Wärmeaustauscher Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärme- austauscher, bei welchem zwischen einer Flüssigkeit und einer senkrechten oder geneigten Wand ein Wär meaustausch besteht, wobei keine motorisch ange triebenen Mittel zum Umwälzen der Flüssigkeit vor gesehen sind.
Die heute gebräuchlichen Wärmeaustauscher, bei spielsweise zum Wärmeaustausch zwischen zwei Flüs sigkeiten, weisen in der Regel Rohre auf, in denen die eine Flüssigkeit strömt und die den Raum durch setzen, in dem sich die zweite Flüssigkeit befindet. Wärmeaustauscher dieser Art sind durch die Anord nung der genannten Rohre vergleichsweise teuer. Da neben sind Wärmeaustauscher der eingangs erwähn ten Art bekannt, bei denen eine Flüssigkeit mit einer Wand in wärmeaustauschendem Kontakt steht.
Diese Wand kann beispielsweise als Trennwand zwischen zwei Flüssigkeiten betrachtet werden. Wärmeaustau- scher dieser Art zeigen einen vergleichsweise schlech ten Wärmeübergang, so dass sie trotz der sehr ein fachen Konstruktion nur selten zur Anwendung ge langen.
Es ist nun ein Zweck der vorliegenden Erfindung, bei einem Wärmeaustauscher mit einer Trennwand den Wärmeübergang zwischen dieser Wand und einer an diese angrenzenden Flüssigkeit zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, dass in dem die Flüssigkeit aufnehmenden Raum wenigstens angenähert parallel zu der Wand und in deren Nähe mindestens ein Leitblech zur Erhöhung des Wärmeüberganges vorgesehen ist.
Die Erfindung soll anschliessend anhand der An wendung an einem Heizkessel beispielsweise näher erläutert werden, wobei darstellen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Heizkessel mit- Warmwasserboiler, entlang der Schnittlinie 1-I in Fig. 2, Fig.2 einen Querschnitt durch den Kessel der Fig. 1, entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch einen weiteren Kessel der in Fig. 1 gezeigten Art und Fig. 4 ein Befestigungsbeispiel des Leitbleches an der Wand.
Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Heizkessel besteht aus einem Aussenmantel 1 und einem Innenmantel 2. Der Innenmantel 2 umgibt den mit 3 bezeichneten Feuerraum. An den Feuerraum 3 schliessen sich oben mehrere Rauchrohre, bei dem gezeigten Beispiel zwei Rauchrohre 4 an, durch die die Rauchgase abströmen. Die Rauchrohre können abweichend von dem gezeig ten Beispiel auch im Querschnitt rund sein. Der Feuer raum 3 ist durch einen Stutzen 5 zugänglich, der wie dargestellt doppelwandig ausgebildet ist. An dem Stutzen 5 kann ein schematisch bei 6 gezeigter Öl brenner vorgesehen sein. An der dem Stutzen 5 ab gewandten Seite des Feuerraums 3 kann eine Öffnung 7 zum Einlass von Sekundärluft vorgesehen sein.
Der Zwischenraum zwischen dem Innenmantel 2 und dem Aussenmantel 1 ist mit Heisswasser bzw. Kesselwasser gefüllt. Das Heisswasser fliesst beispiels weise durch den Stutzen 9 zu und durch den Stutzen 10 ab und dient zur Speisung eines angeschlossenen Zentralheizungssystems.
In dem Raum oberhalb des Feuerraumes ist der mit 12 bezeichnete Warmwasserboiler vorgesehen. Das Kaltwasser gelangt in den Boiler 12 durch den Stutzen 13, das Warmwasser wird durch den Stutzen 14 abgeführt. Der Boiler 12 schliesst bei dem gezeig ten Ausführungsbeispiel aussen mit dem Aussenman tel 1 ab und innen mit einem den Heisswasserraum begrenzenden Mantel 15. An dem Mantel 15 findet der Wärmeaustausch zwischen dem Heiss- bzw. Kes selwasser und dem Warm- bzw. Brauchwasser statt. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges ist nun innerhalb des Rohres 15 ein Leitblech 16 angeordnet. Dieses Leitblech ist an dem oberen und an dem unteren Ende vorzugsweise strömungsgünstig geformt, wie dies bei 17 und 18 gezeigt ist.
Der mit d bezeich nete Abstand zwischen der innenliegenden Aussen wand des Boilers und dem Leitblech soll zwischen 10 und 20 mm, vorzugsweise 15 mm, betragen.
Während der nach oben gerichteten Strömung des Kesselwassers entlang den Kontaktflächen des Feuerraumes und entlang den Rauchrohren 4 erwärmt sich dieses Wasser stark. In Abhängigkeit von der Betriebsart gelangt das gesamte Wasser oder nur ein Teil hiervor in den Ringspalt zwischen dem im vor liegenden Fall ringförmigen Leitblech 16 und der umgebenden Boilerwand, wie dies durch die Pfeile am oberen Ende der Leitbleche gezeigt ist. Bei der nach unten gerichteten Strömung des Heisswassers in dem Ringspalt gibt das Heisswasser Wärrne an das Brauchwasser ab.
Der Abstand zwischen der Wand 15 und dem Leitblech 16 lässt sich auf einen Optimalwert des Wärmeaustausches zwischen dem Wasser und der Wand 15 einstellen. In der Regel ist dieses Optimum dann erreicht, wenn die bei grösserem Abstand ge- gegebene laminare Strömung gerade in eine turbulente Strömung übergeht. In diesem Fall ist die Strömungs geschwindigkeit in dem Spalt am grössten. Wenn der Abstand zu klein ist, ist die Reibung zwischen der Flüssigkeit und den Wänden zu gross, so dass eine Bremsung der Flüssigkeit stattfindet. In diesem Fall wäre die zusätzlich erzeugte Umwälzung sehr gering.
Ist der Spalt anderseits zu gross, ist die Strömung in dem Spalt zu langsam, was wiederum die Umwäl zung herabsetzt.
Der Abstand zwischen dem Leitblech und der Wand wird in den meisten Fällen zwischen 10 und 20 mm, vorzugsweise 15 mm, betragen.
Das Leitblech 16 muss nicht notwendigerweise ringförmig sein, wie dies in bei dem Kessel der Fig. 1 und 2 der Fall ist. Vielmehr ist u. a. auch eine Unterteilung möglich, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, dass das Leitblech 16 an den Stellen unterbrochen ist, an denen die im Querschnitt rechteckigen Rauchrohre den geringsten Abstand von der inneren Begrenzungswand 15 des Boilers 12 aufweisen.
Die Unterbringung des Leitbleches kann auch dazu verwendet werden, diese an der Wand zu be festigen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 ist die Wand, mit welcher der Wärmeaustausch statt findet, mit 20 bezeichnet, das Leitblech zur Führung der Flüssigkeit mit 21. Wie bei 22 zu ersehen ist, besitzt das Leitblech 21 eine im Querschnitt recht- eckige Ausbuchtung, wobei das ausgebuchtete Flä chenstück 23 an die Wand 20 anliegt und beispiels weise durch eine Niete 24 mit der Wand 20 verbun den ist. Die seitliche Begrenzung der durch das Blech 21 und die Wand 20 gebildeten Kanäle 25 und 26 kann für den Wärmeaustausch vorteilhaft sein.
Mit dem gezeigten Wärmeaustauscher in Form des beschriebenen Heizkessels kann zwischen dem Heisswasser und dem Warmwasserraum ein praktisch gleich guter oder sogar besserer Wärmeübergang er zielt werden, wie bei den Austauschern, die im Warm wasserraum eigene, von dem Heisswasser durch strömte Wärmeaustauschrohre aufweisen. Es ist ohne weiteres zu ersehen, dass die Anordnung eines Leit- bleches an der gemeinsamen Wand einen erheblich geringeren Aufwand erfordert als die Anordnung der erwähnten Wärmeaustauschrohre im Inneren des Boilers.
Heat exchanger The present invention relates to a heat exchanger in which there is a heat exchange between a liquid and a vertical or inclined wall, with no motor-driven means for circulating the liquid being provided.
The heat exchangers in use today, for example for heat exchange between two liqs fluids, usually have tubes in which the one liquid flows and which put through the space in which the second liquid is located. Heat exchangers of this type are comparatively expensive due to the arrangement of the tubes mentioned. In addition, heat exchangers of the type mentioned above are known in which a liquid is in heat-exchanging contact with a wall.
This wall can be viewed, for example, as a partition between two liquids. Heat exchangers of this type show a comparatively poor heat transfer, so that they are rarely used despite their very simple construction.
It is now an aim of the present invention to improve the heat transfer between this wall and a liquid adjoining it in a heat exchanger with a partition wall.
The present invention is characterized in that at least one guide plate for increasing the heat transfer is provided in the space receiving the liquid, at least approximately parallel to the wall and in its vicinity.
The invention will then be explained in more detail using the application to a boiler, for example, wherein: Fig. 1 shows a longitudinal section through a boiler with hot water boiler, along the section line 1-I in FIG 1, along the section line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a section through a further boiler of the type shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows an example of fastening the guide plate to the wall.
The boiler shown in FIGS. 1 and 2 consists of an outer jacket 1 and an inner jacket 2. The inner jacket 2 surrounds the combustion chamber designated by 3. At the top of the furnace 3 are connected several smoke tubes, in the example shown two smoke tubes 4 through which the smoke gases flow off. In contrast to the example shown, the smoke tubes can also have a round cross-section. The fire room 3 is accessible through a nozzle 5, which is double-walled as shown. On the nozzle 5, an oil burner shown schematically at 6 can be provided. On the side of the furnace 3 facing away from the socket 5, an opening 7 for the inlet of secondary air can be provided.
The space between the inner jacket 2 and the outer jacket 1 is filled with hot water or boiler water. The hot water flows, for example, through the nozzle 9 to and from the nozzle 10 and is used to feed a connected central heating system.
The hot water boiler designated by 12 is provided in the space above the furnace. The cold water enters the boiler 12 through the connection 13, the hot water is discharged through the connection 14. The boiler 12 closes in the embodiment shown on the outside with the Aussenman tel 1 and inside with a jacket 15 delimiting the hot water space. On the jacket 15, the heat exchange between the hot or boiler water and the hot or service water takes place. To improve the heat transfer, a baffle plate 16 is now arranged inside the tube 15. This baffle is preferably aerodynamically shaped at the upper and lower end, as shown at 17 and 18.
The distance designated by d between the inner outer wall of the boiler and the guide plate should be between 10 and 20 mm, preferably 15 mm.
During the upward flow of the boiler water along the contact surfaces of the combustion chamber and along the flue pipes 4, this water heats up strongly. Depending on the operating mode, all or part of the water enters the annular gap between the annular baffle 16 and the surrounding boiler wall, as shown by the arrows at the top of the baffles. With the downward flow of hot water in the annular gap, the hot water gives off heat to the service water.
The distance between the wall 15 and the guide plate 16 can be adjusted to an optimum value for the heat exchange between the water and the wall 15. As a rule, this optimum is achieved when the laminar flow given at a greater distance just turns into a turbulent flow. In this case, the flow velocity is greatest in the gap. If the distance is too small, the friction between the liquid and the walls is too great, so that the liquid is decelerated. In this case, the additional circulation generated would be very small.
On the other hand, if the gap is too large, the flow in the gap is too slow, which in turn reduces the circulation.
The distance between the baffle and the wall will in most cases be between 10 and 20 mm, preferably 15 mm.
The baffle 16 does not necessarily have to be annular, as is the case in the boiler of FIGS. Rather, u. a. a subdivision is also possible, as shown in FIG. 3. It can be seen from FIG. 3 that the guide plate 16 is interrupted at the points at which the flue pipes, which are rectangular in cross section, have the smallest distance from the inner boundary wall 15 of the boiler 12.
The accommodation of the baffle can also be used to fasten it to the wall, as shown in FIG. In FIG. 4, the wall with which the heat exchange takes place is denoted by 20, and the guide plate for guiding the liquid is denoted by 21. As can be seen at 22, the guide plate 21 has a bulge with a rectangular cross-section Surface piece 23 rests against the wall 20 and example, verbun by a rivet 24 with the wall 20 is the. The lateral delimitation of the channels 25 and 26 formed by the sheet metal 21 and the wall 20 can be advantageous for the heat exchange.
With the heat exchanger shown in the form of the boiler described, a practically equally good or even better heat transfer can be achieved between the hot water and the hot water room, as with the exchangers that have their own in the hot water room, from the hot water flowing through heat exchange pipes. It can be seen without further ado that the arrangement of a guide plate on the common wall requires considerably less effort than the arrangement of the heat exchange tubes mentioned inside the boiler.