DED0000421MA - Wärmeaustauschvorrichtung - Google Patents

Description

Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen das eine Wärmeaustauschmittel in mindestens einem Rohrabschnitt geführt ist, der eine Anzahl im Abstand voneinander angeordnete Blechlamellen trägt, zwischen denen das andere Wärmeaustauschmittel hindurchströmt, sind bekannt und beispielsweise bei gasbeheizten Flüssigkeitsdurchlauferhitzern allgemein üblich. Es ist auch bekannt, bei Vorrichtungen dieser Art die Blechlamellen mit Ausprägungen zu versehen, bzw. zwischen die Lamellen wulstartige Hindernisse einzufügen, welche eine Erhöhung der spezifischen Leistung des Wärmeaustauschers bewirken sollen. Bei diesen bekannten Vorschlägen sind aber die Ausprägungen bzw. Wulste derart ausgebildet und angeordnet, dass die Strömungswege zwischen je zwei Lamellen an bestimmten Stellen verengt werden. Ein solcher bekannter Vorschlag sieht beispielsweise Einprägungen in den Lamellen vor, die so angeordnet sind, dass das die Lamellenzwischenfelder durchströmende Wärmeaustauschmittel gegen die diese Zwischenfelder durchsetzenden Rohrabschnitte hin, und zwar besonders gegen deren im Strömungsschatten liegende Flächen zu gedrängt wird, wodurch in der Nähe dieser Flächen ein Wärmestau entsteht, so dass sich der relative Wärmeaustausch in nachteiliger Weise verringert. Bei einer anderen bekannten Ausführung dieser Art wird angestrebt, das strömende Wärmeaustauschmittel gegen die Lamellenwände hin zu drängen, wobei es jedoch von den Rohrabschnitten, besonders von deren im Strömungsschatten liegenden Umfangsteil abgelenkt wird, sodass im Ergebnis der

Wärmeaustausch eher verschlechtert als verbessert wird. Aus diesen Gründen haben die bekannten Ausführungsbeispiele keine praktische Bedeutung erlangen können.

Bisher sind beispielsweise für Flüssigkeitsdurchlauferhitzern ausschließlich solche Wärmetauscher praktisch verwirklicht worden, bei denen die Lamellen aus glatten Blechen ohne Ausprägungen o.dgl. bestehen.

Die Erfindung befasst sich mit der gleichen Aufgabe wie die eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtungen, unterscheidet sich jedoch dem Bekannten gegenüber dadurch, dass die Ausprägungen Durchbrüche mit in die Felder zwischen die Lamellen hineinragenden, gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels gerichteten Kanten aufweisen. Hierdurch wird erreicht, dass auch die innerhalb des Strömungsfeldes zwischen zwei Lamellen verlaufenden Strömungsfäden zu einer unerwartet raschen Wärmeabgabe an die Lamellen veranlasst werden. Dies ist vor allen Dingen darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Strömungsfäden, welche bei den bisher praktisch verwirklichten Wärmeaustauschern lediglich durch Strahlung Wärme an die Lamellen abführen konnten, nun auf die gemäss der Erfindung in das Strömungsfeld hineinragenden Kanten auftreffen und ausserdem mit den an diese Kanten anschliessenden Flächenteilen in Berührung kommen und dabei ihre Wärme durch Konvektion an die Lamellen abgeben können.

Es hat sich ergeben, dass bei Flüssigkeitsdurchlauferhitzern für den erforderlichen Wärmeaustausch zwischen den Heizgasen und der Flüssigkeit wesentlich weniger Lamellen der erfindungsgemässen Art benötigt werden als bei den bisher praktisch verwirklichten Wärmeaustauschern der genannten Art, dass also der Wirkungsgrad des Wärmeüberganges durch Anwendung der Lamellenausbildung entsprechend der Erfindung wesentlich erhöht werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen enthalten.

Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Es zeigen in verschiedenen Maßstäben dargestellt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Wärmeaustauschvorrichtung für Flüssigkeitsdurchlauferhitzer nach Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A gesehen,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den eigentlichen Wärmeaustauscher nach Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Abschnittes einer einzelnen Lamelle,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V und

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 4, während

Fig. 7 den Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels zwischen den Lamellen veranschaulicht.

Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel an einem Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscher nach Linie VIII-VIII der Fig. 9.

Fig. 9 einen Querschnitt nach Linie IX-IX der Fig. 8 und

Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel an einer schaubildlichen Darstellung eines Ausschnittes aus einer Lamelle mit ihrer der Strömungsrichtung des Austauschmittels entgegengerichteten unteren Kante.

Die dargestellte Vorrichtung enthält drei parallel zueinander in einer Ebene angeordnete Rohrabschnitte 1, 2 und 3, auf denen eine Anzahl im Abstand voneinander angeordnete Blechlamellen 4 sitzen. Die Rohrabschnitte mit den Lamellen 4 sind in einen Blechrahmen 5 eingesetzt, wobei die Rohrenden durch den Rahmen 5 hindurchragen und in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise durch

Rohrbögen 6 und 7 zu einer Rohrschlange miteinander verbunden sind. An das freie Ende des Rohres 1 ist eine Kaltwasserzuflußleitung 8 und an das freie Ende des Rohres 3 eine Warmwasserabflußleitung 9 angeschlossen. Der Rahmen 5 ist auf ein oben und unten offenes Gehäuse 10 aufgesetzt. Der Innenraum dieses Gehäuses dient als Auftriebskammer für die Heizgase eines unterhalb des Gehäuses angeordneten Gasbrenners 11.

Jede Lamelle 4 ist mit drei herausgedrückten kragenförmigen Rohransätzen 12 versehen, welche die Rohre fest umschliessen. Diese Rohransätze 12 könnten auch so lang ausgebildet sein, dass sie gleichzeitig als Abstandshalter zwischen den auf die Rohrabschnitte 1 bis 3 aufgeschobenen Lamellen dienen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 haben die Lamellen zwischen ihren Rohransätzen und in der gleichen Ebene mit diesen jeweils mindestens einen Einschnitt 13. Der über den Einschnitten liegende Abschnitt 14 der Lamelle ist taschenförmig aus der Fläche der Lamelle herausgedrückt, so dass eine Durchtrittsöffnung 15 von der einen auf die andere Seite der Lamelle gebildet wird. Der Abschnitt 14 hat dabei einen möglichst flachen Neigungswinkel zur Lamellenebene. Die untere Kante 16 der herausgedrückten Abschnitte 14 ist gegen die Strömungsrichtung des zwischen den Lamellen hindurchströmenden Wärmeaustauschmittels gerichtet und reicht mindestens annähernd bis zur Feldmitte zwischen zwei nebeneinanderliegenden Lamellen. In jede Lamelle ist oberhalb der Rohransätze 12 und der Herausdrückungen 14 über die ganze Lamellenlänge eine wulstartige Rippe 17 eingeprägt. Die Rippen 17 benachbarten Lamellen sind in der Höhe gegeneinander versetzt.

Wie die in Fig. 7 eingezeichneten Stromfäden veranschaulichen, wird jedes Strömungsfeld durch die Herausdrückungen so aufgeteilt, dass hinter den Herausdrückungen auch das Mittelgebiet jedes Strömungsfeldes in unmittelbare Berührung mit den Lamellenwänden gebracht wird. Die flache Neigung der Wandabschnitte 14 zur der Fläche der Lamellen 4 bewirkt, dass das Strömungsmittel nicht gestaut wird. Durch die Anordnung der Durchbrüche 15 zwischen den Rohransätzen wird erreicht, dass die Strömungsfäden des in der Mitte liegenden heissesten Gebietes jedes zwischen zwei Lamellen liegenden Strömungsfeldes teilweise gegen die vorspringende Kanten 16 der Herausdrückungen treffen und hierauf in unmittelbare Berührung mit den Wandflächen der Herausdrückungen und der Lamellenwände selbst kommen, wobei sie ihre Wärme nicht nur durch Strahlung, sondern vor allen Dingen durch Konvektion an die Lamellen abführen können.

Durch die Querrippen 17 wird bezweckt, dass das Wärmeaustauschmittel, nachdem der Hauptwärmeaustausch bereits erfolgt ist, auf der ganzen Länge des Strömungsfeldes gegen eine Stirnfläche trifft und eine Drosselstelle passieren muss. Das hat zur Folge, dass auch im letzten Abschnitt des Austauschfeldes ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.

Nach den Fig. 8 und 9 sind die Lamellen 4 mit einer Anzahl abwechselnd nach verschiedenen Seiten herausgedrückten Streifen 18 versehen, welche die Gestalt eines U-förmigen Bügels haben. Die Flächen dieser Herausdrückungen 18 liegen parallel zu der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels. Die Streifen 18, deren untere Kante 19 gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels gerichtet ist, umschliessen einen Kanal 20, der von dem Wärmeaustauschmittel durchströmt wird. Die Stromfäden des mittleren Gebietes jedes Strömungsfeldes treffen teilweise auf die Kanten 19 auf und strömen dann in Berührung mit den Wandflächen der Streifen 18 weiter. Hierbei können auch die in der Mitte jedes Strömungsfeldes liegenden Strömungsfäden, welche bei Wassererhitzern die höchste Temperatur im Strömungsfeld besitzen und bei glatter Ausbildung der Lamellen nur durch Strahlung Wärme an die Lamellen abführen können, in vorteilhafter Weise ihre Temperatur durch Konvektion abgeben, wodurch eine wesentliche Steigerung der spezifischen Leistung des Wärmeaustausches erzielt wird.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Lamellen könnten in ihrer oberen, über den Wasser führenden Rohren 1, 2, 3 liegenden Abschnitten natürlich auch noch mit Querrippen 17 gemäss den Fig. 1 bis 6 versehen sein.

Die der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels zugekehrte untere Längskante der Lamellen 4 könnte ferner, wie Fig. 10 zeigt, eine durch Herausdrückungen hergestellte Faltung 21 bzw. Wellung aufweisen. Hierdurch wird die untere Längskante der Lamellen ohne Mehraufwand an Material verlängert und die anschliessende Fläche vergrössert, so dass schon an der ersten Berührungsstelle zwischen dem Wärmeaustauschmittel und den Lamellen eine weitgehende Wärmeübertragung stattfinden kann.

Claims (13)

1. Wärmeaustauschvorrichtung, insbesondere für z.B. gasbeheizte Flüssigkeitsdurchlauferhitzer, bei der das eine Wärmeaustauschmittel in mindestens einem Rohrabschnitt geführt ist, der eine Anzahl im Abstand voneinander angeordnete Blechlamellen trägt, zwischen denen das andere Wärmeaustauschmittel hindurchströmt und wobei die Blechlamellen Ausprägungen aufweisen, welche einen erhöhten Wärmeaustausch bezwecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausprägungen als Durchbrüche mit in die Felder zwischen den Lamellen hineinragenden, gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels gerichteten Kanten ausgebildet sind.

2. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellendurchbrüche aus herausgedrückten bogenförmigen Streifen (18) bestehen (Fig. 8 und 9).

3. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der herausgedrückten Streifen (18) parallel zur Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels liegen.

4. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der herausgedrückten Streifen geneigt zur Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels verlaufen.

5. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Felder zwischen zwei Lamellen (4) hineinragenden Durchbrüche derart ausgebildet sind, dass ein Teil des in einem Feld strömenden Wärmeaustauschmittels in das Nachbarfeld abgelenkt wird. (Fig. 3 - 7).

6. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (4) Einschnitte (13) haben, von denen je eine Einschnittkante (16) aus der Ebene der Lamellen herausgedrückt ist.

7. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Herausdrückungen (14) taschenförmig ausgebildet sind und die Mantelfläche der Taschen einen möglichst flachen Neigungswinkel zur Lamellenebene haben.

8. Wärmeaustauschvorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, oder 5, bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehende Kante (16) der Herausdrückungen mindestens annähernd bis zur Feldmitte zwischen zwei gegenüberliegenden Lamellen (4) reicht.

9. Wärmeaustauschvorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens zwei jede Blechlamelle durchsetzenden Rohrabschnitten, dadurch gekennzeichnet, dass die Herausdrückungen (14 bzw. 18) jeweils in denjenigen Lamellenabschnitten vorgesehen sind, die sich zwischen zwei in der Durchströmungsrichtung der Lamellenfelder nebeneinanderliegenden Rohrabschnitten (1, 2 und 3) erstrecken.

10. Wärmeaustauschvorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Längsseite der Lamelle, welche der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels entgegengerichtet ist, eine gewellte, durch Herausdrückungen verlängerte Kante (21) hat (Fig. 10).

11. Wärmeaustauschvorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lamellen (4) oberhalb ihrer Herausdrückungen und der sie durchsetzenden Rohrabschnitte (1-3) auf ihrer ganzen Länge mindestens eine wulstartige Erhöhung (17) hat, die quer zur Strömungsrichtung verläuft.

12. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wulstartige Erhöhung (17) eingeprägt ist.

13. Wärmeaustauschvorrichtungen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wulstartige Erhöhung (17) jeder Lamelle zu denjenigen der jeweils benachbarten Lamellen in der Höhe versetzt angeordnet ist.