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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Erwärmen eines geschlossenen Raums, insbesondere einen Ofen zum Erwärmen einer Sauna, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1.
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Bekannte Wärmetauscher, wie bspw. Öfen oder Heizungskörper, zum Erwärmen eines Raums weisen meistens eine Verteilerleitung auf, die ein Heizfluid, wie bspw. Gas oder Öl, transportiert. Über die Oberfläche der Verteilerleitung erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Heizfluid und der zu erwärmenden Luft im Raum. Die Verteilerleitung wird dabei meistens schraubenförmig von oben nach unten verdreht, wobei ein oberes Ende der Verteilerleitung zum Einlassen eines aufgewärmten Heizfluides und ein unteres Ende der Verteilerleitung zum Auslassen des abgekühlten Heizfluides dienen. Je mehr der Temperaturabfall zwischen dem Heizgas am oberen Ende der Verteilerleitung und dem Heizgas am unteren Ende der Verteilerleitung, desto höher ist der Wirkungsgrad des Ofens. Bekannte Öfen weisen jedoch keinen hohen Wirkungsgrad bei der Wärmeabgabe auf. Dabei ist es von Nachteil, dass die unteren Windungen der Verteilerleitung vielmehr die oberhalb liegenden Windungen aufheizen und nicht die umgebende Luft. Außerdem ist es von Nachteil, das in der Mitte der Verteilerleitung sich ein toter Raum bildet, der zur Wärmeabgabe wenig beiträgt. Dadurch leidet nicht nur der Wirkungsgrad, sondern auch die Effizienz hinsichtlich der Zeit zum Erwärmen des Raumes auf eine gewünschte Temperatur und der Verbrauch eines Brenners zum Aufheizen des Heizfluides.
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Ein beispielhafter Wärmetauscher ist aus der Druckschrift
CN 104 132 572 A bekannt.
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Aus der Druckschrift
DE 195 11 306 A1 ist eine Heizungsanlage mit Heizkörpern zur Beheizung von mehreren Saunakabinen bekannt. Aus der
DE 20 2008 004 027 U1 ist ein gasbefeuerter Saunaofen bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil bei einem Wärmetauscher der genannten Art zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, welcher einfach und damit wirtschaftlich bzw. kostengünstig aufgebaut ist, wenig Bauraum erfordert, einen hohen Wirkungsgrad aufweist, einen reduzierten Verbrauch eines Brenners beim Aufheizen des Heizfluides sicherstellt, die benötigte Zeit zum Erwärmen des Raumes auf eine gewünschte Temperatur reduziert und keine Emissionsentwicklung im zu erwärmenden Raum zulässt. Außerdem soll der erfindungsgemäße Wärmetauscher für einen modularen Aufbau geeignet sein und individuell zusammenstellbar sein, um unterschiedlichen Kundenwünschen und verschiedenen Raumbedingungen zu entsprechen.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.
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Die Erfindung stellt einen Wärmetauscher zum Erwärmen eines, bspw. geschlossenen, Raums bereit, aufweisend eine wärmedurchlässige Verteilerleitung zum Befördern eines Heizfluides, insbesondere eines Heizgases, um eine zu erwärmende Luft im Raum durch die Verteilerleitung zu erwärmen, wobei die Verteilerleitung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der Verteilerleitung an einen Brenner anschließbar ist, um das Heizfluid in der Verteilerleitung zu erwärmen, wobei das zweite Ende der Verteilerleitung an eine Strömungsmaschine anschließbar ist, um einen Durchfluss des Heizfluides durch die Verteilerleitung zu ermöglichen, und wobei in einer vertikalen Richtung gesehen die Verteilerleitung mehrere Stufen aufweist. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Verteilerleitung eine Vielzahl an Rohren bzw. Rohrstücken bzw. Rohrsegmenten aufweist, die rippenartig bzw. gitterartig eine horizontale Ebene jeder Stufe abdecken.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Verteilerleitung in jeder Stufe mindestens zwei Pfade aufweist, um das Heizfluid zu verteilen, wobei jede zweite Stufe der Verteilerleitung eine Abzweigung aufweist, um das Heizfluid auf mindestens zwei Pfade zu verteilen und wobei die Verteilerleitung abwechselnd von Stufe zu Stufe einen Eingang und zwei Ausgänge oder zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann als ein Ofen, insbesondere als ein gasbefeuerter Saunaofen, ausgebildet sein. Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher als ein Heizungskörper verstanden werden, der in Gebäuden zum Erwärmen der Räume eingesetzt werden kann. Unter einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine kann ein Saugzugventilator verstanden werden. Unter einer rippenartigen Abdeckung der horizontalen Ebene kann eine gitter- bzw. rasterförmige Verlegung der Rohe verstanden werden, wobei in der Sicht von oben die Rohrsegmente einer jeden Stufe ein rippen- bzw. gitterartiges Muster und die Rohrsegmente aller Stufen ein weiteres rippen- bzw. gitterartiges Muster bilden können.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Verteilerleitung derart verlegt wird, dass zum einen die gesamte horizontale Ebene der Verteilerleitung, insbesondere in jeder Stufe, optimal für eine Wärmeabgabe ausgenutzt wird, und zum anderen verbesserte Strömungswege für die aufgewärmte Luft von Stufe zu Stufe um die Rohe herum sowie in einer Stufe zwischen den Rohrsegmenten gebildet werden, um die Verluste durch das Erwärmen von benachbarten, bspw. übereinanderliegenden, Rohrsegmentenen zu minimieren. Die einzelnen Stufen sind dabei beabstandet zueinander angeordnet. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist außerdem einfach aufgebaut und erfordert wenig Bauraum, weil die horizontale Ebene jeder Stufe optimal abgedeckt wird. Zudem weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen hohen Wirkungsgrad auf, da der Wärmetauscher eine effiziente Wärmeabgabe an die zu erwärmende Luft bereitstellt. Gleichzeitig wird der Verbrauch eines Brenners beim Aufheizen des Heizfluides reduziert, weil die Effizienz bei der Wärmeabgabe gesteigert wird. Zudem wird durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher die benötigte Zeit zum Erwärmen des Raumes auf eine gewünschte Temperatur reduziert. Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher keine Emissionsentwicklung im zu erwärmenden Raum auf. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher modular ausgebildet sein kann und somit einfach zusammengebaut und optimal an unterschiedliche Kundenwünsche und verschiedene Raumbedingungen angepasst werden kann. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen einfachen Aufbau aufweist, leicht zusammengebaut werden kann, kostengünstig, kompakt und effizient ist. Zudem weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen hohen Wirkungsgrad beim Austauschen der Wärme zwischen dem Heizgas und der zu erwärmenden Luft im Raum und eine hohe Leistung beim Erwärmen des Raumes auf eine gewünschte Temperatur in einer reduzierten Zeit auf.
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Ferner kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher vorsehen, dass die Verteilerleitung einen kreisrunden oder einen eckigen, bspw. rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen kann. Rohre bzw. Rohrsegmente, die kreisrund im Querschnitt sind, sind kostengünstige und gängige Bauteile. Strömungstechnisch lassen sich die runden Rohre außerdem leicht von der erwärmten Luft umfließen. Rohe mit eckigen Querschnitten lassen sich einfach verlegen und zusammenstecken, insbesondere um eine verbesserte Abdeckung einer Fläche in einer Stufe der Verteilerleitung zu ermöglichen. Rohre mit rechteckigen Querschnitten ermöglichen ein einfach einstellbares Verhältnis zwischen einer die Wärme abgebenden Oberfläche der Verteilerleitung und den dazwischen liegenden Freiräumen zum Leiten der erwärmten Luft, um die Luft von unten nach oben durch den Ofen, innerhalb des Ofens um die Rohre der Verteilerleitung herum, und aus dem Ofen in den Raum zu befördern. Rohre, die dreieckig im Querschnitt sind, können vorteilhaft sein, um mehr freien Raum zwischen den Rohren der Verteilerleitung zum Verteilen der erwärmten Luft bereitzustellen.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher vorsehen, dass die Verteilerleitung eine Vielzahl an Rohren bzw. Rohrsegmenten aufweist, die in einer horizontalen Ebene gesehen von Stufe zu Stufe versetzt und/oder gekreuzt zueinander angeordnet sind. Eine versetzte Anordnung der Rohre von Stufe zu Stufe ist mit einer Abzweigung der Verteilerleitung möglich. Eine gekreuzte Anordnung der Rohre ist sogar mit einer Rohrleitung möglich, die von Stufe zu Stufe unterschiedlich ausgerichtete Rippen aufweisen kann. Somit kann sichergestellt werden, dass die erwärmte Luft an der Oberfläche der Verteilerleitung nicht sofort an das nächstliegende Rohr der Verteilerleitung stößt, um dieses anstatt der umgebenden Luft zu erwärmen. Dadurch können die Strömungswege für die aufgewärmte Luft um die Rohe der Verteilerleitung herum gestalten werden, um eine verbesserte Wärmeabgabe von Heizfluid zur Umgebungsluft über die Oberfläche der Verteilerleitung sicherzustellen. Dadurch kann die erwärmte Luft ungehindert nach oben aufsteigen und der Raum kann dadurch effizient erwärmt werden. Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers kann dadurch erheblich verbessert werden.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß bei dem Wärmetauscher vorgesehen, dass die Verteilerleitung in jeder Stufe mindestens zwei Pfade aufweist, um das Heizfluid zu verteilen.
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Somit kann das Heizfluid gleichmäßig durch die Verteilerleitung verteilt werden, sodass in einer Stufe der Verteilerleitung möglichst über die gesamte Fläche eine gleichmäßige Temperaturabgabe ermöglicht wird. Jedes der zwei Pfade kann vorteilhafterweise die Oberfläche der Verteilerleitung vergrößern, über die die Wärmeabgabe erfolgen kann.
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Zudem ist erfindungsgemäß bei dem Wärmetauscher vorgesehen, dass mindestens jede zweite Stufe der Verteilerleitung eine Abzweigung aufweist, um das Heizfluid auf mindestens zwei Pfade zu verteilen. Dadurch kann eine gleichmäßige Verteilung des Heizfluides in einer Stufe der Verteilerleitung, bspw. aus der Mitte nach links und rechts oder von links und rechts in die Mitte, bereitgestellt werden. Auch kann somit die Oberfläche der Verteilerleitung vergrößert werden, an der der Wärmeaustausch zwischen dem Heizfluid und der zu erwärmenden Luft stattfinden kann.
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Außerdem ist erfindungsgemäß bei dem Wärmetauscher vorgesehen, dass die Verteilerleitung abwechselnd von Stufe zu Stufe einen Eingang und zwei Ausgänge oder zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist. Somit kann einfache Montage der Verteilerleitung mit mindestens einer Abzweigung bereitgestellt werden, die einen effizienten Wärmeübergang vom Heizfluid zur Luft ermöglicht.
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Ferner kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher vorsehen, dass die Verteilerleitung abwechselnd von Stufe zu Stufe eine gerade Anzahl an Rohren bzw. Rohrsegmenten oder eine ungerade Anzahl an Rohren bzw. Rohrsegmenten aufweisen kann. Somit kann eine versetzte Anordnung der Rohre von Stufe zu Stufe ermöglicht werden, um verbesserte Strömungswege für die zu erwärmende Luft bereitzustellen. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, dass zumindest zwei benachbarte Stufen eine gerade Anzahl an Rohren oder eine ungerade Anzahl an Rohren aufweisen können.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher vorsehen, dass die Verteilerleitung in Form eines Bausatzes ausgeführt sein kann. Zudem ist es denkbar, dass die Verteilerleitung aus einer Vielzahl an standardisierten Steckbauteilen zusammengesetzt, insbesondere verschweißt, sein kann. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher einfach und mit wenig Aufwand an individuelle Kundenwünsche und Bauraumerfordernisse angepasst werden kann. Aber auch der Zusammenbau des Wärmetauschers kann dadurch erleichtert werden.
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Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Verteilerleitung aus einer Metalllegierung, Stahl, Edelstahl oder Baustahl ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die Verteilerleitung aus austenitischen oder ferritischen Stählen ausgebildet sein kann. Eine Metalllegierung ist ein kostengünstiges, stabiles Material, welches sich leicht verarbeiten lässt, um eine gewünschte Form und/oder einen gewünschten Querschnitt der Rohre bzw. Rohrsegmente der Verteilerleitung bereitzustellen. Stahl kann besonders vorteilhaft sein, weil sich der Stahl umformen lässt. Edelstahl ist vorzugsweise rostbeständig. Baustahl oder ferritischer Stahl ist dagegen kostengünstig. Zudem ist es denkbar, dass die Verteilerleitung eine hitzebeständige Schutzbeschichtung aufweisen kann. Durch eine Schutzbeschichtung kann die Oberfläche der Verteilerleitung versiegelt und ggf. vor Rost geschützt werden.
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Nach einem besonderen Vorteil der Erfindung kann der Wärmetauscher als ein gasbefeuerter Ofen für eine Sauna ausgebildet sein. Mithilfe des erfindungsgemäßen Wärmetauschers lässt sich die Sauna schnell und effizient auf eine gewünschte Temperatur erwärmen. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher erfordert hierzu einen reduzierten Verbrauch an einem Brenner zum Aufheizen des Heizfluides.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers von vorne,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers von hinten,
- 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 4.1 eine schematische Darstellung einer ersten Stufe eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 4.2 eine schematische Darstellung einer zweiten Stufe eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 4.3 eine schematische Darstellung einer dritten Stufe eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 4.4 eine schematische Darstellung einer vierten Stufe eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 4.5 eine schematische Darstellung einer fünften Stufe eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 5 eine schematische Darstellung an standardisierten Steckbauteilen für eine erfindungsgemäße Verteilerleitung,
- 6.1 eine schematische Darstellung einer ersten Stufe einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes,
- 6.2 eine schematische Darstellung einer zweiten Stufe einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes,
- 6.3 eine schematische Darstellung einer dritten Stufe einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes,
- 6.4 eine schematische Darstellung einer vierten Stufe einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes,
- 6.5 eine schematische Darstellung einer fünften Stufe einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes, und
- 7 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verteilerleitung in Form eines Bausatzes.
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Die 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 100 zum Erwärmen eines geschlossenen Raums aus unterschiedlichen Perspektiven, die 1 von vorne, die 2 von hinten und die 3 seitlich. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 umfasst eine wärmedurchlässige Verteilerleitung 10 zum Befördern eines Heizfluides G, bspw. eines Heizgases, um eine zu erwärmende Luft L im Raum durch die Verteilerleitung 10 zu erwärmen. Die Verteilerleitung 10 weist ein erstes, oberes Ende E1 und ein zweites, unteres Ende E2 auf, wobei das erste Ende E1 der Verteilerleitung 10 an einen Brenner 20 anschließbar ist, wie es in der 1 gezeigt ist, um das Heizfluid G in der Verteilerleitung 10 zu erwärmen. Das zweite Ende E2 der Verteilerleitung 10 ist an eine Strömungsmaschine 30, bspw. in Form eines Saugers oder eines Ventilators, anschließbar, wie es die 1 weiterhin zeigt, um einen Durchfluss des Heizfluides G durch die Verteilerleitung 10, vorzugsweise von oben nach unten in einer vertikalen Richtung V gesehen zu ermöglichen. In der vertikalen Richtung V gesehen weist die Verteilerleitung 10 mehrere horizontal ausgerichtete Stufen 1, 2, 3, 4, 5 auf. Die Anzahl der Stufen 1, 2, 3, 4, 5 ist dabei rein beispielhaft als fünf gewählt, wobei die Verteilerleitung 10 unterschiedliche Anzahlen an Stufen 1, 2, 3, 4, 5 aufweisen kann, die größer oder kleiner als fünf im gezeigten Beispiel der 1 bis 3 ausgewählt werden können.
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Erfindungsgemäß weist die Verteilerleitung 10 eine Vielzahl an Rohren 11 bzw. Rohrstücken 11 bzw. Rohrsegmenten 11 auf, die rippenartig oder mit anderen Worten gitterartig eine horizontale Ebene jeder Stufe 1, 2, 3, 4, 5 im Wesentlichen abdecken, wie es die 1 und 2 verdeutlichen.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 kann als ein Ofen 100, insbesondere ein gasbefeuerter Saunaofen 100, ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es jedoch denkbar, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 als ein Heizungskörper im Allgemeinen verstanden werden kann.
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Anhand der 1 bis 3 ist es zudem erkennbar, dass die Verteilerleitung 10 derart über die Stufen 1, 2, 3, 4, 5 verlegt ist, dass zum einen die gesamte horizontale Ebene H der Verteilerleitung 10 in jeder Stufe 1, 2, 3, 4, 5 rippenartig bzw. balkenartig durch die Rohre 11 bzw. die Rohrsegmente 11 verdeckt ist. Dadurch kann eine Wärmeabgabe über die Verteilerleitung 10 nach oben optimal über die gesamte horizontale Ebene H der Verteilerleitung 10 realisiert werden. Von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zur Stufe 1, 2, 3, 4, 5 ist die Verteilerleitung 10 derart ausgebildet, dass die zwischen den einzelnen Rohren 11 und über den Rohren 11 mehrere gezielt eingesetzte, bspw. periodisch verteilte, Freiräume gebildet werden, die zum Leiten der erwärmten Luft L nach Oben in den Raum dienen. Dabei sind die Rohre 11 derart zueinander positioniert, dass die Strömungswege der erwärmten Luft L möglichst ungehindert von der untersten Stufe 5 zu obersten Stufe 1 aufsteigen kann, weil kein oberhalb liegendes Rohr 11 der aufsteigenden Luft L unmittelbar im Wege steht. Dadurch kann die aufgewärmte Luft L von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 um die Rohe 11 herum sowie in einer Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zwischen den Rohren 11 hindurch ungehindert strömen. Die einzelnen Stufen 1, 2, 3, 4, 5 sind dabei beabstandet zueinander angeordnet. Die genaue Anordnung der Rohre 11 in den Stufen 1, 2, 3, 4, 5 wird anhand der 4.1 bis 4.5 im Detail erklärt.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 ist außerdem einfach aufgebaut und erfordert wenig Bauraum, weil die horizontale Ebene H jeder Stufe 1, 2, 3, 4, 5 optimal abgedeckt wird. Zudem weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 einen hohen Wirkungsgrad auf, da der Wärmetauscher 100 eine effiziente Wärmeabgabe an die zu erwärmende Luft L bereitstellt. Gleichzeitig wird der Verbrauch eines Brenners 20 beim Aufheizen des Heizfluides G reduziert, weil die Effizienz bei der Wärmeabgabe gesteigert wird. Zudem wird durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher 100 die benötigte Zeit zum Erwärmen des Raumes auf eine gewünschte Temperatur reduziert.
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Außerdem kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 modular ausgebildet sein, wie es die 5 bis 7 zeigen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. Dadurch kann nicht nur der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 100 vereinfacht werden, sondern auch der Wärmetauscher 100 kundenorientier und individuell konstruiert werden. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 optimal an vorhandene Bedingungen unterschiedlich großer Räume angepasst werden.
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Die 1 bis 7 zeigen einen Wärmetauscher 100 im Sinne der Erfindung, bei dem die Verteilerleitung 10 aus Rohren 11 bzw. aus Rohrsegmenten 11 mit einem rechteckigen Querschnitt bzw. aus Vierkantrohren 11 aufgebaut ist. Rohre 11 mit rechteckigen Querschnitten lassen sich einfach verlegen und zu einem modularen Aufbau zusammenstecken. Zudem können solche Rohre 11 eine verbesserte Abdeckung einer horizontalen Ebene H bzw. Fläche in jeder Stufe 1, 2, 3, 4, 5 der Verteilerleitung 10 ermöglichen. Mithilfe von solchen Rohren 11 mit rechteckigen Querschnitten kann in einer Stufe 1, 2, 3, 4, 5 auf einen einfache Weise ein optimales Verhältnis zwischen einer ausreichend großen Oberfläche der Verteilerleitung 10, um die Wärme effizient abzugeben, und ausreichen großen Freiräumen, die zwischen den Rohren 11 einer Stufe 1, 2, 3, 4, 5 liegen, um die erwärmte Luft L ungehindert zu leiten, bereitgestellt werden.
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Gleichwohl ist es aber denkbar, dass die Verteilerleitung 10 Rohre 11 bzw. Rohrsegmente 11 mit einem kreisrunden oder gar einen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen kann. Rohre 11 bzw. Rohrsegmente 11, die kreisrund im Querschnitt sind, sind kostengünstige und gängige Bauteile. Strömungstechnisch lassen sich die runden Rohe 11 außerdem leicht von der erwärmten Luft L umfließen. Rohre 11 bzw. Rohrsegmente 11, die dreieckig im Querschnitt sind, können wiederum vorteilhaft sein, um mehr freien Raum zwischen den Rohren 11 der Verteilerleitung 10 zum Verteilen der erwärmten Luft L bereitzustellen.
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Wie die 4.1 bis 4.5 anhand von Ansichten der Stufen 1, 2, 3, 4, 5 von oben bis unten zeigen, weist die Verteilerleitung 10 eine Vielzahl an Rohren 11 bzw. an Rohrsegmenten 11 auf, die in einer horizontalen Ebene H gesehen von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 versetzt zueinander angeordnet sind. Eine versetzte Anordnung der Rohre 11 von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 ist mit einer Abzweigung A1, A2, A3 der Verteilerleitung 10 in jeder zweiten Stufe 1, 3, 5 bzw. in der ersten Stufe 1, dann in der dritten Stufe 3 und schließlich in der fünften Stufe 5 realisierbar. Somit kann sichergestellt werden, dass die erwärmte Luft L an der Oberfläche der Verteilerleitung 10 nicht sofort an das nächstliegende Rohr 11 der Verteilerleitung 10 stößt sondern ungehindert nach oben fließt. Dadurch können die Strömungswege für die aufgewärmte Luft L um die Rohre 11 der Verteilerleitung 10 herum gestaltet werden, um eine verbesserte Wärmeabgabe von Heizfluid G zur Umgebungsluft L über die Oberfläche der Verteilerleitung 10 zu ermöglichen. Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 100 kann dadurch wesentlich verbessert werden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Rohre 11 bzw. die Rohrsegmente 11 von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 gekreuzt zueinander angeordnet sein können. Eine gekreuzte Anordnung der Rohre 11 ist sogar mit nur einer Rohrleitung möglich, die von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 unterschiedlich ausgerichtete Rippen aufweisen kann.
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Wie die 4.1 bis 4.5 ferner zeigen, weist die Verteilerleitung 10 in jeder Stufe 1, 2, 3, 4, 5 jeweils zwei Pfade I, II für das Heizfluid G auf, um das Heizfluid G gleichmäßig über die jeweilige Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu verteilen. Dadurch kann über die gesamte Fläche einer jeden Stufe 1, 2, 3, 4, 5 eine gleichmäßige Temperaturabgabe an die zu erwärmende Luft L ermöglicht werden. Zudem können zwei Pfade I, II die Oberfläche der Verteilerleitung 10 vergrößern, über die die Wärmeabgabe erfolgen kann.
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Wie die 4.1 bis 4.5 zudem zeigen, weist die Verteilerleitung 10 abwechselnd von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 einen Eingang 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1 und zwei Ausgänge 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2 oder zwei Eingänge 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1 und einen Ausgang 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2 auf. Dabei sind die Eingänge 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1 mit durchgezogenen Linien und die Ausgänge 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2 durch gestrichelte Linien gezeigt. Somit kann eine einfache Montage der Verteilerleitung 10 mit drei Abzweigungen A1, A3, A5 in den Stufen 1, 3, und 5 bereitgestellt werden, die einen effizienten Wärmeübergang vom Heizfluid G zur Luft L ermöglicht.
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Wie die 4.1 bis 4.5 des Weiteren zeigen, weist die Verteilerleitung 10 abwechselnd von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 eine gerade Anzahl an Rohren 11 bzw. an Rohrsegmenten 11 oder eine ungerade Anzahl an Rohren 11 bzw. an Rohrsegmenten 11 auf. Somit kann eine versetzte Anordnung der Rohre 11 bzw. Rohrsegmente 11 von Stufe 1, 2, 3, 4, 5 zu Stufe 1, 2, 3, 4, 5 ermöglicht werden, um verbesserte Strömungswege für die zu erwärmende Luft L bereitzustellen.
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Wie die 4.1 zeigt, wird ein Heizfluid G über das erste Ende E1 der Verteilerleitung 10 eingeführt indem der schematisch angezeigte Brenner 20 einfache Umgebungsluft L aufheizt und sie dann als das Heizfluid G durch die Verteilerleitung 10 schickt. Der Brenner 20 selbst kann gasbefeuert betrieben werden wobei sich das verbrannte Gas der Umgebungsluft L beimischt und zusammen mit der Umgebungsluft L das Heizfluid G bildet. Kurz nach dem Eingang 1.1 der ersten Stufe 1 befindet sich die erste Abzweigung A1, an der das Heizfluid G einen ersten Pfad I nach links und einen zweiten Pfad II nach rechts nimmt, jeweils mindestens einen Bogen durchläuft und an jeweils einem Ausgang 1.2 links und rechts in der horizontalen Ebene H der ersten Stufe 1 gesehen rauskommt, um in den Eingängen 2.1 links und rechts in der zweiten Stufe 2 zu gelangen, die in der 4.2 gezeigt sind.
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Von den Eingängen 2.1 links und rechts in der zweiten Stufe 2 wird das Heizfluid G der zwei unterschiedlichen Pfade I, II wieder über rippenartige Bögen der zweiten Stufe 2 geschickt, bis die beiden Pfade I, II zu einem gemeinsamen Ausgang 2.2 rauskommen. Von da aus gelangt das Heizfluid G in den einzigen Eingang 3.1 der dritten Stufe 3, der in der 4.3 gezeigt ist.
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Von dem einzigen Eingang 3.1 der dritten Stufe 3 kommt das Heizfluid G wieder an eine Abzweigung A2 und wird über Bögen nach links und rechts in zwei Pfaden I, II geschickt, bis es an zwei Ausgängen 3.2 links und rechts in die zwei Eingänge 4.1 der vierten Stufe 4 gelangt, die in der 4.4 gezeigt sind.
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Von da aus wird das Heizfluid G der zwei unterschiedlichen Pfade I, II wieder über rippenartige Bögen der nun vierten Stufe 4 geschickt und durch einen einzigen Ausgang 4.2 zusammengefügt bevor es in den einzigen Eingang 5.1 der fünften Stufe 5 gelangt, der in der 4.5 gezeigt ist.
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Die fünfte Stufe 5 weist wiederum zwei Ausgänge 5.2 auf, die am zweiten Ende E2 der Verteilerleitung 10 zusammengeführt werden und an die Strömungsmaschine 30 angeschlossen werden.
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Weiterhin zeigt die 5, dass die Verteilerleitung 10 in Form eines Bausatzes ausgeführt sein und eine Vielzahl an standardisierten Steckbauteilen N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10 aufweisen kann. Die Steckbauteile N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10 können miteinander verschweißt werden. Außerdem ist es denkbar, dass die Steckbauteile N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10 durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden können.
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Die 6.1 bis 6.5 zeigen die einzelnen Steckbauteile N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10 für jede Stufe 1, 2, 3, 4, 5 einzeln.
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Wie die 5 andeutet, wird das erste Steckbauteil N1 10-fach verwendet, das zweite Steckbauteil N2 4-fach, das dritte Steckbauteil N3 3-fach, das vierte Steckbauteil N4 5-fach, das fünfte Steckbauteil N5 8-fach, das sechste Steckbauteil N6 2-fach, das siebte Steckbauteil N7 8-fach, das achte Steckbauteil N8 2-fach, das neunte Steckbauteil N9 einmalig und das zehnte Steckbauteil N10 ebenfalls einmalig.
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Gleichwohl ist es denkbar, dass weitere unterschiedlich ausgeformte Steckbauteile bei der erfindungsgemäßen Verteilerleitung 10 verwendet werden können.
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Die 7 zeigt den erfindungsgemäßen, modularen Wärmetauscher 100 in einer Seitenansicht.
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Dabei ist es denkbar, dass die Verteilerleitung 10 aus einer Metalllegierung, bspw. Stahl, vorzugsweise Edelstahl oder ein Baustahl mit einer entsprechenden hitzebeständigen Schutzbeschichtung 10a, bspw. gegen eine Korrosion, ausgebildet sein kann. Ein beispielhafter Diameter eines erfindungsgemäßen Vierkantrohres 11 kann bspw. 9 cm umfassen, wobei die Materialstärke der Verteilerleitung 10 bspw. 2 mm betragen kann. Die Längen und weitere Größen der einzelnen Rohre 11 bzw. der Rohrsegmente 11 der Verteilerleitung 10 können anwendungsspezifisch ausgewählt werden.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung/Ansprüche zu verlassen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine variable Anzahl an Stufen und/oder Rippen in jeder Stufe aufweisen. Je nach Wärmebedarf im zu erwärmenden Raum und je nach der Größe des Raumes kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher individuell zusammengestellt sein. Außerdem kann durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein geeignetes Verhältnis zwischen der Kostenaufwendung und der Effizienz der Wärmeübertragung eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wärmetauscher, Ofen
- 10
- Verteilerleitung
- 10a
- hitzebeständige Schutzbeschichtung
- 11
- Rohre, Rohrstücke, Rohrsegmente
- 20
- Brenner
- 30
- Strömungsmaschine
- 1
- erste Stufe
- 2
- zweite Stufe
- 3
- dritte Stufe
- 4
- vierte Stufe
- 5
- fünfte Stufe
- 1.1
- Eingang
- 2.1
- Eingang
- 3.1
- Eingang
- 4.1
- Eingang
- 5.1
- Eingang
- 1.2
- Ausgang
- 2.2
- Ausgang
- 3.2
- Ausgang
- 4.2
- Ausgang
- 5.2
- Ausgang
- I
- erster Pfad
- II
- zweiter Pfad
- A1
- Abzweigung
- A3
- Abzweigung
- A5
- Abzweigung
- E1
- erstes Ende, oberes Ende
- E2
- zweites Ende, unteres Ende
- G
- Heizfluid
- L
- Luft
- N1
- Steckbauteil
- N2
- Steckbauteil
- N3
- Steckbauteil
- N4
- Steckbauteil
- N5
- Steckbauteil
- N6
- Steckbauteil
- N7
- Steckbauteil
- N8
- Steckbauteil
- N9
- Steckbauteil
- N10
- Steckbauteil
- H
- horizontale Ebene
- V
- vertikale Richtung
