Wärmeaustauschvorrichtung. Die Erfindung betrifft Wärmeaustausch- vorrichtungen, die aus Leitungen zum Um lauf des innern Heiz- oder Kühlmediums (z. B. Warmwasser) und mit dem äussern Medium, z. B. Luft, in Berührung stehenden Wärmeaustauschflächen bestehen, die mit den Leitungen in wärmeleitender Verbindung stehen und in einer oder mehreren zur Achse dieser Leitungen parallelen Ebenen angeord net sind.
Die Erfindung bezweckt, die Wärmeübergangszahl der Wärmeaustauscli- körper zu erhöhen und gleichzeitig eine Vorrichtung mit relativ geringem Gewicht und geringem Raumbedarf, sowie gefälligem Äussern und leichter Reinigungsmöglichkeit zu schaffen.
Der Erfindungsgegenstand kennzeichnet sich dadurch, dass Lochgruppen enthaltende, flache, plattenartige Wärmeaustauschflächen derart angeordnet sind, dass sie, mindestens teilweise, zumindest die eine Begrenzungs wand eines den Zug erhöhenden, kamin artigen, leeren Kastens bilden. Hierbei be- sitzen diese Wärmeaustauschflächen also eine lotrechte oder nahezu lotrechte Lage.
Unter dem Ausdruck "flache Lochgrup pen besitzende Wärmeaustauschflächen" sind zum Beispiel perforierte Platten oder auch Drahtnetze oder Drahtgeflechte, also Grup pen von feinen, fadenförmigen Elementen von beliebiger Querschnittsform, z. B. von ganz dünnen Drähten oder ganz feinen Plat tenstreifen, also von solchen Elementen zu verstehen, bei welchen jede Abmessung des Querschnittes (Stärke, Breite oder Durch messer) nur einen möglichst geringen Bruch teil ihrer Länge beträgt.
Derartige Gebilde besitzen also in der Strömungsrichtung des dieselben durchsetzenden äussern Mediums, z. B. Luft, eine ganz geringe Abmessung und sind zweckmässig so flach, dass die Stärke der durchbrochenen oder gelochten Platte ungefähr nur so gross, möglichst aber kleiner ist, als die Teilung der Durchbrechun- gen; dies ist vom Gesichtspunkte des wirk- sauren Wärmeaustausches mit bedeutenden, unten beschriebenen Vorteilen verbunden.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung dieser Wärmeaustauschfläche an den Be grenzungswänden eines kaminartig wirken den Kastens bewegt sich das äussere, im Innern des Kastens erwärmte Medium (z. B. Luft) nach aufwärts und an seiner Stelle strömt äusseres Medium durch die Lochgrup pen besitzende Heizfläche hindurch in den Kasten, wobei es unter Berührung mit der ZVärmeaustauschfläcbe erhitzt wird.
Durch die kaminartige Wirkung des Kastens auf die darin befindliche Luft wird eine bestän dige Strömung mit erhöhter Geschwindig keit quer zur Wärmeaustauschfläche herbei geführt, und zwar auch in dem besonderen, für die Anwendung der Erfindung aus den unten angeführten Gründen sehr vorteilhaf ten Falle, wo die die Lochgruppen besitzende Wä.rmeaustauschfläche lotrecht oder nahezu lotrecht angeordnet wird.
Im letzteren Falle wäre nämlich ein einfaches Aufsteigen der armen Luft entlang der Heizfläche zu. er warten, doch ist die Kaminwirkung insbe sondere bei der erfindungsgemässen Anwen dung der durchbrochenen Heizflächen so stark, dass eine Querströmung der Luft auch bei lotrechter oder nahezu lotrechter Heizfläche gesichert wird.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird der nützliche Temperaturunterschied zwischen Heizkörper und Luft bedeutend er höht und demnach eine günstige Wärmeüber tragung erzielt, da je ein Anteil der Menge des äusseren Mediums den Wärmeaustausch- körper auf einem möglichst kurzen Wege und bereits nach geringer Erhitzung verlässt.
Da bei ist noch zu berücksichtigen, dass bei den üblichen Wärmeaustauschvorriehtungen, bei welchen das äussere Medium gezwungen ist, die Wärmeaustauschflächen auf einem mehr oder minder langen Wege zu bestreichen, den Wärmeübergangsflächen entlang eine an den letzteren anhaftende wärmeisolierende Luftschicht (Prantdl'sche Grenzschicht) ent steht, die nach Massgabe der Länge der Wärmeaustauschfläche stärker wird und die Wärmeübergangszahl bedeutend verringert.
Dank der erfindungsgemässen Anordnung von flachen, Lochgruppen besitzenden Wärme austauschflächen als Begrenzungswände des kaminartigen Kastens selbst wird die Wä.rme übergangszahl von beiden soeben geschilder ten Gesichtspunkten aus günstiger, da alle Anteile des äussern Mediums, z. B. zu erwär mender Luft, allen Teilen dieser Wärmeaus tauschflächen in kaltem Zustande zuströmen und dieselben auf dem kürzesten Wege ver lassen, ohne vorher mehr- oder minder lange Teile der Wärmeaustauschvorrichtung bezw. des Kastens bestreichen zu müssen.
Durch die Anordnung der Wärmeaustausch fläche in lotrechter oder nahezu lotrechter Lage an der Aussenfläche eines Kastens ge winnt man eine sehr grosse Fläche für die Unterbringung der Wärmeaustauschfläche, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des RallmbedarfeS. Durch die praktischen Anforderungen wird der Raumbedarf in lot rechter Richtung im allgemeinen weniger be schränkt, in waagrechter Richtung ist es aber wichtig, dass die Heizkörper möglichst weni ger Raum einnehmen und zum Beispiel Zim merheizkörper von der Mauerebene nicht stark abstehen, damit sie von der Räumlich keit weniger nützlichen Raum wegnehmen.
Dieser Bedingung wird, wie im Sinne der Er findung vorgenommene Berechnungen und praktische Erwägungen ergeben haben, im mer entsprochen, wenn die Wärmeaustausch- fläche unter einem so geringen, Winkel zur Lotrechten angeordnet wird, dass die Projek tion der Fläche auf eine lotrechte Ebene zu mindest neun Zehntel der Fläche beträgt. Hierbei wird die erwünschte Verringerung des Raumbedarfes infolge der erfindungs gemässen Anwendung der flachen, platten artigen Wärmeaustauschflächen in erhöhtem Masse entsprochen, da man in der Lage ist, ganz enge Kanäle oder Kasten mit Kamin wirkung anzuwenden.
Hierbei ist zu berück sichtigen, dass gegenüber den bekannten, mehr- oder minder umfangreichen Wärme austauschkörpern, die einen beträchtlichen Teil des Innern des Kanals oder Kastens be- anspruchen, der letztere bei Anwendung der flachen und dünnen Wärmeaustauschflächen in seinem vollen Umfange leer bleibt und daher seine kaminartige Wirkung auch bei stark verringerter Breite glatt, ohne einen Strömungswiderstand zu verursachen, in grösstmöglichem Masse auszuüben vermag.
Durch den Umstand, dass die Wärmeaus tauschfläche, anstatt im Innern des Kanals, an der Begrenzungswand derselben angeord net wird, wird dafür gesorgt, dass die für die Wärmeübertragung wichtige Wärme strahlung in hohem Masse zur Geltung ge langt.
Der Erfindungsgegenstand besitzt den weiteren Vorteil, dass die Wärmeaustausch flächen zufolge ihrer beschriebenen Anord nung unmittelbar relativ leicht zugänglich sind und zufolge ihrer flachen Gestaltung auch von nur einer Seite her leicht gereinigt werden können, was mit Rücksicht darauf, dass die Wärmeaustauschflächen zu einer hy gienisch nachteiligen und auch die Wärme abgabe verringernden Ablagerung von Schmutz und Staub Veranlassung geben kön nen, sehr wichtig erscheint.
Durch die Er findung wird auch eine bedeutende Verrin gerung der Herstellungskosten und des Ge wichtes der Vorrichtung ermöglicht, da die eine oder mehrere Begrenzungswände des Ka nals oder Kastens bildenden, ganz flachen Wärmeaustauschkörper gemäss der Erfindung im Gegensatze zu den bekannten, in einem Kasten untergebrachten, mehr oder minder verwickelten Wärmeaustauschkörpern mit demselben geringen Materialaufwand erzeugt werden können, wie gewöhnliche Kanal- oder Kastenwände.
Eine weitere Ersparnis wird dadurch ermöglicht, dass aus dem Material der Wärmeaustauschflächen auch schon die Kastenflächen gebildet sind. Hierzu kommt noch, dass schon die Lochgruppen selbst eine bedeutende Verringerung des Gewichtes her beiführen.
Die Vorteile der Vorrichtung gemäss der Erfindung kommen besonders bei jener Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes zur Geltung, bei welcher ein jeder Teil des Kanals oder Kastens - unter Beseitigung eines jeden besonderen Trag-, Versteifungs- oder Begrenzungsteils - im Dienste des Wärmeaustausches steht.
Na mentlich wird das Gestell des Kastens durch das zum Umlauf des innern Mediums be stimmte Rohrsystem, das heisst durch eine obere und untere Sammelröhre und diese mit einander verbindenden Verteilerröhren ge bildet, an welch letztere die aus den feinen, fadenförmigen Elementen bestehenden, sämt liche Seitenwände des Kastens bildenden Wärmeaustauschflächen metallisch ange schlossen sind.
Die durchbrochene Wärmeaustauschfläche wird gemäss einer vorteilhaften Ausführungs- form des Erfindungsgegenstandes durch mit tels Einschnitte der Wärmeaustauschplatte und durch Ausbiegen aus der Ebene der Platte erzeugte, eine jalousieartige Elemen- tengruppe bildende, zweckmässig schräg her vorstehende Streifen gebildet.
Durch die ein zelnen Plattenstreifen wird das äussere Me dium, z. B. Luft, nach innen und nach oben abgelenkt und nur ein relativ geringer Luft widerstand verursacht.
In der Zeichnung sind einige beispiels weise Ausführungsformen der Wärmeaus- tauschvorrichtung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt einer Ausführungsform des Kastens mit lot rechter, durchbrochener Begrenzungswand, Fig. 2 ein ähnlicher Schnitt einer zwei ten Ausführungsform mit nahezu lotrechter, durchbrochener Begrenzungswand; in Fig. 3 und 4 ist eine flach-zylinderför- mige Ausführungsform in senkrechtem bezw. waagrechtem Schnitt veranschaulicht;
Fig. 5 ist ein waagrechter Schnitt einer Ausführungsform, bei welcher die Vorder wand und die Seitenwände des Kastens durch eine durchbrochene, flach-halbzylinderförmig gebogene Wärmeaustauschfläche, die Rüok- wand aber durch die Mauer .der betreffenden Räumlichkeit gebildet wird; Fig. 6 ist ein waagrechter Schnitt von nach gebrochenen oder zickzackförmigen Linien zusammengesetzten Wärmeaustausch flächen;
Fig. 7, 8 und 9 zeigen ein Beispiel der durchbrochenen Wärmeaustauschfläche.
In Fig. 1 sind mit 1 die Verteilerrohre des innern Mediums, mit 2 die Sammelrohre, durch welche die letzteren zusammengefasst werden, mit 3 zwei im vorliegenden Falle volle Seitenwände des Kastens und mit 4 der vollwandige Boden des Kastens bezeich net. Der Kasten wird unter Anschluss an die eine Mauer 5 der betreffenden Räumlich keit derart angeordnet, dass durch die Mauer 5 selbst die hintere Wand des Kastens ge bildet wird. Die Vorderseite des oben offenen Kastens wird durch die Rohre 1 und eine Gruppe von mit diesen Rohren unter Siche rung der metallischen Berührung, z. B. durch Löten oder Schweissen verbundenen Drähten 6 gebildet.
Der mit einem Kasten verbundene Heizkörper nach Fig. 1 kann ferner mit einer um eine Achse 7 drehbaren Regulierluft klappe ausgestattet werden, wobei durch Ver stellung dieser Klappe die Luftgeschwindig keit und dadurch die Wärmeabgabe regu liert wird.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem vorangehenden nur dadurch, dass die durchbrochene Heiz fläche 6 nicht lotrecht, sondern unter einem kleinen Winkel zur Lotrechten, den eingangs erwähnten Bedingungen entsprechend ange ordnet ist.
Die einen Kanal oder Kasten besitzende Heiz- oder Kühlvorrichtung gemäss der Er findung, deren eine oder mehrere oder sämt liche Begrenzungswände durch eine durch brochene Fläche gebildet werden, kann in beliebiger Form gebaut werden. Es können zum Beispiel zylindrische oder prismenför- mige Kasten mit kurvenförmigem, vier eckigem oder polygonalem Querschnitt ange wendet werden.
In Fig. 3 und 4 ist eine flach-zylinderförmige Ausführungsform dar gestellt, bei welcher die Heiz- oder Kühl rohre, die oben und unten durch ringförmige Sammelrohre 2 miteinander verbunden wer den, durch übereinanderliegende Drahtringe 6 oder durch ein Drahtnetz oder einen in der ganzen Höhe schraubenlinienförmig aufge wickelten Draht umschlossen werden.
In diesem Falle wird also der äussere Mantel des Kastens von allen Seiten durch eine Heiz fläche 6 gebildet, und zwar auch in der gan zen Höhe; doch kann man den Kasten, wie aus Fig. 3 ersichtlich, auch nur bis zu einer gewissen Höhe als Heizfläche, in seinem weiteren, mit 9 bezeichneten obern Teile aber in Form einer vollen Wand ausbilden. Schliesslich zeigen Fig. 3 und 4 eine weitere Ausführungsform der Regulierung, gemäss welcher die an Hand der Fig. 1 beschriebene, um eine Achse 7 drehbare Regulierluftklappe nicht im obern Teile des Kastens, sondern in einer Öffnung 10 des Kastenbodens 4 ange ordnet wird.
Hierdurch wird ermöglicht, da,ss gewünschtenfalls eine gewisse Frischluft- menge, ohne seitlich von aussen durch die durchbrochene Heizfläche 6 hindurch in das Innere des Kastens zu strömen, von unten unmittelbar in das Innere des Kastens ge langt, wodurch die Kaminwirkung des Ka stens und dadurch die Wärmeabgabe ge schwächt wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 unter scheidet sich von der vorangehenden dadurch, dass nur die Hälfte des flach-zylinderförmi- gen Kastens beibehalten und die Rückwand des Kastens durch die Mauer 5 der betreffen den Räumlichkeit selbst gebildet wird. Hier durch wird eine teilweise gekrümmte, daher ziemlich grosse Heizfläche mit gedrängter Bauart erhalten, die im Sinne der eingangs erwähnten Bedingungen nur sehr wenig von der Mauer 5 der Räumlichkeit absteht.
Gemäss Fig. 6 werden die zwischen den Verteilerrohren 1 befindlichen, durchbro chenen Heizflächen oder Flügel 6 nach ge brochenen Linien oder zum Beispiel nach einer Wellenlinie angeordnet, wodurch bei gleicher Raumbeanspruchung bedeutend ver grösserte Heizflächen erzielt werden.
In Verbindung mit den an Hand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen oder in anderer Gestalt ausgebildeten Ausführungsformen des Kanals oder Kastens können die durch- brochenen Heiz- hezw. sowie deren Vereinigung mit dem das innere Me dium führenden Teilen, z. B. Verteiler- bezw. Sammelrohren (oder z. B. bei elektrischer Heizung mit den die elektrischen Zufüh rungsleitungen enthaltenden Röhren) in der verschiedensten Weise ausgeführt werden.
In Fig. 7, 8 und 9 ist in teilweisem waag rechtem Schnitt bezw. in teilweiser Rück ansicht und in teilweisem senkrechtem Schnitt eine Ausführungsform veranschau licht, gemäss welcher durch Einschnitte in der Platte 15a und durch Herauspressen aus der Ebene der Platte flache, taschenförmige An sätze 18 hergestellt werden, die jalousieartige Elementegruppen bilden. Hinter jedem An satz 8 befindet sich eine (in Fig. 8 schwarz ausgefüllte) Öffnung oder ein Kanal 19 und das äussere Medium, z. B.
Luft, strömt zwi schen je zwei übereinander befindlichen Plat tenteilen oder Ansätzen 18 durch die Kanäle 19 derart hindurch, dass sie die äussere Fläche des einen Ansatzes 18 und die Innenfläche des andern Ansatzes bestreicht, und daher gegenüber einer glatten, gelochten Platte mit grösseren Wärmeaustausch-Flächenteilen in Berührung gelangt.
Fig. 7 zeigt gleichzeitig eine Ausführungsform, nach welcher aus vollwandig und in ebener Form belassenen Teilen der Platte 15a gleichzeitig die eine Begrenzungswand 1b der das innere Medium führenden Rohre gebildet wird, während die andere Begrenzungswand 1c der Rohre durch besondere gebogene Plattenstreifen gebildet werden, die an den Plattenteilen zum Bei spiel durch Schweissen oder Löten dicht be festigt werden.
Im übrigen können Wärmeaustausch flächen mit beliebig geformten Durchbre- chungen angewendet werden.