigkeit zur Erzielung einer
Umlaufströmung ausgenutzt werden. Der heiße Teil des Wärmeaustauschsystems wird
tiefer als der ,kältere angeordnet, damit sich auf der heißen Seite eine aufwärts
gerichtete und auf der kalten Seite eine abwärts .gerichtete Strömung ergibt.Device for heat exchange between two gases The heat exchange
between two gases suffers from poor heat transfer. If you z. Am
a gas turbine system, the waste heat from the turbine exhaust gases is transferred to the combustion air
is a very large one precisely because of these poor heat transfer conditions
Heat exchange area required if high heat recovery is required.
However, this is to be aimed for in almost all cases, otherwise the thermal efficiency
the process becomes too low. In order to improve the situation, it has been suggested that
the heat transfer from gas to gas by switching on a liquid auxiliary heat transfer medium
to improve, which absorbs the heat of the one gas flow and absorbs it, the other
Gas stream transfers. Then you can provide the gas sides of the heating surfaces with ribs.
Since the heat transfer to and from a liquid has considerably more favorable coefficients
is going on, a transport of large amounts of heat is also possible in a tile manner
small temperature difference with relatively small space requirements. In low
Temperature ranges, water is sufficient as an auxiliary heat transfer medium, which is circulated by a pump
is promoted. At higher temperatures there is water. especially because of the high
resulting pressures, no longer applicable. In such cases, low boilers
z. B. toluene or other Homolhge of benzene, sodium or potassium, can be used.
the
Substances in question, however, have a difficulty in that
they are generally very sensitive to oxygen. This behavior continues
an absolutely tight cycle that cannot be guaranteed if
A pump serves as a means of conveyance for the auxiliary circuit. 'Ulan chooses in such
If there is an upheaval due to the thermosiphon effect, that is, an arrangement in which the bottom boils
the specific gravity of: cold and hot liquid to achieve a
Circulating flow can be used. The hot part of the heat exchange system becomes
lower than the colder one, so that on the hot side there is one upwards
directed and on the cold side a downward flow.
Hierbei können sich jedoch nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten
einstellen, die nicht über das Gebiet der lamninaren Strömung hinausreichen. Es
läßt sich demnach der gute Wärmeübergang der turbulanten Strömung nicht erzielen.
Die Folge davon ist, daß man immer nochverhältnüsmäßig große Wärmeaustauschflächen
vorsehen rnuß.However, only low flow velocities can result here
set that do not extend beyond the area of the lamninary flow. It
therefore, the good heat transfer of the turbulent flow cannot be achieved.
The consequence of this is that there are still relatively large heat exchange surfaces
provide nut.
Die Erfindung bringt die Lösung des Problems, auch in völlig geschlossenem,
pumpenlosem Kreislauf auf. hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu kommen, und zwar dadurch,
daß zusätzlich zu dem Kreislauf des Hilfswärmeträgers ein Förderkreislauf eingeschaltet
wird, der durch eine Ga@sblasenför@derung die Strömung des Hil.fswärmeträgers verstärkt.
Dieser Hilfskreislauf kann mit einem bei allen Betriebszuständen gasförmigen Mittel
arbeiten, das gegenüber dem Hilfswärmeträger neutral ist: es kann jedoch auch eine
verdampfende Flüssigkeit angewendet werden, sofern diese nicht auf den Hilfswärmeträger
einwirkt. Man kann auch auf die Thermosyphonwirkung ,ganz verzichten und dann beide
Teile des Wärmeaustauschsystems in gleicher Höhe anordnen.The invention brings the solution to the problem, even in a completely closed,
pumpless circuit. to come up with high flow velocities, namely by
that in addition to the circuit of the auxiliary heat transfer medium, a conveyor circuit is switched on
which increases the flow of the auxiliary heat transfer medium through gas bubble conveyance.
This auxiliary circuit can be used with a gaseous agent in all operating states
work that is neutral towards the auxiliary heat transfer medium: however, it can also be a
Vaporizing liquid can be used, provided this is not on the auxiliary heat transfer medium
acts. You can also do without the thermosiphon effect entirely and then both
Arrange parts of the heat exchange system at the same height.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur schaubildlich
dargestellt. Es soll ein Gasstrom I i.nWärTneaustau:sch mit einem Luftstrom II treten.
Das Wärmeaustauschsystem umfaßt einen Rohrteil Ri im heißen Gebiet und einen Rohrteil
R2 im kalten Gebiet. R1 ist tiefer als R2 angeordnet, um für die Thermosyphonwirkung
einen Auftrieb der heißen Flüssigkeit zu erreichen. In dem aus den beiden Rohrteilen
R, und R2 gebildeten Rohrsystemkreisen befindet sieh ein Fl'üssigkeitshilfswärmeträger,
der im Rohirteil R, Wärme von Gas aufnimmt und sie im Rohrteil R2 an die Luft abgibt.
Um die Umlaufgeschwindigkeit des Hilfswärmeträgers zu vergrößern, ist gemäß der
Erfindung zusätzlich eine Gasblasenförderung vorgesehen. Durch eine Pumpe P wird
über eine Leitung L ein gasförmiges Fördermittel im Punkt A
in den
aufsteigenden heißen Strom des Wärmeträgers hineingedrückt. Es ergibt sich dabei
ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch vongeringem spezifischem Gewicht im aufsteigenden Strom,
während der absteigende Strom nur Flüssigkeit von großem spezifischem Gewicht enthält.
Die Differenz der spezifischen Gewichte -bewirkt die Förderung. In einem Abscheider
B trennen sich Fördergas und Hilfswärmeträger. Dieser fließt über die Leitung C
nach ,dem Rohrteil R1, während das abgeschiedene Gas über den Leitungsteil L, wieder
zur Pumpe gelangt und damit seinen Kreislauf beendet.An embodiment of the invention is shown diagrammatically in the figure. A gas flow I is supposed to enter heat exchange with an air flow II. The heat exchange system comprises a pipe part Ri in the hot region and a pipe part R2 in the cold region. R1 is arranged lower than R2 in order to achieve a buoyancy of the hot liquid for the thermosyphon effect. In the pipe system circuit formed from the two pipe parts R 1 and R2 there is an auxiliary liquid heat transfer medium which absorbs heat from gas in pipe part R 1 and releases it to the air in pipe part R2. In order to increase the speed of circulation of the auxiliary heat transfer medium, a gas bubble conveyor is additionally provided according to the invention. By means of a pump P, a gaseous conveying medium is pressed into the rising hot stream of the heat carrier at point A via a line L. This results in a gas-liquid mixture of low specific gravity in the ascending stream, while the descending stream only contains liquid of high specific gravity. The difference in the specific weights causes the promotion. In a separator B, the conveying gas and the auxiliary heat transfer medium separate. This flows via line C to the pipe part R1, while the separated gas reaches the pump again via line part L and thus ends its cycle.
Zum Schutz der Pumpe. die das Hilfsfördergas in Umlauf hält, ist unter
Umständen eine Kühlung des Gases vor .seinem Eintritt in die Pumpe vorgesehen. Die
geringen Wärmeverluste, die @hierbei eintreten, können unbedenklich in Kauf genommen
werden gegenüber den schwierigen Betriebsbed@ingungen einer Pumlre für 'hoch erhitztes
Fördermittel. Die Kühlung ist in der Figur schaubildlich durch die Kühlspirale K
angedeutet. Der Kreislauf des gasförmigen Hilfsfördermittels wird zweckmäßig stets
unter einem gewissen Überdruck gehalten, um auch während der Betriebspausen das
Eindringen von Luftsauerstoff zu verhindern.To protect the pump. which keeps the auxiliary conveying gas in circulation is below
Under certain circumstances, cooling of the gas is provided before its entry into the pump. the
low heat losses that occur here can safely be accepted
are compared to the difficult operating conditions of a pump for 'highly heated
Funding. The cooling is shown diagrammatically in the figure by the cooling spiral K
indicated. The circuit of the gaseous auxiliary conveying means is always expedient
kept under a certain overpressure to ensure that the
Prevent ingress of atmospheric oxygen.
Wenn der Wärmeaustausch bei .allen Belastungen in gleichem Grad vor
sich gehen soll, muß der Hilfswärmeträger die ;gleichen Temperaturschwankungendurchmachen.
Die Umlaufmenge des Hilfswärmeträgers muß also der Menge der im Wärmeaustausch stehenden
Stoffe verhältnisgleich sein. Es ist hierbei eine Regelung der Umlaufmenge des Hiffswärmeträgers
nötig, die zweckmäßig auf dem Temperaturunterschied der im Wärmeaustausch stehenden
Stoffe oder auf den Temperaturunterschied zwischen einem der Gase und dem Hilfswärmeträger
aufgebaut ist. Eine solche Regelung ist ir. derFigur durch dieImpulslinie h angedeutet.If the heat exchange occurs to the same degree for all loads
is to go, the auxiliary heat transfer medium must go through the same temperature fluctuations.
The circulating amount of the auxiliary heat transfer medium must therefore correspond to the amount of heat exchanging
Substances be proportionate. It is a regulation of the amount of heat in circulation
necessary, which are expediently based on the temperature difference between those in heat exchange
Substances or the temperature difference between one of the gases and the auxiliary heat transfer medium
is constructed. Such a regulation is indicated in the figure by the pulse line h.