DE19844490A1

DE19844490A1 - Laminar boundary flow control device for turbulent gas flow e.g. for heat exchanger or electrofilter, uses adjustable piston for providing shock variation in flow velocity in laminar boundary layer

Info

Publication number: DE19844490A1
Application number: DE1998144490
Authority: DE
Original assignee: KOS HANS JUERGEN
Current assignee: KOS HANS JUERGEN
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-27

Abstract

The laminar boundary flow control device provides a shock alteration in the flow velocity within the laminar boundary layer, using a piston (3) displaced within a cylinder (4) via drive magnets (2), to provide alternating pressure variations, or oscillating movement of a gas quantity regulation flap.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of Claim 1.

Es ist bekannt, daß in turbulent strömenden Gasen unmittelbar an angrenzenden Wandungen sich eine laminar strömende Unter-/Grenzschicht bildet, innerhalb der die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Schubspannung linear ansteigt und in Richtung Wand gegen 0 strebt. Es ist ferner bekannt, daß ein Energie- und Teilchenaustausch mit den über der Grenzschicht turbulent strömenden Schichten nicht erfolgt. It is known that in turbulent gases directly adjoining A laminar flowing under / boundary layer forms within that the speed increases linearly depending on the shear stress and striving towards the wall towards 0. It is also known that an energy and Exchange of particles with turbulent ones flowing over the boundary layer Strata did not occur.

In Wärmetauschern findet daher innerhalb der laminaren Grenzschicht eine Wärmeübertragung nur durch Wärmeleitung statt. Da Gase, wie bekannt, schlechte Wärmeleiter sind, wirkt die Grenzschicht wie eine Isolierschicht. In Elektrofiltern behindert die Grenzschicht die Abscheidung von Schmutzpartikeln.In heat exchangers there is therefore one within the laminar boundary layer Heat transfer takes place only by conduction. Since gases, as is known, are bad heat conductors, the boundary layer acts like an insulating layer. In electrostatic filters, the boundary layer prevents the separation of Dirt particles.

Desgleichen ist bekannt, daß die Grenzschichtdicke unter anderem von der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt wird.Likewise, it is known that the boundary layer thickness inter alia from the Flow rate is affected.

Diese physikalischen Eigenschaften der strömenden Gase erfordern entsprechend große Wärmeübertragungsflächen bzw. große Filterflächen.These physical properties require the flowing gases correspondingly large heat transfer areas or large filter areas.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Oberflächen von Wärmetauschern und Elektrofiltern zu verkleinern und deren Herstellung zu vereinfachen oder aber deren Wirkungsgrade zu verbessern.The invention specified in claim 1 is based on the problem to reduce the surfaces of heat exchangers and electrostatic filters and their Simplify production or improve their efficiency.

Dieses Problem wird durch Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved by devices having the features of claim 1 solved.

Durch eine stoßweise Erhöhung und anschließenden Absenkung des Vordruckes vor dem Gaswärmetauscher ändert sich die Grenzschichtdicke sowohl als auch die Strömungsgeschwindigkeit. Die Änderungen der Grenzschichtdicke und der Strömungsgeschwindigkeiten im Grenzschichtbereich sind in Diagramm 1 dargestellt. Bei der Erstellung des Diagrammes wurde als Gas Luft mit einer mittleren Anströmgeschwindigkeit von 5 m/s und einem Wechsel des Vordruckes von 40 N/m² zugrundegelegt.A sudden increase and subsequent lowering of the admission pressure in front of the gas heat exchanger changes the boundary layer thickness as well as the flow rate. The changes in the boundary layer thickness and the flow velocities in the boundary layer region are shown in diagram 1. When drawing up the diagram, air was used as the gas with an average inflow velocity of 5 m / s and a change of the admission pressure of 40 N / m ² .

Bedingt durch den linearen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der laminaren Grenzschicht wird die Verzögerungswelle im Grenzschichtbereich vor den darüber liegenden turbulenten Schichten von der Beschleunigungswelle eingeholt, wie in Diagramm 2 dargestellt. Hierdurch kommt es zunächst innerhalb der laminaren Grenzschicht zu einem intensiven Energieaustausch der Beschleunigungswelle mit der Verzögerungswelle und damit zu einem Austausch der Gasteilchen in Wandnähe und anschließend in bzw. mit den darüber liegenden Schichten.Due to the linear increase in flow velocity within the laminar boundary layer, the delay wave is in the boundary layer area the turbulent layers above it from the acceleration wave as shown in diagram 2. This initially comes within the laminar boundary layer for an intensive exchange of energy Acceleration wave with the deceleration wave and thus for an exchange the gas particles near the wall and then in or with the above lying layers.

Dies führt bei Wärmetauschern dazu, daß bei Kühlung der Gase wärmere Teilchen mit den Wandungen in Kontakt kommen und bei Erhitzung der Gase kältere Teilchen, wodurch der Wärmeübergang vom Gas auf die Wandungen des Wärmetauschers erheblich gesteigert und damit die Wärmeübertragungsleistung verbessert werden.With heat exchangers, this means that when the gases are cooled, they are warmer Particles come into contact with the walls and when the gases are heated colder particles, which causes the heat transfer from the gas to the walls of the Heat exchanger significantly increased and thus the heat transfer performance be improved.

In Elektrofiltern wird die Überwindung der laminaren Grenzschicht, die wie eine Sperrschicht wirkt, für die Schmutzpartikel zur Ablagerung an den Abscheideblechen erleichtert. In electrostatic filters, the overcoming of the laminar boundary layer, which is like a Barrier acts, for the dirt particles to deposit on the Separation plates made easier.

Beim Einsatz der in Patentanspruch 1 angebenen Erfindung in Wärmetauschern bestehen die erreichten Vorteile im wesentlichen in der Einsparung an Energie und damit Reduzierung an Schadstoffemissionen in die Atmosphäre durch eine bessere Ausnutzung der Abwärme in der Klima-, Lüftungs- und Kältetechnik beim Einbau in Wärmerückgewinnungsanlagen und in der Kraftwerkstechnik beim Einbau in Wärmewechslern, wie in Fig. 2 dargestellt.When using the invention specified in claim 1 in heat exchangers, the advantages achieved essentially consist in saving energy and thus reducing pollutant emissions into the atmosphere through better utilization of the waste heat in the air conditioning, ventilation and refrigeration technology when installed in heat recovery systems and in the power plant technology when installed in heat exchangers, as shown in Fig. 2.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in den vorgenannten Wärmerückgewinnungsanlagen und Wärmewechslern ein nachträglicher Einbau in bereits vorhandenen Anlagen möglich ist.Another advantage is that in the aforementioned Heat recovery systems and heat exchangers can be retrofitted is possible in existing systems.

Durch Wirkungsgradverbesserung bei der Wärmeübertragung in Wärmetauschern von Wärmepumpenanlagen, die ihre Heizenergie aus der Abwärme anderer Anlagen oder atmosphärischen Luft beziehen, wird der Einsatzbereich von Wärmepumpen erweitert bzw. ggf. erst ermöglicht.By improving the efficiency of heat transfer in Heat exchangers of heat pump systems that extract their heating energy from the Sourcing waste heat from other systems or atmospheric air Area of application of heat pumps expanded or possibly made possible.

Beim gasseitigen Einbau in Kühlern oder Erhitzern kann zwischen einer höheren Übertragungsleistung oder einer vereinfachteren und kleineren Bauart gewählt werden.When installing on the gas side in coolers or heaters, you can choose between one higher transmission power or a simpler and smaller design to get voted.

Beim Einbau in Elektrofiltern wird eine größere Abscheideleistung erreicht.When installed in electrostatic filters, a higher separation performance is achieved.

Die Vorrichtung nach Patentanspruch 1.1 ist in Fig. 1, 2 und 3 in unterschiedlichen Anwendungsbereichen dargestellt.The device according to claim 1.1 is shown in FIGS. 1, 2 and 3 in different areas of application.

Über ein Relay 1 werden 2 Stück Magnete 2, die als Antrieb für einen Kolben 3 dienen, wechselweise mit Strom versorgt. Der Kolben bewegt sich in einem Zylinder 4, der hinter dem Kolben über einen Bypass 5 mit der Gasleitung hinter dem Wärmetauscher verbunden ist. Der Bypass dient als Druckausgleichsleitung und fördert insbesondere bei längeren Wärmetauschern gleichzeitig eine größere turbulente Strömung in Wandnähe im hinteren Teil des Wärmetauschers.Via a relay 1 , 2 pieces of magnets 2 , which serve as drives for a piston 3, are alternately supplied with current. The piston moves in a cylinder 4 , which is connected behind the piston via a bypass 5 to the gas line behind the heat exchanger. The bypass serves as a pressure equalization line and at the same time promotes a larger turbulent flow near the wall in the rear part of the heat exchanger, especially in the case of longer heat exchangers.

Um den optimalen Betriebspunkt für die Wärmeübertragung in Wärmetauschern bzw. Abscheideleistung in Elektrofiltern einstellen zu können, ist die Hubhöhe (Zwischenabstand der Magnete) und der Intervall zwischen Beschleunigungs- und Verzögerungswelle über das Zeitrelay einstellbar.
(Einstellbereich 1 Sekunde).In order to be able to set the optimum operating point for heat transfer in heat exchangers or separation performance in electrostatic filters, the lifting height (intermediate distance between the magnets) and the interval between the acceleration and deceleration waves can be set via the time relay.
(Setting range 1 second).

Die Vorrichtung nach Patentanspruch 1.2 ist in Fig. 4 dargestellt.The device according to claim 1.2 is shown in Fig. 4.

Der Antrieb ist mit dem Antrieb von Patentanspruch 1.1 identisch. Die Anströmgeschwindigkeit wird jedoch über eine Gasmengenregelklappe verändert.The drive is identical to the drive of claim 1.1. The The inflow rate is, however, via a gas flow control valve changed.

Claims

1. Devices for influencing the laminar boundary layer flow in flowing gases, characterized in that an energy and particle exchange takes place by an abrupt change in the flow velocity within the laminar boundary layer and with the turbulent layers flowing over the boundary layer. The devices differ in their design.

2. Device according to claim 1, characterized, that about a piston with cylinder by intermittent changes in pressure Flow velocity is changed.

3. Device according to claim 1, characterized, that the gas quantity is changed intermittently by a gas quantity control flap, which also changes the flow velocity.