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Wärmeaustauscher
Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher und im besonderen Wärmeaustauscher für Heizsysteme, die Kompaktbrenner für hohe Temperatur verwenden.
In geschlossenen Heisswasserheizungssystemen wird Wärme in einem beschränkten Bereich erzeugt und durch die Wirksamkeit des heissen Wassers od. dgl. zu entfernten Bereichen übertragen, die zu beheizen sind. Im allgemeinen gibt es in dem beschränkten Bereich einen Kraftstoffbrenner, der die Wärme erzeugt. An den Kraftstoffbrenner schliesst sich ein Wärmeaustauscher an, der aus einer Vorrichtung besteht, die erzeugte Wärme absorbiert und diese an eine zirkulierende Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, abgibt. Das Wasser wird zwischen den Heizkörpern od. dgl. und dem Wärmeaustauscher durch Rohrleitungen geführt. Auf diese Weise wird die durch den Brennstoffbrenner erzeugte Wärme zu einem Gebiet geleitet, wie z. B. zu einem zu beheizenden Raum.
Die zum Beheizen eines Gebietes erforderliche Zeit hängt von der in das Gebiet geführten Wärmemenge ab. Die Menge der übertragenden Wärme ist von einer Anzahl von Faktoren abhängig, die den Grad der Wärmeerzeugung durch den Brennstoffbrenner, die Temperatur im Gebiet des Kraftstoffbrenners und die Wirksamkeit des Wärmeaustauschers einschliessen.
Es sind Oberflächenverbrennungsbrenner bekanntgeworden, die auf Grund der Verwendung hitzebeständiger, poröser Stoffe wegen ihrer grossen kompakten Verbrennungsstelle Wärme mit grösserer Wirksamkeit, mit höheren Temperaturen und beständigen Graden erzeugen.
Wenn derartige Brenner jedoch verwendet werden, treten hinsichtlich des damit verbundenen Wärmeaustauschers neue Probleme auf. Im einzelnen verlangt die kleine Grösse und rasche Wärmeerzeugung des Brenners einen Wärmeaustauscher, der wirksam und schnell Wärme an die zirkulierende Flüssigkeit abgibt. Darüber hinaus verursacht der grosse Temperaturbereich, dem der Wärmeaustauscher ausgesetzt ist, wenn der Brenner zu arbeiten beginnt und aufhört, merkbare mechanische Veränderungen im Wärmeaustauscher. Beim Gebrauch herkömmlicher Wärmeaustauscher und ihrer gewöhnlichen Stützmittel entstehen demzufolge innere Spannungen, die den Wärmeaustauscher beschädigen können.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein verbesserter Wärmeaustauscher.
Ein Ziel der Erfindung ist, einen verbesserten Wärmeaustauscher zu schaffen, der wirksam Wärme von einem Brennstoffbrenner überträgt.
Ferner ist ein Ziel der Erfindung ein verbesserter Wärmeaustauscher, der verhältnismässig frei von Spannungen ist, trotz der Möglichkeit, dass der Wärmeaustauscher sehr grossen Temperaturschwankungen unterworfen sein kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Wärmeaustauscher zum Gebrauch mit Oberflächenverbrennungsbrennern zu schaffen.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen kompakten, hochwirksamen Wärmeaustauscher auszubilden, der mühelos und ohne hohe Kosten herstellbar ist.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einem Hauptverteiler, einem Rückströmverteiler und annähernd waagrecht liegenden Rohrleitungen, welche diese beiden Verteiler
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miteinander verbinden, wobei der Hauptverteiler in zwei Kammern, eine Einström- und eine Ausströmkammer, unterteilt ist, die mit einer Zufuhr-bzw. Abfuhrleitung verbunden sind, der Rückströmverteiler fliegend angeordnet und nur von den Rohrleitungen, welche ihn mit dem Hauptverteiler verbinden, getragen ist, und die Rohrleitungen so an die Verteiler angesetzt sind, dass mindestens eine Rohrleitung die Einströmkammer mit dem Rückströmverteiler und mindestens eine Rohrleitung den Rückströmverteiler mit der Ausströmkammer verbindet.
Erfindungsgemäss ist dieser Wärmeaustauscher dadurch ausgezeichnet, dass die Achsen der Rohrleitungen auf dem Mantel eines Zylinders angeordnet sind und der Hauptverteiler ringförmig ausgebildet ist, so dass in den von den Rohrleitungen und den Verteilern umschlossenen Raum ein Brenner zur Erwärmung des in den Rohren strömenden Wassers einschiebbar ist. Eine besonders stabile Bauweise wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die Rohrleitungen mit untereinander verbundenen Querrippen versehen sind.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Rückströmverteiler als Ringkammer ausgebildet ist.
Vorzugsweise hängen in diesem Fall die Wände der vom Rückströmverteiler gebildeten Ringkammer in der Ringmitte zusammen und bilden eine Vertiefung zur Lagerung des Brenners.
Auf Grund der erfindungsgemässen Ausbildung kann die zu erwärmende Flüssigkeit vom Einlassstutzen über den Einströmabschnitt der Kammer des Hauptverteilers durch eine Rohrleitung nach der Kammer des Rückströmverteilers fliessen. Die Flüssigkeit fliesst dann über eine andere Rohrleitung und den Auslassabschnitt der Kammer des Hauptverteilers zum Ableitstutzen.
Hiezu kommt noch, dass die Rohrleitungen zusätzlich zu den Flüssigkeitsflussverbindungen zwischen den Sammelrohren den einzigen mechanischen Träger für den Rückströmverteiler liefern.
Es sollte ebenfalls festgehalten werden, dass, wenn ein Kraftstoffbrenner zwischen den Rohrleitungen angeordnet ist, die zirkulierende Flüssigkeit zweimal das Gebiet durchläuft, in dem die Wärme erzeugt wird.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der Erfindung und den Zeichnungen ersichtlich, die beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, auf die diese nicht begrenzt zu sein braucht.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Wärmeaustauscher, der einen Hauptverteiler, einen Rückströmverteiler und eine Vielzahl von Rohrleitungen enthält, die die beiden Verteiler verbinden, teils in einer Seitenansicht, teils im Schnitt, Fig. 2 einen Aufriss des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 1, teilweise im Schnitt, bei welchem auch der Hauptverteiler angeschnitten ist, Fig. 3 einen Aufriss des Rückströmverteilers des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt nach Linie A-A in Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher --10-- in Übereinstimmung mit der Erfindung dargestellt, der einen Hauptverteiler--12--, einen Rückströmverteiler--14--und eine Vielzahl mit Rippen
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Innerhalb der hohlzylindrischen Anordnung der Rohrleitungen ist ein verlängerter zylindrischer, in den Zeichnungen nicht dargestellter Oberflächenverbrennungsbrenner vorzugsweise angeordnet.
Der Hauptverteiler--12--weist ein wulstartiges Kammergehäuse-20--, vorzugsweise aus Gussmessing, auf. Entgegengesetzte Trennwände-22 und 24-teilen die wulstartige, durch das
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--20-- gebildeteAbleitstutzen-28-mündet in den Ausströmabschnitt --20B--. Die Ableitung --32-- ist mit dem Ableitstutzen-28--verbunden. Eine Vielzahl von durchbrechungen --34-- ist gleich- und kreisförmig auf der Innenseite des wulstartigen Kammergehäuses --20-- verteilt angeordnet. Jeder dieser Durchbrechungen--34--ist das eine Ende --17-- von Rohrlcitungen --16A,16Bzugeordnet. Bei jeder Rohrleitung--16A, 16B-- ist das Ende--17-an die der Durchbrechung - zugeordnete Wandung angeschweisst.
Die halbe Anzahl der Durchbrechungen, d. h. jene Durchbrechungen, die links von diametralen Trennwänden-22 und 24--liegen, stehen in Verbindung mit dem Ausströmabschnitt--20B--der wulstartigen Kammer (Fig. 1 und 2).
Der Rückströmverteiler --14-- weist ein Gehäuse --36-- aus Gussmessing auf, das eine
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--36-- istRohrleitungen--16A, 16b-- sind an den den Durchbrechungen benachbarten Wandungsteilen angeschweisst.
Die Rohrleitungen--16A, 16B-- bestehen aus Kupferrohr mit verlängerten Heizrippen --18--. Demgemäss bilden die Leitungen samt den Heizrippen, die sich nach der Seite erstrecken, ein einziges zusammenhängendes Stück.
Bei Einbau in ein Heizungssystem wird der Wärmeaustauscher-10-nur vom Hauptverteiler --12-- getragen. Der Rückströmverteiler --14-- wird nur von den Rohrleitungen--16A, 16B-- getragen.
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--30-- (Fig. 2)--16A, 16B-- (Fig. l) zum Rückströmverteiler--14--. Nachdem die Flüssigkeit frei durch die Kammer des Rückströmverteilers --14-- zirkuliert ist, fliesst sie durch die andere Hälfte der Rohrleitungen-16A, 16B- zu den Durchbrechungen --34-- in den Ausströmabschnitt-20B- (Fig. 2). Die Flüssigkeit fliesst dann vom Ausströmabschnitt--20B--über den Ableitstutzen--28-- zur Ableitung-32-.
Daher wird in einem vollständigen System, das Heizkörper und einen Brenner enthält, das gekühlte Wasser aus den Heizkörpern den Zuführungsleitungen zugeführt und im Wärmeaustauscher - durch zweimaliges Vorbeiführen am Brenner, der innerhalb der zylindrischen Vertiefung
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Erfindungsgemäss ist ein verbesserter Wärmeaustauscher geschaffen, der durch Verwendung eines Rückströmverteilers, der lediglich durch Rohrleitungen getragen wird, frei von mechanischer Beanspruchung ist, die aus extremem Temperaturwechsel resultiert. Darüber hinaus wird durch die Verwendung eines Hauptverteilers, der mit einem Rückströmverteiler durch eine Vielzahl von Rippenrohrleitungen verbunden ist, deren Rippen aneinandergrenzen, ein ausserordentlich kompakter und wirksamer Wärmeaustauscher erhalten. In einem besonderen Beispiel wird ein Wärmeaustauscher erhalten, der ein Volumen von weniger als 10 l hat und der in einem System angewendet wird, das 18750 Kcal/h liefert.
1m vorstehenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, jedoch können Abänderungen durchgeführt werden, ohne damit den Bereich des Erfmdungsgedankens zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher mit einem Hauptverteiler, einem Rückströmverteiler und annähernd waagrecht liegenden Rohrleitungen, welche diese beiden Verteiler miteinander verbinden, wobei der Hauptverteiler in zwei Kammern, eine Einström-und eine Ausströmkammer, unterteilt ist, die mit einer Zufuhr-bzw.
Abfuhrleitung verbunden sind, der Rückströmverteiler fliegend angeordnet und nur von den Rohrleitungen, welche ihn mit dem Hauptverteiler verbinden, getragen ist, und die Rohrleitungen so an die Verteiler angesetzt sind, dass mindestens eine Rohrleitung die Einströmkammer mit dem Rückströmverteiler und mindestens eine Rohrleitung den Rückströmverteiler mit der
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auf dem Mantel eines Zylinders angeordnet sind und der Hauptverteiler ringförmig ausgebildet ist, so dass in den von den Rohrleitungen und den Verteilern umschlossenen Raum ein Brenner zur Erwärmung des in den Rohren strömenden Wassers einschiebbar ist.
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Heat exchanger
The invention relates to heat exchangers and, more particularly, to heat exchangers for heating systems using compact high temperature burners.
In closed hot water heating systems, heat is generated in a restricted area and, through the effectiveness of the hot water or the like, is transferred to remote areas that are to be heated. Generally, in the restricted area, there is a fuel burner that generates the heat. A heat exchanger is connected to the fuel burner and consists of a device that absorbs the heat generated and transfers it to a circulating liquid, usually water. The water is led between the radiators or the like and the heat exchanger through pipes. In this way, the heat generated by the fuel burner is directed to an area such as a building. B. to a room to be heated.
The time required to heat an area depends on the amount of heat drawn into the area. The amount of heat transferred is dependent on a number of factors including the degree of heat generation by the fuel burner, the temperature in the area of the fuel burner, and the effectiveness of the heat exchanger.
Surface combustion burners have become known which, due to the use of heat-resistant, porous materials, generate heat with greater efficiency, at higher temperatures and constant degrees because of their large, compact combustion point.
However, when such burners are used, new problems arise in terms of the heat exchanger associated therewith. In particular, the small size and rapid heat generation of the burner requires a heat exchanger that efficiently and quickly transfers heat to the circulating liquid. In addition, the wide temperature range to which the heat exchanger is exposed when the burner starts and stops working causes noticeable mechanical changes in the heat exchanger. When conventional heat exchangers and their usual support means are used, internal stresses therefore arise which can damage the heat exchanger.
The invention therefore relates to an improved heat exchanger.
An object of the invention is to provide an improved heat exchanger that efficiently transfers heat from a fuel burner.
Furthermore, an object of the invention is an improved heat exchanger which is relatively free of stress despite the possibility that the heat exchanger can be subject to very large temperature fluctuations.
Another object of the invention is to provide an improved heat exchanger for use with surface combustion burners.
Yet another object of the invention is to provide a compact, highly efficient heat exchanger that is easy to manufacture and inexpensive.
The invention relates to a heat exchanger with a main distributor, a return flow distributor and approximately horizontally lying pipelines, which these two distributors
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connect with each other, the main distributor being divided into two chambers, an inflow and an outflow chamber, which are connected to a supply or discharge chamber. Discharge line are connected, the return manifold is overhung and supported only by the pipelines that connect it to the main manifold, and the pipelines are attached to the manifold in such a way that at least one pipeline connects the inflow chamber with the return manifold and at least one pipeline the return manifold the discharge chamber connects.
According to the invention, this heat exchanger is distinguished by the fact that the axes of the pipelines are arranged on the jacket of a cylinder and the main distributor is annular, so that a burner can be inserted into the space enclosed by the pipelines and the distributors to heat the water flowing in the tubes . A particularly stable construction is achieved according to the invention in that the pipelines are provided with interconnected transverse ribs.
It is also advantageous if the return flow distributor is designed as an annular chamber.
In this case, the walls of the annular chamber formed by the return flow distributor are preferably connected in the middle of the ring and form a recess for mounting the burner.
On the basis of the design according to the invention, the liquid to be heated can flow from the inlet connector via the inflow section of the chamber of the main distributor through a pipeline to the chamber of the return distributor. The liquid then flows through another pipe and the outlet section of the chamber of the main distributor to the drainage nozzle.
In addition, in addition to the fluid flow connections between the headers, the pipelines provide the only mechanical support for the return flow distributor.
It should also be noted that if a fuel burner is placed between the pipes, the circulating liquid will pass twice the area where the heat is generated.
Other objects, features and advantages of the invention will be apparent from the following description of the invention and the drawings which show, for example, a preferred embodiment of the invention, to which the same need not be limited.
In the drawings: FIG. 1 shows a heat exchanger which contains a main distributor, a return flow distributor and a large number of pipes which connect the two distributors, partly in a side view, partly in section, FIG. 2 an elevation of the heat exchanger according to FIG. 1 , partly in section, in which the main distributor is also cut, FIG. 3 shows an elevation of the return flow distributor of the heat exchanger according to FIG. 1 and FIG. 4 shows a section along line AA in FIG. 3.
In Fig. 1, a heat exchanger --10 - is shown in accordance with the invention, which has a main manifold - 12 -, a return manifold - 14 - and a plurality of finned
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An elongated cylindrical surface combustion burner, not shown in the drawings, is preferably arranged within the hollow cylindrical arrangement of the pipelines.
The main distributor - 12 - has a bead-like chamber housing - 20 -, preferably made of cast brass. Opposite partitions-22 and 24-divide the bulbous, through the
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--20-- formed drainage nozzle-28-opens into the outflow section --20B--. The drain -32- is connected to the drain-28-. A large number of perforations --34-- are evenly and circularly distributed on the inside of the bead-like chamber housing --20--. Each of these openings - 34 - is assigned one end --17-- of pipe lines --16A, 16B. In each pipeline - 16A, 16B - the end - 17 - is welded to the wall associated with the opening.
Half the number of perforations, i.e. H. those openings which are to the left of diametrical dividing walls 22 and 24 are in connection with the outflow section 20B of the bead-like chamber (FIGS. 1 and 2).
The return flow distributor --14-- has a housing --36-- made of cast brass, the one
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--36-- istPipes - 16A, 16b-- are welded to the wall parts adjacent to the openings.
The pipes - 16A, 16B-- consist of copper pipe with extended heating fins --18--. Accordingly, the lines together with the heating fins, which extend to the side, form a single coherent piece.
When installed in a heating system, the heat exchanger-10-is only carried by the main distributor -12-. The return flow distributor --14-- is only supported by the pipes - 16A, 16B--.
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--30-- (Fig. 2) - 16A, 16B-- (Fig. 1) to the return flow distributor - 14--. After the liquid has circulated freely through the chamber of the return flow distributor -14-, it flows through the other half of the pipelines -16A, 16B- to the openings -34- in the outflow section -20B- (Fig. 2). The liquid then flows from the outflow section - 20B - via the discharge nozzle - 28 - to the discharge line-32-.
Therefore, in a complete system that includes radiators and a burner, the cooled water from the radiators is fed to the supply lines, and in the heat exchanger - by passing it twice past the burner, which is inside the cylindrical recess
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According to the invention, an improved heat exchanger is created which, through the use of a return flow distributor which is only supported by pipelines, is free from mechanical stress resulting from extreme temperature changes. In addition, by using a main manifold which is connected to a return manifold by a plurality of finned pipelines, the fins of which are contiguous, an extremely compact and efficient heat exchanger is obtained. In a particular example, a heat exchanger is obtained which has a volume of less than 10 l and which is used in a system which delivers 18750 Kcal / h.
A preferred embodiment of the invention is described above, but modifications can be made without thereby departing from the scope of the inventive concept.
PATENT CLAIMS:
1. Heat exchanger with a main distributor, a return flow distributor and approximately horizontally lying pipes which connect these two distributors with each other, the main distributor being divided into two chambers, an inflow and an outflow chamber, which are connected to a supply or discharge chamber.
Discharge line are connected, the return manifold is overhung and supported only by the pipelines that connect it to the main manifold, and the pipelines are attached to the manifold in such a way that at least one pipeline connects the inflow chamber with the return manifold and at least one pipeline the return manifold of the
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are arranged on the jacket of a cylinder and the main distributor is annular, so that a burner for heating the water flowing in the tubes can be inserted into the space enclosed by the pipelines and the distributors.
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