DE102012008183B4 - heat exchanger kit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen von einem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt (12; 112; 212; 312), ein erstes und ein zweites Rohr (14, 16; 114,116; 214, 216; 314, 316), die konzentrisch angeordnet sind und die zwischen sich einen Ringraum (18; 118; 218; 318) zur Führung des wärmeaufnehmenden Mediums ausbilden, einen ersten Zulauf (20; 120; 220; 320) und einen ersten Ablauf (22; 122, 222; 322) in dem ersten Rohr (14; 114; 214; 314) für das wärmeaufnehmende Medium, wobei der erste Zulauf (20; 120; 220; 320) und der erste Ablauf (22; 122, 222; 322) mit dem Ringraum (18; 118; 218; 318) kommunizieren, so dass der Ringraum (18; 118; 218; 318) und der erste Ablauf (22; 122, 222; 322) ein geschlossenes Leitungssystem für das wärmeaufnehmende Medium bilden, und Umlenkschikanen (28; 128), die in dem Ringraum (18; 118; 218; 318) vorgesehen sind, wobei das erste Rohr (14; 114; 214; 314) an seiner Stirnseite nur im Bereich des Ringraums (18; 118; 218; 318) verschlossen ist und das erste und zweite Rohr (14, 16; 114, 116; 214, 216; 314, 316), der erste Zulauf (20; 120; 220; 320) und der erste Ablauf (22; 122; 222; 322) als Einsatz in dem von dem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt (12; 112; 212; 312) ausgebildet sind.The present invention relates to a pipe section (12; 112; 212; 312) through which a heat transfer medium flows, a first and a second pipe (14, 16; 114,116; 214,216; 314,316) which are arranged concentrically and which are arranged between them forming an annular space (18; 118; 218; 318) for guiding the heat-absorbing medium, a first inlet (20; 120; 220; 320) and a first outlet (22; 122,222; 322) in the first tube (14; 114; 214; 314) for the heat-receiving medium, wherein the first inlet (20; 120; 220; 320) and the first outlet (22; 122,222; 322) communicate with the annulus (18; 118; 218; 318) in that the annular space (18; 118; 218; 318) and the first outlet (22; 122,222; 322) form a closed conduit system for the heat-absorbing medium, and deflection baffles (28; 128) which are located in the annular space (18 118; 218; 318), the first tube (14; 114; 214; 314) being closed at its front side only in the region of the annular space (18; 118; 218; d the first and second tubes (14, 16; 114, 116; 214, 216; 314, 316), the first inlet (20; 120; 220; 320) and the first outlet (22; 122; 222; 322) are designed as inserts in the pipe section (12; 112; 212; 312) through which the heat transfer medium flows ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscherbausatz zum Einsetzen in einen von einem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt.The present invention relates to a heat exchanger kit for insertion into a pipe section through which a heat transfer medium flows.
Wärmetauscher finden bei einer Vielzahl von Anwendungen ihren Einsatz und sind beispielsweise in den Dokumenten
Es ist bekannt, dass beispielsweise bei einer Zentralheizung die in die Umwelt abgegebenen Rauchgase noch einen vergleichsweise hohen Wärmegehalt besitzen. Die Temperaturen der Rauchgase können durchaus in einem Bereich von 250°C bis 400°C liegen. In der Regel wird diese Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben, was äußerst unbefriedigend ist.It is known that, for example, in a central heating, the emitted into the environment flue gases still have a relatively high heat content. The temperatures of the flue gases may well be in the range of 250 ° C to 400 ° C. In general, this heat is released unused to the environment, which is extremely unsatisfactory.
So wurden bereits Versuche unternommen, die Abgaswärme von Heizungsanlagen mittels Wärmetauscher zu nutzen.Thus, attempts have already been made to use the exhaust heat of heating systems by means of heat exchangers.
Die
Der Wirkungsgrad dieses Wärmetauschers ist noch nicht befriedigend. Es ist daher wünschenswert, den Wirkungsgrad eines solchen Wärmetauschers weiter zu erhöhen.The efficiency of this heat exchanger is not yet satisfactory. It is therefore desirable to further increase the efficiency of such a heat exchanger.
Die
Für den Einsatz in einem Rauchrohr/Abgasrohr ist diese Vorrichtung weniger geeignet, da das wärmetragende Medium in einer Ringkammer/Ringspalt geführt wird. Würde das Rauchgas in der Ringkammer/dem Ringspalt geführt, würde dies zu einem hohen Rauchgaswiderstand in einem Abgasrohr führen. Die Folge wäre eine Beeinträchtigung des Abzugs der Rauchgase aus dem Heizkessel in den Schornstein.For use in a smoke pipe / exhaust pipe, this device is less suitable because the heat-carrying medium is guided in an annular chamber / annular gap. If the flue gas were guided in the annular chamber / the annular gap, this would lead to a high flue gas resistance in an exhaust pipe. The consequence would be an impairment of the deduction of flue gases from the boiler in the chimney.
In der
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher-Bausatz zum Einsetzen in einen von einem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt für die Wärmerückgewinnung aus Abgasen oder Rauchgasen einer Heizungsanlage bereitzustellen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist, den Rauchabzug nicht wesentlich behindert und darüber hinaus kostengünstig ist.It is an object of the present invention to provide a heat exchanger kit for insertion into a flowed through by a heat transfer tube section for heat recovery from exhaust gases or flue gases of a heating system, which has a high efficiency, does not significantly hinder the flue and is also inexpensive.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Wärmetauscher-Bausatz zum Einsetzen in einen von einem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt bestehend aus einem ersten und einem zweiten Rohr, die konzentrisch angeordnet sind, wobei die Rohre zwischen sich einen Ringraum zur Führung des wärmeaufnehmenden Mediums ausbilden, das erste Rohr an seinen Stirnseiten im Bereich des Ringraums verschlossen ist und das zweite Rohr an seinen Stirnseiten offen ist, einem ersten Zulauf und einem ersten Ablauf in dem ersten Rohr für das wärmeaufnehmende Medium, wobei der erste Zulauf und der erste Ablauf mit dem Ringraum kommunizieren, so dass der Ringraum, der erste Zulauf und der erste Ablauf ein geschlossenes Leitungssystem für das wärmeaufnehmende Medium bilden, und Umlenkschikanen, die in dem Ringraum vorgesehen sind und die das wärmeaufnehmende Medium wendelförmig durch den Ringraum oder mehrfach in Längsrichtung durch den Ringraum führen.According to the invention the object is achieved by a heat exchanger kit for insertion into a flow-through of a heat pipe section consisting of a first and a second tube, which are arranged concentrically, wherein the tubes between them form an annular space for guiding the heat-absorbing medium, the first tube is sealed at its end faces in the region of the annular space and the second tube is open at its end faces, a first inlet and a first outlet in the first tube for the heat-absorbing medium, wherein the first inlet and the first outlet communicate with the annular space, so that the annular space, the first inlet and the first outlet form a closed conduit system for the heat-absorbing medium, and deflection baffles which are provided in the annular space and which guide the heat-absorbing medium helically through the annular space or several times in the longitudinal direction through the annular space.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Bausatz strömt der Wärmeträger im Rohrabschnitt außen um das erste Rohr herum und durch das zweite Rohr hindurch. Die beiden konzentrisch angeordneten Rohre bieten nur einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand für den durch den Rohrabschnitt hindurchströmenden Wärmeträger. Die in dem Ringraum zwischen dem ersten und zweiten Rohr angeordneten Umlenkschikanen erhöhen die Verweilzeit des wärmeaufnehmenden Mediums in dem von dem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt, so dass ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad erreicht wird.In the heat exchanger kit according to the invention, the heat transfer medium in the pipe section flows around the outside of the first pipe and through the second pipe. The two concentrically arranged tubes offer only a comparatively low flow resistance for the heat transfer medium flowing through the tube section. The deflection baffles arranged in the annular space between the first and second tubes increase the residence time of the heat-absorbing medium in the tube section through which the heat-transfer medium flows, so that a comparatively high degree of efficiency is achieved.
Der Wärmetauscher-Bausatz ist vergleichsweise kostengünstig in dem von einem Wärmeträger durchströmten Rohrabschnitt vor Ort montierbar. Besonders einfach wird der Einbau, wenn der Wärmetauscher-Bausatz und der Rohrabschnitt als ein Bausatz ausgebildet sind, der in ein Rohr einsetzbar ist. The heat exchanger kit is relatively inexpensive in the flowed through by a heat transfer pipe section mounted on site. Installation becomes particularly simple if the heat exchanger kit and the pipe section are designed as a kit which can be inserted into a pipe.
Gemäß der Erfindung sind die Umlenkschikanen ausgelegt, das wärmeaufnehmende Medium wendelförmig durch den Ringraum oder mehrfach in Längsrichtung durch den Ringraum zu führen.According to the invention, the deflection baffles are designed to guide the heat-absorbing medium helically through the annulus or several times in the longitudinal direction through the annulus.
Hierbei sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Umlenkschikanen als Führungselemente ausgebildet, die in Axialrichtung des ersten und zweiten Rohres wendelförmig im dem Ringraum geführt sind. Die Führungselemente sind bevorzugt plattenförmig aus Metall, insbesondere aus Blech, oder Kunststoff.Here, in a preferred embodiment, the deflection baffles are designed as guide elements, which are guided in the axial direction of the first and second tube helically in the annular space. The guide elements are preferably plate-shaped made of metal, in particular of sheet metal, or plastic.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfassen die Umlenkschikanen ein erstes und ein zweites plattenförmiges, parallel zur Rohrachse ausgerichtetes Führungselement, das jeweils an dem ersten und zweiten Rohr und an wenigstens einer Stirnfläche des Ringraums befestigt ist, so dass zwischen dem ersten und zweiten Rohr ein erster Füllraum ausgebildet ist, wobei der erste Zulauf in dem ersten Rohr mit dem ersten Füllraum kommuniziert und wobei am ersten und/oder zweiten Führungselement eine erste innere Ablauföffnung vorgesehen ist. Auf diese Weise ist es möglich, das wärmeaufnehmende Medium segmentweise längs des ersten und zweiten Rohres zu führen und dann wieder längs in die entgegengesetzte Richtung zu lenken, um die Verweilzeit des wärmeaufnehmenden Mediums in dem Ringraum zu erhöhen.In an alternative preferred embodiment, the deflection baffles comprise a first and a second plate-shaped, aligned parallel to the tube axis guide member which is respectively secured to the first and second tube and at least one end face of the annulus, so that between the first and second tube, a first filling space is formed, wherein the first inlet in the first tube communicates with the first filling space and wherein on the first and / or second guide element, a first inner drain opening is provided. In this way it is possible to guide the heat-absorbing medium in segments along the first and second tubes and then again to steer longitudinally in the opposite direction to increase the residence time of the heat-absorbing medium in the annulus.
Hierbei ist es bevorzugt, dass das erste und/oder das zweite Führungselement kürzer als das erste und zweite Rohr sind/ist, so dass die erste innere Ablauföffnung als Spalt zwischen der Stirnfläche des Ringraumes und dem ersten und/oder zweiten Führungselement ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die maximal mögliche Wegstrecke längs des Ringraumes ausgenutzt werden, um eine möglichst hohe Verweilzeit des wärmeaufnehmenden Mediums in dem Ringraum zu ermöglichen.In this case, it is preferable for the first and / or the second guide element to be shorter than the first and second tube, so that the first inner drainage opening is formed as a gap between the end face of the annular space and the first and / or second guide element. In this way, the maximum possible distance along the annulus can be exploited to allow the highest possible residence time of the heat-absorbing medium in the annulus.
Bei einer alternativen Ausführungsform sind das erste und zweite Führungselement an ihren beiden Enden jeweils dichtend an der Stirnfläche des Ringraums befestigt, und die erste innere Ablauföffnung ist in dem ersten und/oder zweiten Führungselement vorgesehen.In an alternative embodiment, the first and second guide elements are each attached at its two ends in a sealing manner to the end face of the annular space, and the first inner drain opening is provided in the first and / or second guide element.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbindung ist ein drittes Führungselement vorgesehen, das an dem ersten und zweiten Rohr und an wenigstens einer Stirnfläche des Ringraums befestigt ist, um einen zweiten Füllraum ausbilden, wobei der erste und zweite Füllraum mittels der ersten inneren Ablauföffnung miteinander kommunizieren und wobei der zweite Füllraum eine zweite innere Ablauföffnung aufweist.According to a preferred further connection, a third guide element is provided, which is attached to the first and second tube and at least one end face of the annulus to form a second filling space, wherein the first and second filling space communicate with each other by means of the first inner drain opening and wherein the second Filling space has a second inner drain opening.
Hierdurch wird eine zusätzliche Längsströmung des wärmeaufnehmenden Mediums erreicht, so dass dadurch die Verweilzeit des wärmeaufnehmenden Mediums in dem Ringraum weiter erhöht wird. Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers kann hierdurch weiter verbessert werden.As a result, an additional longitudinal flow of the heat-absorbing medium is achieved, thereby further increasing the residence time of the heat-absorbing medium in the annulus. The efficiency of the heat exchanger can thereby be further improved.
Um den Wirkungsgrad des Wärmetauchers weiter zu erhöhen, ist es von Vorteil, dass eine Vielzahl von Füllräumen vorgesehen ist, die miteinander kommunizieren.In order to further increase the efficiency of the heat exchanger, it is advantageous that a plurality of filling spaces is provided which communicate with each other.
Eine optimale Führung des wärmeaufnehmenden Mediums kann vorteilhafterweise dadurch erzielt werden, dass in Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums aufeinander folgende innere Ablauföffnungen abwechselnd an den beiden Stirnflächen des Ringraums vorgesehen sind.Optimal guidance of the heat-absorbing medium can advantageously be achieved by providing successive inner drainage openings alternately at the two end faces of the annular space in the flow direction of the heat-absorbing medium.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Wärmetauscher-Bausatz ferner ein drittes und viertes Rohr, die konzentrisch angeordnet sind und einen zweiten Ringraum ausbilden, sowie einen zweiten Zulauf am dritten Rohr und einen zweiten Ablauf am vierten Rohr, wobei das erste und zweite Rohr konzentrisch in dem dritten und vierten Rohr angeordnet sind und der erste Ringraum mit dem zweiten Ringraum kommuniziert und wobei das vierte Rohr an seinen Stirnseiten im Bereich des zweiten Ringraums verschlossen ist. Dadurch kann beispielsweise das wärmeaufnehmende Medium in Richtung des Wärmeträgers und in Gegenrichtung des Wärmeträgers durch den Wärmeträger geführt werden. Die somit verlängerte Verweilzeit des wärmeaufnehmenden Mediums im Wärmeträger führt zu einem verbesserten Wärmetausch zwischen Wärmeträger und wärmeaufnehmendem Medium. Hierbei ist es von Vorteil, dass in dem zweiten Ringraum Umlenkschikanen vorgesehen sind.In a preferred embodiment of the invention, the heat exchanger kit further comprises a third and fourth tube, which are concentrically arranged and form a second annulus, and a second inlet on the third tube and a second outlet on the fourth tube, wherein the first and second tube concentric are arranged in the third and fourth tube and the first annular space communicates with the second annular space and wherein the fourth tube is closed at its end sides in the region of the second annular space. As a result, for example, the heat-absorbing medium can be guided in the direction of the heat carrier and in the opposite direction of the heat carrier through the heat carrier. The thus prolonged residence time of the heat-absorbing medium in the heat carrier leads to an improved heat exchange between the heat transfer medium and the heat-absorbing medium. It is advantageous that deflection baffles are provided in the second annular space.
Vorteilhafterweise sind die Umlenkschikanen in der gleichen Art und Weise ausgebildet, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ringraum beschrieben wurde. Das heißt, es können Umlenkschikanen vorgesehen sein, die dazu führen, dass das wärmeaufnehmende Medium wendelförmig im dem zweiten Ringraum oder alternativ mehrmals längs in Axialrichtung des zweiten Ringraums geführt wird.Advantageously, the deflection baffles are formed in the same manner as has been described in connection with the first annular space. That is, deflecting baffles can be provided, which result in the heat-absorbing medium being guided helically in the second annular space or alternatively several times along the axial direction of the second annular space.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest die der Strömung des Wärmeträgermediums zugewandte Stirnfläche des ersten und/oder des zweiten Ringraumes abgeschrägt ist. Auf diese Weise kann der Strömungswiderstand für den Wärmeträger weiter reduziert werden, so dass der Einfluss des Wärmetauscher-Bausatzes auf den Heizbetrieb weiter reduziert werden kann.In a preferred embodiment, it is provided that at least the end face of the first and / or second annular space facing the flow of the heat transfer medium is chamfered. In this way, the flow resistance be further reduced for the heat transfer, so that the influence of the heat exchanger kit on the heating operation can be further reduced.
Zur weiteren Optimierung des Wärmeübergangs vom Wärmeträger zum wärmeaufnehmenden Medium ist es von Vorteil, dass Wärmeleitbleche im vom Wärmeträger durchströmten Raum vorgesehen sind. Die Wärmeleitbleche können sich hierbei radial von einem Ringraum in den vom Wärmeträger durchströmten Raum erstrecken.To further optimize the heat transfer from the heat transfer medium to the heat-absorbing medium, it is advantageous that Wärmeleitbleche are provided in the space traversed by the heat transfer medium. The heat conducting plates can extend radially from an annular space in the space through which the heat transfer medium flows.
Zusätzlich oder alternativ können Wärmeübertragungsbleche im Ringraum vorgesehen sein, die an wenigstens einem der Rohre befestigt sind und in den Ringraum hineinragen. Die Wärmeübertragungsbleche sind hierbei so gestaltet, dass sie die Strömung des wärmeaufnehmenden Mediums im Ringraum nicht signifikant beeinflussen.Additionally or alternatively, heat transfer plates may be provided in the annulus, which are attached to at least one of the tubes and project into the annulus. The heat transfer sheets are designed so that they do not significantly affect the flow of the heat-absorbing medium in the annulus.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail in the accompanying drawings, in which:
Das erste Rohr
Der Zulauf
In dem Ringraum
An der Außenwand des ersten Rohres
Zusätzlich zu den Wärmeleitblechen
Wenn in
Ein Wärmeträger wie etwa Rauchgas strömt in dem Rohrabschnitt
In
Der Zulauf
In der Ringkammer
Der zweite Füllraum
Der dritte Füllraum
Der vierte Füllraum
Das wärmeaufnehmende Medium wird durch den Zulauf
Bei der in
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann im Bereich des Zulaufs anstelle eines Führungselementes ein Trennelement vorgesehen sein, so dass das wärmeaufnehmende Medium entweder nur gegen den Uhrzeigersinn oder nur im Uhrzeigersinn strömen kann. Die Führungselemente sind in Umfangsrichtung abwechselnd an den entgegengesetzt liegenden Stirnflächen befestigt, so dass das wärmeaufnehmende Medium im Ringraum entlang des Umfangs des ersten und zweiten Rohres längs des ersten und zweiten Rohres hin und her geführt wird. Um den zur Verfügung stehenden Ringraum möglichst voll auszunutzen, ist der Auslass zweckmäßigerweise im Bereich des Trennelementes angeordnet.In one embodiment, not shown, a separating element may be provided in the region of the inlet instead of a guide element, so that the heat-absorbing medium can flow either only counterclockwise or only in a clockwise direction. The guide elements are mounted alternately in the circumferential direction on the opposite end faces, so that the heat-absorbing medium in the annular space along the circumference of the first and second tube along the first and second tube is guided back and forth. To make full use of the available annular space, the outlet is expediently arranged in the region of the separating element.
In dem Rohrabschnitt
In dem Rohrabschnitt
Das dritte Rohr
Das dritte Rohr
Sowohl in dem Ringraum
Wie in
Ein Wärmeträger wie etwa Rauchgas strömt zwischen der Innenwand des Rohrabschnitts
Während das wärmeaufnehmende Medium durch die beiden Ringräume
In
In den Ringräumen
Somit wird ein wärmeaufnehmendes Medium durch eine Zuleitung
In dem ersten und zweiten Ringraum kann eine Vielzahl von Führungselementen vorgesehen sein, die den ersten bzw. zweiten Ringraum in eine Vielzahl von Füllräumen teilen.In the first and second annulus may be provided a plurality of guide elements which divide the first and second annulus in a plurality of filling spaces.
Wenn auch nicht dargestellt, so ist im Zusammenhang mit den Ringräumen
Wenn auch nur Wärmetauscher
Die in Zusammenhang mit
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das äußerste Rohr, das einen Ringraum mit einem inneren Rohr ausbildet, einstückig mit dem Rohrabschnitt ausgebildet sein.In one embodiment, not shown, the outermost tube, which forms an annular space with an inner tube, be formed integrally with the pipe section.
Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes können zumindest die Stirnflächen eines konzentrischen Rohrpaares, die in Strömungsrichtung des Wärmeträgers weisen, abgeschrägt ausgebildet sein.To reduce the flow resistance, at least the end faces of a concentric pair of tubes, which point in the flow direction of the heat carrier, be formed chamfered.
Der Wärmetauscher ist beispielsweise in Heizungsanlagen, bei denen das Wärmeträgermedium Rauchgas ist, oder in Autoabgasanlagen von Verbrennungsmotoren, bei denen das Wärmeträgermedium Abgas ist, einsetzbar.The heat exchanger is used, for example, in heating systems in which the heat transfer medium is flue gas, or in car exhaust systems of internal combustion engines, in which the heat transfer medium is exhaust gas.
Der Wärmetauscher kann zusammen mit einem Außenrohr als Modul ausgebildet sein, das in einen Abschnitt eines Rohres direkt eingesetzt werden kann, wodurch der Einbau des Wärmetauschers sehr einfach wird.The heat exchanger can be formed together with an outer tube as a module that can be used directly in a section of a pipe, whereby the installation of the heat exchanger is very easy.
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