AT394904B - Waermetauscher - Google Patents

Description

AT 394 904 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit mindestens einem wasserdurchflossenen, etwa waagerecht angeordneten Wärmetauscherrohr, das mit Lamellen besetzt und von einem unterhalb des Rohres angeordneten brennerentstandenen Rauchgas umströmt ist.

Aus der AT-PS 330 817 ist ein Wärmetauscher bekanntgeworden, der ein waagerecht angeordnetes 5 Wärmetauscherrohr auf weist, auf dem eine bandförmige Lamelle hochkant aufgewickelt ist, wobei der an dem

Rohr anliegende Rand des Bandes mit dem Rohr verschweißt ist. Das Band steigt auf dem Rohrumfang nur etwa um eine Wanddicke an, auf einem ganz kleinen Umfangsteil steigt das Band jedoch den Rest bis zur vollen Ganghöhe, so daß sich ein Z-förmiger Knick in dem Band in der Seitenansicht des Rohres ergibt.

Aus der GB-PS 14 89 226 ist ein Zick-Zack-Wärmetauscher bekanntgeworden, wobei das Rohr jeweils schräg 10 zur Senkrechten verläuft Das Rohr ist mit Lamellen besetzt und wird von oben von einem der beiden Wärmetauschermedien angeströmt Im unteren Bereich sind die Lamellen mit einer leichten Krümmung in die Ausströmrichtung dieses Mediums versehen, so daß der Durchtrittswiderstand für das Medium durch diese Krümmung verkleinert wird. Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches sind insbesondere als Rippenrohr- oder IS Lamellenblockwärmetauscher weit verbreitet Die Rippen beziehungsweise Lamellen sind üblicherweise als ebene Platten ausgebildet, welche senkrecht zur Längsachse des Wärmetauscherrohres und damit in Strömungsrichtung der Rauchgase ausgerichtet sind. Bekannt sind auch Lamellen, die im Bereich ihrer Verbindung mit den Wärmetauscherrohren bundartige Auskragungen aufweisen, wodurch der Wärmeübergang zwischen der Lamelle und dem Wärmetauscherrohr verbessert wird. Das Rauchgas gibt während des Durchströmens des Wärmetauschers 20 Wärmeenergie an die Lamellen ab. Dieser Effekt tritt insbesondere im Bereich des Wärmetauscher-Eintritts auf, so daß das Temperaturgefälle zwischen dem in den Wärmetauscher eintretenden und dem austretenden Rauchgas beträchtlich ist. Mit dem Temperaturgefälle geht eine starke Dichte- und damit Volumenstromänderung des Rauchgases einher, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit vom Wärmetauscher-Eintritt zum -Austritt stark verringert. Die Wärmeübertragung ist vom treibenden Temperaturgefälle (ζ Rauchgas - ζ Lamelle) und dem 25 rauchgasseitigen Wärmeübertragungskoeffizienten abhängig. Bei bekannten Wärmetauschern wird aufgrund des treibenden Temperaturgefälles und der Strömungsverringerung der größte Teil der Wärmeenergie im Eintrittsbereich des Wärmetauschers übertragen. Durch die geringe Wärmeenergieabgabe im Austrittsbereich des Wärmetauschers sinkt dessen Effektivität. Darüber hinaus kann die Temperatur der rauchgasaustrittsseitigen Lamellen- und Rohrbereiche stellenweise unter den Taupunkt des Rauchgases absinken und somit eine 30 Kondensatbildung bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung die Effektivität der Wärmeenergieübertragung in dessen Rauchgasaustrittsbereich zu erhöhen. Gleichzeitig soll das Kondensationsrisiko gesenkt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lamellen im Austrittsbereich der Rauchgase des 35 Wärmetauschers gegenüber der etwa senkrechten Rauchgasströmungsrichtung abgewinkelt oder gekrümmt ausgebildet sind.

Auf diese Weise wird eine Strömungsumlenkung und eine Verengung des Strömungsquerschnitts im Austrittsbereich des Wärmetauschers erreicht. Durch die erhöhte Wärmeübertragung im Austrittsbereich des Wärmetauschers wird die Effektivität erhöht und gleichzeitig der Kondensatbildung entgegengewirkt. 40 Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich eine Verringerung der Empfindlichkeit des Lamellenblocks gegenüber Abgasrückströmung, so daß die Strömungssicherung einfacher ausgeführt werden kann, ohne die Hygienewerte zu verschlechtern.

Einer ersten vorteilhaften Ausführung gemäß ist die Abwinklung oder die beginnende Krümmung in Rauchgas-Strömungsrichtung im mittleren Bereich des Wärmetauschrohres vorgesehen. Eine Verringerung der 45 Wärmeübertragungsleistung während des Strömungsweges der Rauchgase wird damit bereits frühzeitig ausgeglichen. Durch die Abwinklung oder Krümmung der Lamellen steigt jedoch auch der Druckverlust.

Durch Optimierung der Parameter Wärmeübertragungseffektivität und Druckverlust kann es vorteilhaft sein, die Abwinklung oder die beginnende Krümmung in Rauchgas-Strömungsrichtung oberhalb des Wärmetauschrohres anzuordnen. 50 Gekrümmte Lamellen weisen bevorzugt einen konstanten Krümmungsradius oder einen in Rauchgas-Strömungsrichtung systematisch zu- oder abnehmenden Krümmungsradius auf. Die Wahl des Krümmungsradius beziehungsweise dessen Verlauf bestimmt maßgeblich die Effizienz der Strömungsumlenkung und die Größenordnung der Strömungsquerschnittsverengung im Austrittsbereich des Wärmetauschers.

Einer besonderen, anwendungsspezifischen Ausführung gemäß sind die Lamellen als Gußrippen ausgebildet. 55 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, beziehungsweise werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführung eines Wärmetauschers mit bundaufweisenden Lamellen, 60 Figur 2 eine raste Ausführungsform eines Wärmetauschers mit Gußlamellen,

Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers mit Gußlamellen und -2-

Claims (5)

1. AT 394 904 B Figur 4 eine zweite Ausführung eines Wärmetauschers mit Bundlamellen. Gleiche Bezugszeichen bedeuten in den Figuren gleiche Einzelheiten. Ein in Figur 1 dargestellter Wärmetauscher besteht im wesentlichen aus einem wasserdurchflossenen Wärmetauschrohr (1) und mehreren Lamellen (2), welche das Wärmetauschrohr (1) umgeben und mit diesem wärmeleitend verbunden sind. Die Lamellen (2) sind jeweils mit einem das Wärmetauschrohr (1) eng umschließenden Bund (3) versehen. Dies» Bund (3) dient einerseits dem besseren Wärmeübergang von der Lamelle (2) zum Wärmetauschrohr (1) und andererseits der Fixierung der gegenseitigen Lage benachbarter Lamellen (2). Der Bund (3) ist an mehreren Stellen seines Umfangs mit Einkerbungen (4) versehen, wodurch eine bessere flächige Auflage auf das gekrümmte Wärmetauschrohr (1) möglich ist. Diese Maßnahme erweist sich auch deshalb als zweckmäßig, weil die Lamellen (2) strömungsausgangsseitig gekrümmt ausgebildet sind. Die einen konstanten Krümmungsradius aufweisende Krümmung setzt in der Mitte des Wärmetauschrohres (1) ein. In diesem Bereich ist auch die erste Einkerbung (4) vorgesehen. Es ist ersichtlich, daß durch diese Ausbildung der Lamellen (2) sowohl eine Strömungsumlenkung als auch eine Verengung des Strömungsquerschnittes erzielt wird. Bei einem in Figur 2 dargestellten Wärmetauscher mit Gußlamellen (5) sind diese gleichfalls, von der Mitte des Wärmetauschrohres (1) ausgehend, um etwa 20°, abgeknickt. Figur 3 zeigt ebenfalls eine Ausführung eines Wärmetauschers mit Gußlamellen (6), wobei diese jedoch eine andere Ausformung aufweisen. Die Gußlamellen (6) weisen oberhalb des Wärmetauschrohres (1) einen gekrümmten Bereich (7) auf. Der Krümmungsradius dieses Bereiches (7) ist direkt oberhalb des Wärmetauschrohres (1) zunächst relativ gering und steigt dann in der mit Pfeilen gekennzeichneten Rauchgas-Strömungsrichtung gleichmäßig an. In Figur 4 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers mit Bundlamellen (8) wiedergegeben, welche, ausgehend von der Oberkante des Wärmetauschrohres (1), um etwa 30° abgewinkelt sind. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der beanspruchten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen. PATENTANSPRÜCHE 1. Wärmetauscher mit mindestens einem wasserdurchflossenen, etwa waagerecht angeordneten Wärmetauschrohr, das mit Lamellen besetzt und von einem unterhalb des Rohres angeordneten Brenner stammenden Rauchgasen umströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (2, 5,6,8) im Austrittsbereich der Rauchgase des Wärmetauschers gegenüber der etwa senkrechten Rauchgasströmungsrichtung abgewinkelt oder gekrümmt ausgebildet sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinklung oder die beginnende Krümmung in Rauchgas-Strömungsrichtung im mittleren Bereich des Wärmetauschrohres (1) vorgesehen ist und sich bis zum oberen Ende der Lamellen erstreckt
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinklung oder die beginnende Krümmung in Rauchgas-Strömungsrichtung oberhalb des Wärmetauschrohres (1) vorgesehen ist
4. 4. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung einen konstanten Krümmungsradius oder einen in Rauchgas-Strömungsrichtung systematisch zu- oder abnehmenden Krümmungsradius aufweist
5. 5. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (5,6) als Gußrippen ausgebildet sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-