DE102009043712A1

DE102009043712A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102009043712A1
Application number: DE200910043712
Authority: DE
Original assignee: Hampe & Liedtke
Current assignee: Hampe & Liedtke
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von einem ersten Stoffstrom auf einen zweiten Stoffstrom, mit einem Aufnahmeraum (15) für den zweiten Stoffstrom, wobei der Aufnahmeraum (15) eine untere Zuführöffnung (23) und eine obere Auslassöffnung (24) aufweist und der zweite Stoffstrom über die untere Zuführöffnung (23) in den Aufnahmeraum (15) eingeleitet und über eine obere Auslassöffnung (24) aus dem Aufnahmeraum (15) herausgeleitet werden kann und wobei der erste Stoffstrom in einer Leitung (19, 20) geführt ist, die sich durch den Aufnahmeraum (15) erstreckt, nämlich von einer oberen Zuführöffnung (21) der Leitung (19, 20) in Richtung einer unteren Auslassöffnung (22) der Leitung (19, 20). Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die (Auftriebs-)Geschwindigkeit des zweiten Stoffstroms im Aufnahmeraum (15) durch eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Stoffstroms regelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von einem ersten Stoffstrom auf einen zweiten Stoffstrom.
Wärmetauscher dieser Art sind aus der Praxis in zahlreichen Varianten bekannt. Als Stoffe kommen sowohl flüssige als auch gasförmige Medien in Frage. Unter Strom wird die gerichtete Bewegung des Mediums verstanden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Weiterentwicklung bekannter Wärmetauscher, insbesondere im Hinblick auf deren Wirkungsgrad.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass er einen Aufnahmeraum aufweist für den zweiten Stoffstrom, wobei der Aufnahmeraum eine untere Zuführöffnung und eine obere Auslassöffnung aufweist und der zweite Stoffstrom über die untere Zuführöffnung in den Aufnahmeraum ein geleitet und über eine obere Auslassöffnung aus dem Aufnahmeraum herausgeleitet werden kann und wobei der erste Stoffstrom in einer Leitung geführt ist, die sich durch den Aufnahmeraum erstreckt, nämlich von einer oberen Zuführöffnung der Leitung in Richtung einer unteren Auslassöffnung der Leitung, wobei die (Auftriebs-)Geschwindigkeit des zweiten Stoffstroms im Aufnahmeraum durch eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Stoffstroms regelbar ist.
Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe der Steuerung der Fördereinrichtung eine besonders gute Wärmeübertragung erzielt werden kann. Beispielsweise kann bei einer hohen Temperatur des ersten Stoffstroms die Geschwindigkeit des zweiten Stoffstroms mittels der Fördereinrichtung erhöht werden. Umgekehrt kann die Geschwindigkeit bei einer niedrigeren Temperatur verringert werden.
Eine weitere Besonderheit, bei der es sich um eine Weiterentwicklung der vorstehend genannten Erfindung aber auch um eine eigenständige Erfindung handeln kann, weist die Merkmale des Anspruchs 2 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass der Leitung für den ersten Stoffstrom ein Kühlbereich zugeordnet ist zum Kühlen des zweiten Stoffstroms im Anschluss an die Übertragung der Wärme an den zweiten Stoffstrom.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Kühlung des Stoffstroms im Anschluss an die Wärmeübertragung bzw. im Anschluss an den Bereich der Vorrichtung, in dem die Wärmeübertragung maßgeblich stattfindet, ein besonders hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung erreicht werden kann.
Vorzugsweise weist der Wärmetauscher ein Gehäuse auf, in dem sowohl der Aufnahmeraum als auch der Kühlbereich angeordnet ist. Bei dem Fördermittel handelt es sich vorzugsweise um eine drehzahlgeregelte Pumpe.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Wärmetauschers,
2 eine weitere schematische Seitenansicht des Wärmetauschers,
3 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher, und
4 ein Vertikalschnitt durch den Wärmetauscher entlang Schnittlinie A-A in 3.
1–4 zeigen einen Wärmetauscher 10. Die gezeigten Abmessungen sind rein exemplarisch. Der Wärmetauscher 10 kann größere oder geringere Abmessungen aufweisen je nach Einsatzzweck.
Der Wärmetauscher 10 verfügt über ein Gehäuse 11 mit einer oder mehreren aufrechten Seitenwänden 12, einer Deckelwand 13 und einer Bodenwand 14. Im vorliegenden Fall ist das Gehäuse 11 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, sodass das Gehäuse 11 insgesamt eine zylindrische Form aufweist. Grundsätzlich sind aber auch abweichende Formen denkbar.
Das Gehäuse 11 ist im Wesentlichen geschlossen ausgebildet. Lediglich einige Öffnungen für die Zuführung und als Auslass für die benötigten Medien sind vorhanden. Diese werden nachfolgend im Zusammenhang mit Ihrer Funktion beschrieben.
Das Gehäuse 11 ist im Wesentlichen zweigeteilt und verfügt über einen oberen Aufnahmeraum 15 und einen unteren Kühlbereich 16. Aufnahmeraum 15 und Kühlbereich 16 sind durch eine Wandung 17 im Wesentlichen voneinander getrennt. Die Wandung 17 weist einen zentralen Durchbruch 18 für medienführende Leitungen auf.
Durch das Gehäuse 11 verlaufen zwei Leitungen 19, 20 zur Aufnahme eines ersten Stoffstroms, beispielsweise eines Heißgases. Die Leitungen 19, 20 sind durch die Deckelwand 13 hindurchgeführt und weisen dort entsprechende Zuführöffnungen 21 für das entsprechende Medium auf. Die Leitungen 19, 20 verlaufen in der Nähe der Deckelwand 13 geradlinig abwärts im Gehäuse 11 und sind dann bis kurz vor die Wandung 17 spiralförmig geformt. Die beiden Leitungen 19, 20 sind dabei doppelläufig angeordnet, derart, dass die Wendeln der Spindel versetzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr dichte Anordnung der beiden Spindeln. Im Bereich des Durchbruchs 18 und im Kühlbereich 16 verlaufen die Leitungen 19, 20 wieder geradlinig in Richtung der Bodenwand 14. Kurz vor der Bodenwand 14 verlaufen die Leitungen 19, 20 in radialer Richtung und sind durch die Seitenwand 12 nach außen geführt. Dort sind entsprechende Auslassöffnungen 22 für das in den Leitungen 19, 20 geführte Medium gebildet. Nicht gezeigt ist die Rückführung des in den Leitungen 19, 20 geführten Mediums zu den Zuführöffnungen 21 und die Erhitzung des Mediums in geeigneten Einrichtungen. Das Medium wird entsprechend im Kreis geführt.
Im Bereich der Seitenwand 12 sind übereinander mehrere Zuführöffnungen 23 für einen zweiten Stoffstrom ausgebildet. Durch eine oder mehrere dieser Zuführöffnungen 23 kann der zweite Stoffstrom in den Aufnahmeraum 15 einströmen. Auch der zweite Stoffstrom wird in einem Kreislauf geführt und über eine Auslassöffnung 24 im Bereich der Deckelwand 13 aus dem Aufnahmeraum 15 herausgeführt. Wie bei den Leitungen 19, 20 ist der Rest des Kreislaufs nicht dargestellt. Denkbar ist zum Beispiel die Nutzung des im zweiten Stoffstrom geführten Mediums für eine Heizeinrichtung.
Weiterhin ist im Kühlbereich 16 eine Zuführöffnung 25 für ein Kühlmedium vorgesehen. Durch die Zuführöffnung 25 kann das Kühlmedium in den Kühlbereich 16 einströmen und durch eine Auslassöffnung 26 wieder verlassen. Auch das Kühlmedium wird in einem Kreislauf geführt, wobei wie bei den anderen Kreisläufen die übrigen Teile des Kreislaufes nicht dargestellt sind.
Die soweit beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt: Über die Zuführöffnungen 21 wird ein erster Stoffstrom in die Leitungen 19, 20 geführt, der unterseitig durch die Auslassöffnungen 22 das Gehäuse 11 wieder verlässt. Gleichzeitig wird über eine oder mehrere Zuführöffnungen 23 der zu erwärmende zweite Stoffstrom in den Aufnahmeraum 15 geführt und über die Auslassöffnung 24 herausgeführt. Auf diese Weise wird der Wärme abgebende erste Stoffstrom entgegen dem zweiten Stoffstrom bewegt, wobei eine Wärmeübertragung stattfindet. Aufgrund der Leitungsführung ergibt sich im Wesentlichen ein Kreuzgegenstrom.
Eine Besonderheit besteht darin, dass die Geschwindigkeit, mit der der zweite Stoffstrom durch den Aufnahmeraum 15 geführt wird, steuerbar ist. Hierzu sind nicht gezeigte Sensoren im Aufnahmeraum 15 und/oder den Leitungen 19, 20 und/oder an anderen Positionen vorgesehen, mit denen die Temperatur an verschiedenen Stellen des Aufnahmeraums 15 und/oder des ersten Stoffstroms gemessen werden kann. Je nach ermittelter Temperatur wird eine Fördereinrichtung, beispielsweise eine nicht gezeigte Pumpe, für den zweiten Stoffstrom gesteuert, nämlich derart, dass die Geschwindigkeit des zweiten Stoffstroms um so größer ist je höher die ermittelte Temperatur ist und umgekehrt. Die Geschwindigkeit kann beispielsweise durch Anpassung der Drehzahl der Pumpe gesteuert werden.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der durch die Leitungen 19, 20 geführte erste Stoffstrom im Kühlbereich 16 gekühlt wird. Hierzu wird im Kühlbereich 16 ein Kühlmedium zirkuliert, das über die Zuführöffnung 25 zugeführt und über die Auslassöffnung 26 abgeleitet wird. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um Wasser handeln.
Wie aus den Figuren ersichtlich sind mehrere Zuführöffnungen für den zweiten Stoffstrom vorgesehen, die mit Abstand übereinander angeordnet sind. Je nach Einsatz des Wärmetauschers kann der zweite Stoffstrom durch verschiedene Zuführöffnungen 23 in den Aufnahmeraum 15 geleitet werden. Die Auswahl der Zuführöffnung 23 kann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur des zweiten Stoffstroms erfolgen.
Der im Aufnahmeraum 15 befindliche zweite Stoffstrom steigt aufgrund der Erwärmung auf. Grundsätzlich kann deshalb auch auf die Pumpe verzichtet werden. Aufgrund der Erwärmung ergibt sich immer wenigstens eine geringe Zirkulation im Kreislauf.
Es versteht sich, dass nicht zwangsläufig zwei Leitungen 19, 20 vorhanden sein müssen. Die Leitungen 19, 20 müssen auch nicht spiralförmig gewendelt sein. Ebenso ist es denkbar, dass nur eine Zuführöffnung 23 vorhanden ist oder dass mehrere Zuführöffnungen 23 auf der gleichen Höhe vorhanden sind.
Als Medium für den ersten Stoffstrom kommt insbesondere ein Heißgas in Frage. Als Medium für den zu erwärmenden zweiten Stoffstrom ist beispielsweise Wasser denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Wärmetauscher
11: Gehäuse
12: Seitenwand
13: Deckelwand
14: Bodenwand
15: Aufnahmeraum
16: Kühlbereich
17: Wandung
18: Durchbruch
19: Leitung
20: Leitung
21: Zuführöffnung
22: Auslassöffnung
23: Zuführöffnung
24: Auslassöffnung
25: Zuführöffnung
26: Auslassöffnung

Claims

Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von einem ersten Stoffstrom auf einen zweiten Stoffstrom, mit einem Aufnahmeraum (15) für den zweiten Stoffstrom, wobei der Aufnahmeraum (15) eine untere Zuführöffnung (23) und eine obere Auslassöffnung (24) aufweist und der zweite Stoffstrom über die untere Zuführöffnung (23) in den Aufnahmeraum (15) eingeleitet und über eine obere Auslassöffnung (24) aus dem Aufnahmeraum (15) herausgeleitet werden kann und wobei der erste Stoffstrom in einer Leitung (19, 20) geführt ist, die sich durch den Aufnahmeraum (15) erstreckt, nämlich von einer oberen Zuführöffnung (21) der Leitung (19, 20) in Richtung einer unteren Auslassöffnung (22) der Leitung (19, 20), wobei die (Auftriebs-)Geschwindigkeit des zweiten Stoffstroms im Aufnahmeraum (15) durch eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Stoffstroms regelbar ist.
Wärmetauscher insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Leitung (19, 20) für den ersten Stoffstrom ein Kühlbereich (16) zugeordnet ist zum Kühlen des zweiten Stoffstroms im Anschluss an die Übertragung der Wärme an den zweiten Stoffstrom.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbereich (16) im Anschluss an den Aufnahmeraum (15) angeordnet ist, vorzugsweise unterhalb des Aufnahmeraums (15).
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) ein Gehäuse (11) aufweist, in dem der Aufnahmeraum (15) gebildet ist
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Aufnahmeraums (15) der Kühlbereich (16) im Gehäuse (11) gebildet ist, und dass Aufnahmeraum (15) und Kühlbereich (16) durch eine Wandung (17) im Gehäuse (11) wenigstens teilweise voneinander getrennt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) im Bereich des Aufnahmeraums (15) mehrere Zuführöffnungen (23) aufweist, die im Strömungsrichtung des zweiten Stoffstroms aufeinander folgend und mit Abstand zueinander angeordnet sind, zur wahlweisen und/oder zeitgleichen Einleitung derselben oder verschiedener zweiter Stoffströme.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (24) für den zweiten Stoffstrom im Bereich einer Oberseite des Gehäuses (11) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung durch eine drehzahlgeregelte (Umwälz-)Pumpe gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (19, 20) als spiralförmige Rohrleitung ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei spiralförmige Rohrleitungen vorhanden sind, die doppelläufig angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (19, 20) im Kühlbereich (16) geradlinig geführt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Stoffstrom ein Heißgas zum Einsatz kommt und dass als zweiter Stoffstrom Wasser zum Einsatz kommt.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbereich (16) an einen separaten Kreislauf für ein Kühlmedium, insbesondere Wasser angeschlossen ist und von diesem durchströmt wird.