W ärmeaustauschvorrichtung. Wärmeaustauschv orriehtungen, bei denen das eine Wärmeaustauschmittel in minde stens einem Rohrabschnitt geführt ist, der eine Anzahl im Abstand voneinander ange ordnete Blechlamellen trägt, zwischen denen das andere Wärmeaustauschmittel hindurch strömt, 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 einzu fügen, welche eine Erhöhung der' spezifischen Leistung des Wärmeaustauschers bewirken sollen. Bei diesen bekannten Vorschlägen sind aber die Auspräbungen bzw. Wulste derart ausgebildet und angeordnet, dass die Strö mungswege zwischen\ je zwei Lamellen an be stimmten Stellen verengt werden.
Ein solcher bekannter Vorschlag sieht beispielsweise Ein prägungen in den Lamellen vor, die so ange ordnet sind, dass das die Lamellenzwischen- felder durchströmende -NV ärmeaustauschmittel gegen die diese Zwischenfelder durchsetzen den 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 an dern bekannten Ausführung dieser Art wird angestrebt, das strömende Wärmeaustausch mittel gegen die Lamellenwä.nde hin zu drän- gen, wobei es jedoch von den Rohrabschnitten, besonders von deren im Strömungsschatten liegenden Umfangsteil abgelenkt wird, so dass der Wärmeaustausch eher verschlechtert als verbessert wird. Aus diesen Gründen haben die bekannten Ausführungsbeispiele keine praktische Bedeutung erlangen können.
Bisher sind beispielsweise für Flüssigkeits durchlauferhitzer ausschliesslich solche Wärme- austauscher praktisch verwirklicht worden, bei denen die Lamellen aus glatten Blechen ohne Ausprägungen oder dergleichen bestehen.
Die Erfindung befasst sich mit der glei chen Aufgabe wie die eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtungen, unterscheidet sich jedoch dem Bekannten gegenüber dadurch, da.ss die Ausprägungen Durchbrüche mit in die Felder zwischen die Lamellen hineinragen den, gegen die Strömungsrichtung des Wärme austauschmittels gerichteten Kanten aufwei sen. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch die innerhalb des Strömungsfeldes zwi schen zwei Lamellen verlaufenden Strömungs fäden zu einer unerwartet raschen Wärme abgabe an die Lamellen veranlasst werden.
Dies ist vor allen Dingen darauf zurückzufüh ren, 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 Strö mungsfeld hineinragenden Kanten auftreffen und ausserdem mit den an diese Kanten an- schliessenden Flächenteilen in Berührung kommen und dabei ihre Wärme durch Kon vektion an die Lamellen abgeben können.
Es hat sich ergeben, dass bei Flüssigkeits durchlauferhitzern 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 er höht werden kann.
Die Zeichnung veranschaulicht drei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des. Es zeigen in verschiedenen' Massstäben dargestellt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine sche matisch dargestellte Wärmeaustauschvorrich- tung für Flüssigkeitsdurchlauferhitzer nach Linie<B>1-1</B> in Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäss Fig. 1 in Richtung des Pfeils A ge sehen, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den 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 Wärme austauschmittels zwischen den Lamellen ver anschaulicht.
Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbei spiel 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 Aus schnittes aus einer Lamelle mit ihrer der Strömungsrichtung des Austauschmittels ent- gegengerichteten untern Kante.
Die dargestellte Vorrichtung enthält drei parallel zueinander in einer Ebene angeord nete Rohrabschnitte 1, 2 und 3, auf denen eine Anzahl im Abstand voneinander angeord nete Blechlamellen 4 sitzen. Die Rohrab schnitte mit den Lamellen 4 sind in einen Blechrahmen 5 eingesetzt, wobei die Rohr enden durch den Rahmen. 5 hindurchragen und in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise durch Rohrbögen 6 und 7 zu einer Rohr schlange miteinander verbunden sind. An das freie Ende des Rohres 1 ist eine Kaltwasser- zuflussleitung 8 und an das freie Ende des Rohres 3 eine Warmwasserabflussleitung 9 an geschlossen. Der Rahmen 5 ist auf ein oben und unten offenes Gehäuse 10 aufgesetzt.
Der Innenraum dieses Gehäuses dient als Auf triebskammer für die Heizgase eines unterhalb des Gehäuses angeordneten Gasbrenners 11.
Jede Lamelle 4 ist mit drei herausgedrüek- ten kragenförmigen Rohransätzen 12 versehen, welche die Rohre fest umschliessen. Diese Rohransätze 12 könnten auch so lange aus gebildet sein, da.ss sie gleichzeitig als Abstands halter 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 Ab schnitt 14 der Lamelle ist taschenförmig aus der Ebene 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, das heisst kleiner als 45 Grad.
Die untere Kante 16 der herausgedrüekten Abschnitte 14 ist gegen die Strömungsrichtung des zwi- sehen den Lamellen hindurchströmenden Wärmeaustauschmittels gerichtet und reicht mindestens annähernd bis zur Feldmitte zwi schen 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 benachbarter Lamellen sind in der Höhe gegeneinander ver setzt.
Wie die in Fig. 7 eingezeichneten Strom fäden veranschaulichen, wird jedes Strömungs feld durch die Herausdrückungen so aufge teilt, dass hinter den Herausdrückungen auch das Mittelgebiet jedes Strömungsfeldes in unmittelbare Berührung mit den Lamellen wänden gebracht wird. Die flache Neigung der Wandabschnitte 14 zu der Ebene der La mellen 4 bewirkt, dass das Strömungsmittel nicht gestaut wird.
Durch die Anordnung der Durchbrüche 7.5 zwischen den Rohransätzen wird erreicht, dass die Strömungsfäden des in der Mitte liegenden heissesten Gebietes jedes zwischen zwei Lamellen liegenden Strö mungsfeldes teilweise gegen die vorspringen den 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, son dern vor allen Dingen durch Konv ektion 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 verschie denen Seiten herausgedrückten Streifen 18 versehen, welche die Gestalt eines U-förmigen Bügels haben. Die Flächen dieser Heraus- drückungen 18 liegen parallel zu der Strö mungsrichtung des Wärmeaustauschmittels. Die Streifen 18, deren untere Kante 19 gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustausch mittels gerichtet ist, umschliessen einen Kanal 20, der von dem Wärmeaustauschmittel durch strömt wird. Die Stromfäden des mittleren Gebietes jedes Strömungsfeldes treffen teil weise 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 be sitzen und bei glatter Ausbildung der Lamel len mir durch Strahlung Wärme an die La mellen abführen können, in vorteilhafter Weise ihre Temperatur durch Konvektion ab geben, wodurch eine wesentliche Steigerung der spezifischen Leistung des Wärmeaustau- schers erzielt wird.
Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten La mellen könnten in ihrer obern, über den Was ser führenden Rohren 1, 2, 3 liegenden Ab schnitten natürlich auch noch mit Querrippen 17 gemäss den Fig. 1 bis 6 versehen sein.
Die der Strömungsrichtung des Wärmeaus- tauschmittels zugekehrte untere Längskante der Lamellen 4 könnte ferner, wie Fig. 10 zeigt, eine durch Herausdrückungen herge stellte Faltung 21 bzw. Wellung aufweisen. Hierdurch wird die untere Längskante der Lamellen ohne Mehraufwand an Material ver längert und die anschliessende Fläche vergrö ssert, so dass schon an der ersten Berührungs stelle zwischen dem Wärmeaustauschmittel und den Lamellen eine weitgehende Wärme übertragung stattfinden kann.
Heat exchange device. Wärmeaustauschv orriehtungen, in which the one heat exchange medium is guided in at least one pipe section, which carries a number of spaced-apart sheet metal fins, between which the other heat exchange medium flows through, are known and, for example, common practice in gas-fired liquid flow heaters.
It is also known in devices of this type to provide the sheet metal lamellas with embossments or to insert bead-like obstacles between the lamellae, which are intended to increase the 'specific performance of the heat exchanger. In these known proposals, however, the extrusions or beads are designed and arranged in such a way that the flow paths between each two lamellae are narrowed at certain points.
Such a known proposal provides, for example, impressions in the lamellae, which are arranged in such a way that the -NV heat exchange medium flowing through the lamellae intermediate fields is pushed towards the pipe sections that penetrate these intermediate fields, in particular against their areas in the flow shadow , whereby a heat build-up occurs in the vicinity of these surfaces, so that the relative heat exchange is disadvantageously reduced.
In another known embodiment of this type, the aim is to push the flowing heat exchange medium against the lamella walls, whereby, however, it is deflected from the pipe sections, especially from their peripheral part lying in the flow shadow, so that the heat exchange tends to deteriorate rather than is improved. For these reasons, the known exemplary embodiments have not been able to acquire any practical significance.
So far, for example, only those heat exchangers have been practically implemented for instantaneous water heaters, in which the lamellas consist of smooth metal sheets without embossing or the like.
The invention is concerned with the same task as the known devices described at the outset, but differs from the known device in that the forms have openings with edges that protrude into the fields between the lamellae and are directed against the flow direction of the heat exchange medium . In this way, it can be achieved that the flow threads running between two lamellae within the flow field are also induced to give up unexpectedly rapid heat to the lamellae.
This is mainly due to the fact that some of the flow threads, which in the previously practically implemented heat exchangers could only dissipate heat to the fins by radiation, now hit the edges protruding into the flow field according to the invention and also with the surface parts adjoining these edges come into contact and can give off their heat to the lamellas by convection.
It has been found that with liquid flow heaters for the necessary heat exchange between the heating gases and the liquid, significantly fewer fins of the type according to the invention are required than with the previously practically implemented heat exchangers of the type mentioned, so that the efficiency of the heat transfer by using the lamella design according to the Invention he can be increased significantly.
The drawing illustrates three exemplary embodiments of the subject matter of the invention. It shows, shown in different scales, FIG. 1, a longitudinal section through a schematically illustrated heat exchange device for fluid flow heaters along line 1-1 in FIG. 2, FIG FIG. 2 shows a top view of the device according to FIG. 1 in the direction of arrow A, FIG. 3 shows a longitudinal section through the heat exchanger along line III-III in FIG.
Fig. 4 is a side view of a portion of a single lamella, Fig. 5 is a section along line V-V and Fig. 6 is a section along line VI-VI in Fig. 4, while Fig. 7 illustrates the flow path of the heat exchange medium between the lamellae ver.
Fig. 8 shows a second Ausführungsbei play on a partial longitudinal section through the heat exchanger along line VIII-VIII of FIG. 9, FIG. 9 shows a cross section along line IX-IX of FIG. 8 and FIG. 10 shows a third embodiment in a diagrammatic representation of a From a section of a lamella with its lower edge facing the direction of flow of the exchange medium.
The device shown contains three parallel to each other in a plane angeord designated pipe sections 1, 2 and 3, on which a number of spaced apart angeord designated sheet metal lamellas 4 sit. The Rohrab sections with the fins 4 are inserted into a sheet metal frame 5, the tube ending through the frame. 5 protrude and in the manner shown in FIG. 2 are connected to one another by pipe bends 6 and 7 to form a snake pipe. A cold water inflow line 8 is connected to the free end of the pipe 1 and a warm water outflow pipe 9 is connected to the free end of the pipe 3. The frame 5 is placed on a housing 10 that is open at the top and bottom.
The interior of this housing serves as a drive chamber for the heating gases of a gas burner 11 arranged below the housing.
Each lamella 4 is provided with three protruding collar-shaped tube attachments 12 which firmly enclose the tubes. These pipe sockets 12 could also be formed from da.ss that they simultaneously serve as a spacer between the slats pushed onto the pipe sections 1 to 3.
In the embodiment according to FIGS. 1 to 7, the lamellas have at least one incision 13 between their pipe sockets and in the same plane with them. The section 14 of the lamella located above the incisions is pushed out of the plane of the lamella in the shape of a pocket so that a passage opening 15 is formed from one side to the other of the lamella. The section 14 has an angle of inclination that is as flat as possible to the plane of the slats, that is to say less than 45 degrees.
The lower edge 16 of the pressed-out sections 14 is directed against the flow direction of the heat exchange medium flowing between the lamellae and extends at least approximately to the center of the field between two adjacent lamellae. A bead-like rib 17 is embossed into each lamella above the pipe sockets 12 and the protrusions 14 over the entire length of the lamella. The ribs 17 of adjacent slats are set against each other in height ver.
As the flow filaments shown in Fig. 7 illustrate, each flow field is divided up by the push-outs so that behind the push-outs the central area of each flow field is brought into direct contact with the lamellar walls. The shallow inclination of the wall sections 14 to the plane of the lamellas 4 has the effect that the fluid is not dammed up.
The arrangement of the openings 7.5 between the pipe sockets ensures that the flow threads of the hottest area in the middle of each flow field lying between two lamellas partially hit the protruding edges 16 of the pressures and then come into direct contact with the wall surfaces of the pressures and the lamellar walls themselves come, whereby they can dissipate their heat not only through radiation, but above all through convection to the lamellas.
The purpose of the transverse ribs 17 is that the heat exchange medium, after the main heat exchange has already taken place, hits an end face over the entire length of the flow field and must pass through a throttle point. As a result, an intensive heat exchange also takes place in the last section of the exchange field.
According to FIGS. 8 and 9, the slats 4 are provided with a number of strips 18 which are pressed out alternately according to the various sides which have the shape of a U-shaped bracket. The surfaces of these depressions 18 lie parallel to the direction of flow of the heat exchange medium. The strips 18, the lower edge 19 of which is directed against the flow direction of the heat exchange means, enclose a channel 20 through which the heat exchange means flows. The flow filaments of the central area of each flow field partially meet the edges 19 and then flow in contact with the wall surfaces of the strips 18 on.
The flow threads in the middle of each flow field, which in water heaters have the highest temperature in the flow field and can dissipate heat to the slats by radiation if the slats are smooth, can advantageously give off their temperature by convection, whereby a significant increase in the specific performance of the heat exchanger is achieved.
The lamellae shown in Figs. 8 and 9 could be cut in their upper, over the What water leading pipes 1, 2, 3 from naturally also be provided with transverse ribs 17 according to FIGS.
The lower longitudinal edge of the lamellae 4 facing the direction of flow of the heat exchange medium could furthermore, as FIG. 10 shows, have a fold 21 or corrugation produced by pressing out. As a result, the lower longitudinal edge of the lamellas is lengthened without additional material expenditure and the adjoining surface is enlarged so that extensive heat transfer can take place at the first point of contact between the heat exchange medium and the lamellas.