DE10341644B4

DE10341644B4 - Wendelförmiger Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE10341644B4
Application number: DE10341644.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Altendorf; Walter Bornscheuer; Jan Plawer
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: EP1398580A3; EP1398580A2; DE10341644A1

Abstract

Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) mit einem Eintritt (2) und einem Austritt (3), mit einem Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und einem Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und der Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, sich bei der Ansicht in Richtung Mittelachse (6) der Wendel nicht überschneiden und dass der Rohrquerschnitt des Wärmeaustauschers (1) in dem Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und / oder dem Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, in Richtung parallel zur Mittelachse (6) der Wendel zumindest in einem Wendelumlauf eine schmalere Breite aufweist sowie in Richtung senkrecht zur Mittelachse (6) der Wendel eine größere Breite aufweist.

Description

Derartige Wärmeaustauscher werden zum Beispiel in Heizgeräten eingesetzt. Der wendelförmige Wärmeaustauscher verfügt über mehrere Wendelumläufe, zwischen denen jeweils ein Spalt besteht. Im Inneren des wendelförmigen Wärmeaustauschers befindet sich ein Brenner, der ein Kohlenwasserstoff-Luft-Gemisch verbrennt. Die Abgase des Brenners strömen durch die Spalte des wendelförmigen Wärmeaustauschers, der von zu erhitzendem Wasser durchströmt wird, und werden dabei abgekühlt. Anschließend werden die Abgase in einem Abgassammler gesammelt und in einer Abgasführung abgeleitet. Ein derartiger Wärmetauscher ist aus DE 694 02 051 T4 und EP 0 825 392 A2 bekannt.
Da derartige wendelförmige Wärmeaustauscher meist in zylindrischen Brennkammern eingesetzt werden, besteht das Problem, dass der Spalt zwischen dem jeweils äußeren Wendelumlauf und der Brennkammerwand nicht zu groß sein darf, damit keine nennenswerten Abgasströme heiß in den Abgassammler gelangen.
Gemäß dem Stand der Technik wird das Problem dadurch gelöst, dass die äußeren Wendelumläufe im Bereich des Eintritts beziehungsweise Austritts gestaucht werden. Hierdurch wird erreicht, dass der wendelförmige Wärmeaustauscher annähernd die Form eines Zylinders aufweist. Wendelförmige Wärmeaustauscher gemäß dem Stand der Technik verfügen über gegenüberliegende Ein- und Auslässe. Hierdurch befinden sich die gestauchten Bereiche des Einlasses und Auslasses auf einer Linie parallel zur Mittelachse der Wendel. Während im restlichen Bereich des Wärmeaustauschers eine bestimmte Anzahl (n) Wendelumläufe nebeneinander liegen, befinden sich im Bereich Eintritt / Austritt n+1 Wendelumläufe nebeneinander. Aus diesem Grund sind die Einschnürungen besonders groß beziehungsweise die Querschnitte besonders klein, was große Druckverluste an diesen Stellen zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Druckverluste bei einem wendelförmigen Wärmeaustauscher mit Eintritt und Austritt zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem wendelförmigen Wärmeaustauscher durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
Die lokale Verminderung der Breite eines Rohres in einer Richtung wird durch Vergrößerung der Breite desselben Rohres in senkrechter Richtung dazu kompensiert, so dass der Querschnitt annähernd gleich bleibt. Hierdurch wird der Druckverlust zu einem einseitig gestauchten Rohr gemindert.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen des Anspruchs 2 wird vermieden, dass sich auf einer Linie parallel der Mittelachse der Wendel Eintritt und Austritt gegenüberlägen und somit auf übermäßige Einschnürungen verzichtet werden kann. Es ergibt sich der Vorteil, dass trotz Wendelform der Wärmeaustauscher nahezu die Form eines Zylinders hat. Hierbei ist es jedoch nicht notwendig, derart starke Verengungen wie beim Stand der Technik vorzusehen. Bei der Alternative des Winkels zwischen 80 und 100° ergibt sich der Vorteil, dass nahezu über den gesamten Umfang die gleiche Anzahl Wendelumläufe vorhanden sind. Eintritt und Austritt sind derart angeordnet, dass die Anschlüsse sich einerseits nicht gegenseitig behindern und andererseits nahe beieinander sind. Gemäß den Merkmalen der anderen Alternative (160 bis 200°) ergibt sich der Vorteil, dass die Anschlüsse in eine Richtung weisen, so dass ohne Umlenkung die Leitungen, die zum Eintritt und Austritt führen nebeneinander geführt werden können.
Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 werden vorteilhaften Ausgestaltungen der Stauchungen beschrieben.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, dass zu kühlendes Medium zwischen Wendelumläufen strömen kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, dass dadurch, dass zwischen Eintritt und Austritt ein Wendelumlauf weniger vorhanden ist, auf übermäßige Einschnürungen verzichtet werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

- 1 einen wendelförmigen Wärmeaustauscher gemäß dem Stand der Technik,
- 2 und 3 denselben wendelförmigen Wärmeaustauscher gemäß dem Stand der Technik aus jeweils einer anderen Perspektive,
- 4 einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher,
- 5 denselben erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher aus einer anderen Perspektive sowie
- 6 einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher mit den erfindungsgemäßen Querschnittsänderung im Eintritts- und / oder Austrittsbereich.
- 7 einen alternativen, erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher.

Ein wendelförmiger Wärmeaustauscher 1 nach 1 bis 3 gemäß dem Stand der Technik verfügt über einen Eintritt 2 und einen Austritt 3. Dazwischen befinden sich mehrere Wendelumläufe um eine Mittelachse 6. Der Bereich 4, in dem der Eintritt 2 in die Wendel eintritt, und der Bereich 5, in dem der Austritt 3 aus der Wendel austritt, befinden sich auf einer Linie parallel der Mittelachse 6 der Wendel. In den Bereichen 4 und 5 sind die Rohre verengt, damit der Wärmeaustauscher annähernd zylindrische Form aufweist. Zwischen den einzelnen Wendelumläufe befinden sich Spalte 7.
Ein erfindungsgemäßer, wendelförmiger Wärmeaustauscher 1 gemäß 4 und 5 unterscheidet sich dadurch, dass Eintritt 2 und Austritt 3 um 80° versetzt sind, wodurch der Bereich 4, in dem der Eintritt 2 in die Wendel eintritt, und der Bereich 5, in dem der Austritt 3 aus der Wendel austritt, nicht hintereinander liegen. Die Einschnürungen 8 sind hierdurch geringer als beim Stand der Technik.
6 zeigt im Bereich 4, in dem der Eintritt 2 in die Wendel eintritt eine Aufweitung, welche dazu geeignet ist, die Verengung dahingehend auszugleichen, dass der Rohrquerschnitt nicht verengt wird.
In 7 ist eine Bauform eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers zu sehen, bei dem der Eintritt 2 und der Austritt 3 um 180° versetzt sind und somit in die gleiche Richtung zeigen.

Claims

Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) mit einem Eintritt (2) und einem Austritt (3), mit einem Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und einem Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und der Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, sich bei der Ansicht in Richtung Mittelachse (6) der Wendel nicht überschneiden und dass der Rohrquerschnitt des Wärmeaustauschers (1) in dem Bereich (4), in dem der Eintritt (2) in die Wendel eintritt, und / oder dem Bereich (5), in dem der Austritt (3) aus der Wendel austritt, in Richtung parallel zur Mittelachse (6) der Wendel zumindest in einem Wendelumlauf eine schmalere Breite aufweist sowie in Richtung senkrecht zur Mittelachse (6) der Wendel eine größere Breite aufweist.
Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt (2) und der Austritt (3) einen Winkel zwischen 80 und 100° bilden oder zwischen 160 und 200° bilden und somit in die gleiche Richtung zeigen.
Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr des Eintritts (2) und / oder Austritts (3) gestaucht ist.
Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr neben dem Eintritt (2) und / oder Austritt (3) gestaucht ist.
Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (1) über mindestens 2 Wendelumläufe verfügt.
Wendelförmiger Wärmeaustauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wendelförmige Wärmeaustauscher (1) in dem Bereich zwischen Eintritt (2) und Austritt (3) in Richtung parallel zur Mittelachse (6) der Wendel über einen Wendelumlauf weniger als im übrigen Bereich verfügt.