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Wärmetauscher, insbesondere für Warmwassergeräte im Haushalt.
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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher und insbesondere eine zum Erwärmen
oder Abkühlen eines im Umlauf befindlichen Mediums geeignete Wärmetauschereinrichtung,
welche in wärmeaufnehmender Lage bezüglich einer Wärne- oder Heizquelle angeordnet
werden kann, so bezüglich eines mit Gas oder vergasungsfähigem Brennstoff gespeisten
Brenners. Bevorzugt ist die Einrichtung gemäß der Erfindung * geeignet für Warmwassergeräte
im Haushalt.
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Haushalts-Warmwassergeräte sind allgemein bekannt. Ihre Verwendbarkeit
und Nützlichkeit bemißt sich nach ihrer Fähigkeit, Wasser nach Wunsch praktisch
augenblicklich zu erwärmen. Im allgemeinen weisen diese Warmwasserapparate bzw.
Durchlauferhitzer einen durch Gas oder durch einen vergasungsfähigen Brennstoff
gespeisten Brenner auf, oberhalb welchem sich ein Wärmetauscher in der günstigsten
Position befindet, um die größtmögliche Wärmemenge vom Brenner aufzunehmen. Ein
Ventil, welches den Brenner nur dann mit Gas beschickt, wenn der Warmwasserhahn
mit dem Warmwassergerät in Verbindung steht, wird geöffnet, so daß Wasser durch
den Wärmetauscher
strömen kann. Das als Durchlauferhitzer ausgebildete
Warmwassergerät arbeitet mit einer Hilfsflamme, welche permanent brennt.
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Herkömmliche Wärmetauscher für Haushalts-Warmwassergeräte, Gasbadeofen
etc. umfassen eine zylindrische Leitung, um das zu erhitzende Wasser im Umlauf zu
bewegen. Diese Leitung besteht aus einem wärmeleitfähigen Material und ist so ausgestaltet,
daß sie einen schraubenförmigen Vorwärmteil aufweist, welchem mehrere Zick-Zack-Heizteile
folgen. Diese sind direkt den vom Brtnner aufsteigenden Verbrennungsgasen ausgesetzt.
Angesichts der enormen Menge der erforderlichen Wärmeübertragung zwischen den Verbrennungs
gasen und dem Wasser umgibt der schraubenförmige Teil der Leitung im wesentlichen
in enger, wärmeübertragender Beziehung eine kegelstumpfförmige Hülle aus Metallblech,
welche den Brenner teilweise umgibt und oberhalb desselben vorgesehen ist. Aus dem
gleichen Grund ist die die Zick-Zack-Teile bildende Leitung durch mehrere wärmeübertragende
Plattenkörper eingeführt, welche als wärmeaufnehmende und wärmeübertragende Rippen
wirken. Die Leitung und ihre Rippen sind oberhalb des Brenners vorgesehen. Die durch
die Rippen aufgenommene Wärme wird durch Wärmeleitung auf das in der Leitung befindliche
Wasser übertragen; die Rippen besitzen in baulicher Hinsicht eine große Fläche,
weisen jedoch eine sehr kleine Berührungsfläche mit der Wasserleitung auf. Iniolgedessen
ist die Menge der Wärmeübertragung klein, so daß die Rippen während des Gebrauches
sehr hohe Temperaturen erreichen. Dies löst unglücklicherweise vvrschiedene Nachteile
aus, wie nachfolgend erläutert ist.
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Wenn ein an das Warmwassergerat angeschlossener Warmwasserhahn geöffnet
wird, strömt Wasser durch den Wärmetauscher; dieser Umlauf des Wassers hat zur Folge,
daß das Steuerungsventil des Erhitzers Gas in den Brenner eingibt. Das Gas wird
durch die permanent brennende und nahe des Brenners befindliche Hilfsflamme entzündet.
Wenn der Durchlauf des Wassers unterbrochen ist (durch Schließen des Warmwasserhahnes)
dann wird die sich an den Rippen ansammelnde Wärme auf ein kleines Wasservolumen
innerhalb der Leitung des Wärmetauschers übertragen, so daß das Wasser innerhalb
der Leitung kocht.
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Dies führt a):zur zunehmenden Ablage von Salzen an der Innenseite
der Leitung so daß deren Innendurchmesser zunehmend kleiner wird; b): zu einer Reduzierung
des Wärmeübertragungskoeffizienten der Leitung; und c): zu einer Zunahme des Druckgefälles
innerhalb der Leitung.
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Die Verringerung des freien Innendurchmessers derLeitung infolge der
Ablage'von Salzen ist insbesondere nachteilig, da die in diesem Durchlauferhitzer
verwendeten Ventile zum Öffnen oder Schließen der Gaszufuhr am Brenner auf der Basis
von Druckunterschieden arbeiten; diese werden reduziert, wenn der freie Strömungsquerschnitt
der Leitungen für den Wasserumlauf kleiner wird. Die Steuerungsventile der Warmwassergeräte
beginnen demnach anfällig zu werden bzw.
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zu versagen.
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Schlimmer noch, der reduzierte Wärmeübertragungskoeffizient hat zur
Folge, daß die Rippen bei Verwendung höhere und höhere Temperaturen erreichen, so
daß sich ihre Lötverbindung von der Leitung löst und das Warmwassergerät nutzlos
wird.
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Der dritte Nachteil, d.h. die Zunahme des Druckgefälles innerhalb
der Leitung hat zur Folge, daß das Gerät nicht mehr in der Lage ist, warmes Wass-er
den höchsten Anschlüssen des Systems einzuspeisen,-so beispielsweise dem Anschluß
für eine Brause.
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Außer'den bei Gebrauch zunehmenden Nachteilen unterliegen Wärmetauscher
für Haushalts-Warmwassergeräte bzw. -Durchlauferhitzer einer Reihe weiterer Nachteile
, welche ihrer Form und ihrer Anordnung zuzuschreiben sind. Es hat sich herausgestellt,
daß herkömmliche Warmwassergeräte eine zu geringe Wärmeübertragung zwischen der
Flamme bzw. den Verbrennungsgasen und dem zu erhitzenden Wasser aufweisen, weshalb
ihr Gesamtwirkungsgrad klein ist. Das einfachste und offensichtliche Verfahren diesen
Problemen gerecht zu werden, bestünde darin, die Längc und den Durchmesser der zylindrischen
Leitung bzw. des Rohres großer werden zu lassen, indem man die Leitung oberhalb
des Brenner er als bisher vorwärs- und rückwärtsgerichtet anlegt. Diese Lösung ist
indessen außerordentlich teuer,
insbesondere da Eisenrohre nicht
verwendet werden können (es ist erforderlich, angemessene Legierungen oder Kupfer
zu verwenden).
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Außerdem würde. der Durchlauferhitzer unangemessen, d.h. unproportional
groß und schwer werden, 80 daß er einen sehr kleinen praktisclen Nutzen bieten würde.
Diese beiden Nachteile der zunächst als offensichtlich anzusehenden Lösung sind
nicht die einzigen; die Zunahme in der Länge der Wasserleitung führt natürlich Z'1
einer Zunahme des Druckgefälles, was die Arbeitsweise des Durchlauferhitzers bzw.
Warmwassergerätes nachteilig beeinträchtigt, wie bereits erläutert wurde. Bekannte
Warmwassergeräte weisen gewöhnlich aus Kupfer bestehende Wärmetauscher auf, welche
im wesentlichen dickwandig ausgebildet sind, um den inneren Drücken zu widerstehen,
die durch das erwärmte Wasser entstehen. Diese Bedingung erfordert, daF für jeden
Wärmetauscher eine beträchtliche Kupfermenge verwendet wird, ein Metall, welches
als teuer anzusehen ist.
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Angesichts der vorangehend genannten Nachteile besteht die Aufgabe
der Erfindung darin, einen einfacher aufgebauten, uirtschaftlichen Wärmetauscher
zu schaffen, welcher verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften besitzt, um ein
im Durchlauf bewegtes Medium z erhitzen oder abzukühlen.
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Der verbesserte Wärmetauscher gemäß der Erfindung besitzt verbesserte
Wärmeübertragungskapazität, ist von kleinerer Bauart und erfordert proportional
weniger wärmeleitfähiges Material, selbst angesichts seiner größeren Wärmeübertragungskapazität.
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Die Vorteile des Gerätes gemäß der Erfindung wurden erzielt, indem
das zu erhitzende oder abzukühlende Medium einer im wesentlichen gefalteten bandförmigen
und möglicherweise turbulenten Bahn folgt, welche senkrecht zur Bahn der Verbrennungsgase
und Flammen ausgebildet ist. Infolgedessen ist die größte Fläche während längstmöglicher
Zeit mit den Gasen und Flammen in Kontakt. Verbrennungrsgase und Flammen werden
durch die gefaltete Bahn in mehrere Einzelanteile aufgeteilt.
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Obwohl die Einrichtung gemäß der Erfindung unter besonderer Bezugnahme
auf Warmwasserger.ite für den Haushalt beschrieben ist, kann
die
Lehre der Erfindung auch auf Wärmetauscher ausgelegt werden, welche zum Erwärmen
oder zum Kühlen anderer Medien als Wasser dienen und anderen Verwendungszwecken
als Durchlauferhitzer für Haushaltszwecke unter Verwendung eines mit Gas oder vergasungsfähigem
Brennstoff gespeisten Brenners zugeordnet werden können.
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Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung kann nachfolgenden Verwendungszwecken
zugeführt werden: a) Aussen- oder Raumheizgeräte, bei welchen Heißwasser durch die
Leitung des Wärmetauachers fließt, während zwischen den Leitungen ein Luftzwangsstrom
besteht; b) Aussen- oder Raumheizgeräte, bei, welchen Luft durch die Leitungen des
Wärmetauschers strömt, während dieser in Wärmetauscherbeziehung zu Verbrennungsgasen
angeordnet ist; c) Wärmewiedergewinnungseinheiten in Kaminen zum Erhitzen von beispielsweise
Wasser oder Luft; d) Kondensatoren von Gas oder Dampf, welche durch die Leitung
des Wärmetauschers strömen, e) Heizgeräte für Wasser, welches außerhalb der Wärmetauscher
strömt; und f) Kühler- und Heizgeräte für Kraftfahrzeuge etc.
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Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung eignet sich zum Erwärmen oder
Kohlen eines ersten Mediums, welches sich im inneren Durchlauf befindet; der Wärmetauscher
kann in Wärmetauscherbeziehung in die Bahn eines zweiten Mediums gebracht werden,
welches außerhalb des Wärmetauschers strömt. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist
mehrere dünne und wärmeübertragende Elemente auf, welche eine im wesentlichen gefaltete
und bandförmige Turbulenzinnenbahn für das erste Medium bilden. Die einen Einlaß
und einen Auslaß aufweisenden Elemente bilden mehrere nahe im Abstand zueinander
angeordnete Teile, von welchen jeweils zwei angrenzende Teile einander wenigstens
teilweise gegenüberliegen. Die Elemente bilden eine
im wesentlichen
laminierte oder geschichtete Bahn für das zweite Medium.
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Die Erfindung ist in einem insbesoniere für Haushal ts-Warmwasaervsrwirklicht~
g eräte bzw. -Durchlauferhitzer geeigneten WärmetauscherX welcher einen mittels
Gas gespeisten Brenner aufweist. Der Wärmetauscher umfaßt einen oder mehrere Roh)
körper aus einem dünnen wärmeleitenden Material, welche eine wandförmige, kontinuierliche
Bahn bilden.
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Entlang dieser Bahn bewegt sich das zu erwärmende Wasser in Turbulenz.
Der Hohlkörper bzw. die Hohlkörper sind so angeordnet, daß sie mehrere unter nahem
Abstand befindliche Teile bilden. Zwischen diesen Teilen können die durch den Brenner
erzeugten Verbrennungsgase strömen, wodurch der Koeffizient der Wärmeübertragung
zwischen den Verbrennungsgasen und dem Wasser wesentlich verbessert bzw. erhöht
ist. Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung ist natürlich auch anderen Anwendungszwecken
zugängig. Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Figur 1 ist eine schematische Perbpektivansicht einer Ausführungs
form des Wärmetauschers gemäß der Erfindung; ein in gestrichelten Linien wiedergegebener
Brenner ist in Arbeitslage unterhalb des Wärmetauschers aufgezeigt; Figur 2 ist
eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Wärmotauschers
gemäß der Erfindung ein in gestrichelten Linien wiedergegebener Brenner ist in Arbeitslage
unterhalb des Wärmetauschers aufgezeigt; Figur 3 ist eine Schnittansicht in Richtung
der Pfeile III-III in Figur 1; Figur 4 ist eine der Figur 3 vergleichbare Schnittansicht
unter Darstellung einer weiteren Formgebung für die Wasaerloitungl Figur 5 ist eine
vertikale Schnittansicht einer weiteren Auuführungs form des Wärmetauschers gemäß
der Erfindung;
ein in gestrichelten Linien dargesteXlter Brenner
ist in Arbeitsposition unterhalb des Wärmetauschers aufgezeigt; Figur 6 ist eine
teilweise geschnittene Pespektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers
gemäß der Erwindung; der in gestrichelten Linien dargestellte Brenner ist in Arbeitslage
unterhalb des Wärmetauschers aufgezeigt; und Figur 7 ist eine teilweise geschnittene
Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
ein in gestrichelten Linien dargestellter Brenner ist in Arbeitsposition unterhalb
des Wärmetauschers aufgezeigt.
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Der in Figur 1 dargestellte Wärmetauscher gemäß der Erfindung kann
in einer wärmeaufnehmenden Position bezüglich eines Brenners 1 angeordnet werden,
welcher mit Gas oder mit einem vergasungsfähigen Brennstoff arbeitet. Der Brenner
1 ist schematisch durch die gestriohelten Linien dargestellt und bildet keinen Bestandteil
der vorliegenden Erfindung.
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Der in Figur 1 wiedergegebene Wärmetauscher umfaßt einen hohlen bandförmigen
Körper 2 aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, welcher seitliche Aussenwände
3 und 4 aufweist. Der bandförmige Körper 2 ist in Form mehrerer im wesentlichen
paralleler Teile 6, 7, 8, 9, 70 und 11 ausgebildet, welche durch am Ende befindliche
Verbindungsteile miteinander verbunden sind. Die Verbindungsteile verbinden je ein
Ende eines geraden Teils mit dem angrenzenden Ende eines weiteren geraden Teiles.
Der hohle Bandkörper 2 besitzt einen Einlaß 12 und einen mit dem Einlaß in Verbindung
stehenden Auslaß 13; der Einlaß 12 ist an eine Quelle bzw. einen Vorrat kalten Wassers
anschließbar, während der Auslaß 13 beispielsweise an das Reißwassersystem eines
Haushalts angeschlossen werden kann.
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Es ist ersichtlich, daß in der hohlen bandförmigen Anordnung das zu
erhitzende Wasser einer Zick-Zack-Bahn oberhalb des Brennersi
folgt.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der bandförmigen Ausbildung des
Körpers 2, welcher insbesondere in der durch den Teil 14 angezeigten Strömungsrichtung
der durch den Brenner erzeugten Verbrennungsgase gestreckt ausgebildet ist. Die
geradlinigen Teile 5 - 11 sind nahe im Abstand zueinander angeordnet, wobei Jeweils
zwei angrenzende Teile (beispielsweise 5 und 6 oder 6 und 7 oder 7 und 8) einander
gegenüber liegen und zwischen sioh die geschichteten Bahnen für die durch den Brenner
1 erzeugten Verbrennungsgase bilden. Jede dieser Bahnen leitet einen Teil der Verbrennungsgase
und Flammen, wodurch eine beträchtliche Berührungefläche zwischen den Verbrennungsgasen
und den Flammen und dem Körper bzw. der Leitung 2 existiert, innerhalb welcher das
Wasser fließt.
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Nach Wunsch können wärmeleitende, gewellte bzw. gezackte Bleche 15
zwischen Paaren gerader Teile (5 und 6 oder 6 und 7 ...) eingesetzt sein, so daß
sie sich in den Bahnen der vom Brenner 1 nach oben steiegenden Verbrennungsgase
befinden. Die gewählten Bleche 15 können in guter wärmeleitenacr Beziehung angeordnet
sein, so beispielsweise bezüglich der vorzugsweioe flachen Seitenwände 3 und 4 der
geraden Teile 5'- 11.
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Wie gut Figur 3 hervorgeht, ist die Leitung 2 dünnwandig. Die Leitung
stellt einen wirtschaftlich wesentlichen Aspekt der Erfindung dar, da die Kosten
des Gerätes beträchtlich reduziert werden können. Die Möglichkeit der Verwendung
dünner wärmeleitfähigen Materialien für die Wände des Körpers 2 steht in direkter
Beziehung zur neuartigen Ausgestaltung des Wärmetauschers. Bei bekannten Wärmetauschern
haben alle Versuche zur Reduzierung der Wanddicke zu keinem Erfolg geführt, da das
verwendete Material, gewöhnlich Metalle, so Kupfer etc., den erzeugten Drücken nicht
widerstehen kann.
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Angesichts der Nähe zwischen angrenzender Teilen 5, 6 oder 6,- 7 oder
7, 8 etc. an der Stelle der gewellten Bleche 15 können dünne, verstärkende Rippen
zwischen diesen Parallelteilen 5 - 11 angeordnet werden. Eine Fläche der wippe ist
dabei an einer äuLeren
Wand 7 eines- Teils angelegt bzw. angebracht,
während die andere Rippenfläche an der gegenüberliegenden Seitenwand 4 eines anderen
Teils 5 - 11 angelegt oder befestigt ist. Auf diese Weise werden die auf jede Rippe
einwirkenden und durch die Drücke innerhalb angrenzender Teile 5, 6 oder 6,7 etc.
ausgelösten Kräfte kompensiert, weshalb man sich Rippen kleiner Abmessungen bedient.
Die gekrümmten oder kurvenförmigen Endteile erfordern infolge ihrer Formgebung im
wesentlichen keine verstärkenden Rippen Nach Wusch brauchen sich die Verstärkungsrippen
nicht von der Seitenwand3zur Seitenwand 4 erstrecken, falls sie ausreichend fest
sind, die durch das Wasser erzeugten Drücke baulich aufzunehmen. Der gleiche, durch
die Rippen ausgelöste Effekt kann durch die gewählten Bleche 15 erzeugt werden.
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Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist der bandförmige
Körper 2 im wesentlichen von gleichem Querschnitt hinsichtlich seiner Breite. Fachleuten
ist indessen geläufig, daß die seitlichen Aussenwände 3 und 4 etwas gekrümmt sein
können, oder bei flacher Ausbildung beispielsweise die in Figur 4 dargestellte nuordnung
besitzen können. Gemäß dieser Ausführungsform ist der bandförmige, die Leitung 2
bildende Körper von hohlem tranezförmigem Querschnitt, wobei der Abstand 16 zwischen
angrenzenden Teilen 5, 6, d.h. der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden
Seitenwänden 41 in Richtung der Strömung der Verbrennungsgase abnimmt.
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Die Richtung der Strömungsgase ist durch den Pfeil 14 in Figur 4 wiedergegeben.
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Die besondere Ausgestaltung des bandförmigen Körpers 2, ob dieser
die in Figur 3 dargestellte Querschnittsform oder die in Figur 4 dargestellte aufweist,
hat zur Folge, daß das hindurchströmende Wasser vertikale Turbulenzen aufweist,
wodurch der Koeffizient der Wärmeübertragung zwischen den Flammen bzw den Verbrennungsgasen
und dem Wasser vergrößert ist.
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Fachleuten ist geläufig, daß es nicht von fundamentaier Bedeutung
ist, die geraden Teile 5 - 11 parallel zueinander auszubilden,
da
eine geringe Schräglage die Arbeitsweise der insoweit beschriebenen Ausführungsformen
nicht beeinträchtigt.
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Obwohl es in Figur 1 der Zeichnungen nicht dargestellt wurde, ist
es in gleicher Weise offensichtlich, daß die Ausführungsform gemäß Figur 1 nicht
notwendigerweise aus einem einzelnen und kontinuierlich verlaufenden, bandförmigen
Körper 2 gefertigt werden muß. Es ist möglich, sich einer oder mehrerer miteinander
verbundener Abschnitte zu bedienen, wobei die Abschnitte in angemessener Weise verbunden
sind, um eine kontinuierliche Zick-Zack-Bahn für das Wasser über dem Brenner 1 zu
bilden. Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, welche sich als verwendbar erwiesen
hat, wird durch mehrere gerade Teile 5 - 11 gebildet, welche durch gekrümmte oder
kurvenfrrnige Endabschnitte verbunden sind. Jeder dieser Endabschnitte verbindet
unter hermetischer Abdichtung zwei angrenzende Enden gerader Abschnitte 5 - li,
In vergleichbarer Weise hat es sich herausgestellt, daß der Wärmetauscher gemäß
der Erfindung nicht immer die Verwendung wärmeleitender und gewellter Einsätze oder
Bleche 15 erfordert. Obwohl die gewählten Bleche die Wirkungsweiße des Wärmetauschers
verbessern, stellen sie nicht ein fundamentales Merkmal der Erfindung dar.
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Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich
der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ausgebildet. Aus diesem Grund wird
die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform nicht in al'er Einzelheit erläutert,
obwohl auf die der Figur 1 zugrunde liegende Beschreibung zum Zwecke der Verdeutlichung
der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform Bezug genommen ist. Gleiche Bezugszeichen
wurden infolgedessen in den Figuren 2 und 1 verwendet.
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Der wesentliche Unterschied zwischen den in Figur 1 und Figur 2 dargestellten
Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in der Formgebung des hohlen, bandförmigen
körpers 2 zu sehen. Während der den Strom des Wassers aufnehmende hohle Körper 2
in Figur 1 Zick-Zack-Form besitzt, ist die in Figur 2 dargestellte Leitung spiralförmig
ausgebildet.
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Die Bezeichnung "Spiralform" soll auch jede andere Formgebung umfassen,
welche unter diesem Begriff genannt werden könnte.
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Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß man die Windungen der in Figur 2
dargestellten Spirale axial versetzen kann, so daß sich eine konusförmige Spiralbahn
für das Wasser im Wärmetauscher bildet. Bei dieser Ausführungsform weist der Wärmetauscher
mehrere Windungen 17, 18i 19, 20 und 21 auf, welche von elliptischer, kreisförmiger
oder von anderer Form in horizontalem Querschnitt sein n können. Jede Windung stellt
eine Fortsetzung der vorangehenden dar, wobei die unterste Windung 17 einen an ein
Kaltwassersystem anschließbaren Einlaß aufweist, während die höchste Windung (21)
einen an ein Heißwassersystem anschließbaren Auslaß besitzt. Diese Art der Anordnung
hat sich insbesondere als verwendbar erwiesen, um die Wirksamkeit bzw. Leistungsfähigkeit
des Wärmetauschers zu erhöhen, obwohl die Aussenabmessungen der gesamten Anlage
etwas größer sind als diejenigen der in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen.
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Die vertikale Querschnittsform der die verschiedenen Windungen 17
- 21 bildenden Leitungen kann der in Figur 3 oder 4 dargestellten entsprechen oder
Jeder anderen Formgebung angepaßt sein, solange die Leitung- insbesondere in der
Richtung gestreckt ist, in welcher die Flammen oder die erzeugten Verbrennungsgase
strömen.
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Des stellt einen wesentlichen Aspekt der Erfindung dar. Die Formgebung
des Wärmetauschers ist so gewählt, daß dieser im inneren einen kontinuierlichen
Kanal bildet, welcher geeignet ist, die Wassermenge im Umlauf in einander folgend
gefalteter und im wesentlichen vertikaler Bandform zu leiten.
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In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Diese Ausführungsform weist die gleichen Bauteile auf, wie die vorangehend erwähnten
Ausführungsformen, d.h. eine diinnwandige, hohle und bandförmige Leitung 2, welche
eine spiralförmige Bahn für das zu erwärmende Wasser bildet. Zwischen angrenzenden
Wicklungen des spiralförmigen Körpers können wärmeleitende,gewellte bzw. gezackte
Bleche 15 eingesetzt sein. Die gewellten oder gezackten
Bleche
15 wurden bereits unter Bezugnahme auf die Ausfahrungsformen gemäß den Figuren 1
und 2 erläutert. Der hohle, bandförmige Leitungekörper 2 besitzt einen Wasserauslaß
13.
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Dss wesentliche Merkmal dieser Ausführungsform ist nicht die spezifische
Gestaltung des bandförmigen Körpers 2, welcher eine Spiralbahn für die Flüssigkeit
bildet, sondern die Vorrichtung nachfolgend beschriebener Konstruktion.
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Es hat sich in gewissen Fällen als zweckmäßig erwiesen, die bandförmige
Leitung 2 mit einem zum Vorwärmen des Wassers dienenden Aufbau zu verbinden, um
das zu erhitzende Wasser zunächst durch diesen Aufbau zu leiten, bevor es in die
zum Erhitzen dienende Leitung 2 eingeführt wird. Zu diesem Zweck ist der äußere
Endteil des bandförmigen Körpers 2 gemäß Figur 6 kegelstumpfförmig als Hülle 22
ausgebildet, welche die Verbrennungsgase in Richtung der Leitung bzw. der Heizanordnung
2 leitet. Es ist offensichtlich, daß die Hülle 22 bevorzugt gleichfalls eine bandförmige
Turbulenzbahn für die vorzuwärmende Flüssigkeit bildet. Ein Einlaß 12 ist zu diesem
Zweck an die unterste Windung der Hülle 22 angeschlossen.
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Wie sich aus Figur 6 ergibt, ist ein Schild- bzw. Schutzkörper 23
seitlich in einer die Windungen der Heizanordnung 2 umschließenden Form vorgesehen,
während ein Hüllenkörper 24 die Hülle 22 umgibt und mit dieser zusammenwiSt, um
die Verbrennungsgase des Brenners 1 in den am Umfang befinilichen Schirm-oder Schutzkörper
23 zu leiten. Nach Wunsch können der Schirmkörper 23 und der Hüllenkörper 24 entweder
einstückig oder unabhängig voneinander gefertigt sein. In letzterem Fall befinden
sie sich entlang des Winkels 25 in Berührung miteinander oder sind unter geringem
Abstand vorgesehen. Der Schirmkörper 23 und der Hüllenkbrper 24 bilden in Kombination
einen hohlen, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Körper, obwohl auch ein hohl zylindrischer
Körper vorgesehen sein kann. Der Ausdruck "kegelstumpfförmig" umfaßt nicht nur einen
exakt konischen Körper, sondern auch Körper umgekehrter
Trichterform,
wie sie in Figur 6 dargestellt sind.
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Der Schirmkörper 23 und der Hüllenkörper 24 der in Figur 6 dargestellten
Ausführungsform können unabhängig oder in Kombination den in den Figuren 1 - 5 dargestellten
Ausführungsformen hinzugefügt werden. Falls sie in Kombination benutzt werden, kann
sich der Schirmkörper 23 in wärmeübertragender Beziehung bezüglich der äußersten
Wicklung oder Windung der in den Figuren 1, 2- und 5 dargestellten Ausführungsformen
befinden. Nach Wunsch kann der Hüllenkörper 24 unabhängig, also für sich den Ausführungsformen
gemäß Figuren 1, 2 oder 5 hinzugefügt werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig,
daß er sich in direkter Wärmetauscherbeziehung bezüglich der äußersten Windung der
Heizanordnung 2 befindet. In vergleichbarer Weise können die Aus führungs formen
gemäß den Figuren 1 - 5 eine konische Hülle 22 aufweisen, welche durch entsprechende
Formgebung der äußeren Windungen der Ausführungsformen gesäß den Figuren 2 und 5
oder durch entsprechende Formgebung des ersten geraden Teils 5 gemäß Figur 1 hergestellt
wird. Dabei wird ein im wesentlichen zylindrischer Teil in umhüllender Lage dazwischen
angeordnet, um eine zum Vorwärmen dienende Einrichtung zu schaffen.
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In diesem Fall befindet sich der Einlaß 12 am freien Ende der Vorwärmeinrichtung.
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Fachleuten ist ferner erzchtlich, daß es bei der in Figur 6. dargestellten
Ausführungsform nicht von vorrangiger Bedeutung ist, einen Schilkörper 23 und einen
Hüllenkörper 24 vorzusehen, obwohl sie dazu beitragen, die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Anordnung zu verbessern. Dies trifft insbesondere zu, falls die Seitenkanten angrenzender
Windungen , so z.B. der Windungen 26 und 27 des Hülle teils 22 in Berührung miteinander
placiert sind und eine kontinuier-, liche seitlich geschlossene Hülle 22 darstellen.
Falls eine Hülle 24 verwendet wirdt ist es in gleicher Weise nicht erforderlich
, daß der Hülsenteil 22 die Seitenkanten der verschiedenen Windungen berührt, da
es sich als ausreichend erweist, einen geringen Zwischenraum entlang der gemeinsamen
Kante 28 angrenzender Windungen vorzusehen (beispielsweise zwischen den entsprechenden
Windungen 26 und 27).
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In Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Diese umfaßt einen hohlen, bandförmigen Körper 2 aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit,
welcher als eine Mehrzahl im wesentlichen paralleler Teile 5, 6, 7, 8 9 1o und 11
eto. geformt ist. Die Teile sind durch Endteile verbunden, welche Je ein Ende eines
geraden Teils mit dem angrenzenden Ende eines weiteren geraden Teiles verbinden.
Der hohle, bandförmige Körper > besitzt einen damit in Verbindung stehenden Auslaß
13, welcher an das Wasser system eines Haushalts angeschlossen werden kann. Der
als Leitung ausgebildete, bandförmige Körper 2 ist auch bei dieser Ausführungs form
der Erfindung insbesondere in Strömungsrichtung 14 der durch den Brenner 1 erzeugten
Strömungsgase gestreckt ausgebildzt, In vergleichbarer Weise sind die verschiedenen
Windungen der bandförmigen Leitung 2 im wesentlichen spiralförmig angeordnet und
befinden sich unter engem Abstand zueinander. Dabei liegen zwei Windungen jeweils
einander gegenüber und bilden zwischen sich geschichtete Bahnen für die durch den
Brenner 1 erzeugten Verbrennungsgase. Wie im Falle der bereits beschriebenen Ausführungsformen
werden die Verbrennungsgase in einer Mehrzahl von Bahnen aufgeteilt, was nicht nur
zur laminaren Ausbildung der Bahn für das Wasser beiträgt, sondern auch den Wärmetauschkoeffizienten
vergrößert.
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Gewellte oder gezackte Bleche t5 können auf Wunsch der insoweit beschriebenen
Anordnung hinzugefügt werden.
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Es ist ersichtlich, daß die insoweit beschriebene Vorrichtung im wesentlichen
mit denjenigen der bereits beschriebenen Ausführungsformen vergleichbar ist. Der
Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und denjenigen der Figuren 1, 2 und
6 bestehen im Aufbau des Vorwärmers (die Alternativlösungen der Figuren 3, 4 und
in 5 können gleichfalls der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform verwirklicht
sein).
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Die äußerste Wicklung des bandßrmigen Körpers 2 gemäß Ausführungsform
in Figur 7 ist durch zwei im wesentlichen kegelstumpffbrmige
Körper
29, 3o umgeben, Die beiden Körper sind nahezu einander angeordnet und bilden zwischen
sich eine-hermetisch abgeschlossene, für den Flüssigkeitsumlauf dienende Kammer,
mit einem Einlaß 12 und einemAuslaß, welcher an die äußersten Windungen der Leitung
2 angeschlossen sind. Es ist offensidilioh, daß die beiden Körper 29 und 30 nicht
notwendigerweise parallel zueinander ausgebildet sein müssen, In Figur 7 ist eine
insbesondere verwendbare gonstruktion dargestellt, nach welcher die Trennung zwischen
den görpern 29 und fo nach unten gerichtet abnimmt. Da es sich als zweckmäßig erweist
sehr dünne und wärmeleitende Materialien fur die Körper 29 und 30 zu verwenden,
werden bevorzugt Mittel verwendet, welche den im wesentlichen kegelstumpfförmigen
Körpern29 und 30 baulich zugeordnet sind und diese im Abstand halten (um den Auswirkungen
von Innendrücken entgegenzuwirken und sie zu neutralisieren). Diese Mittel können
beispielsweise aus verstsrkenden, kanalförmigen Teilen 31 bestehen, welche je in
einem der Körper 29 oder 30 ausgebildet sind. Gemäß Zur 7 weist der Körper o v einen
kanalförmigen Teil 31 auf; natürlich können auch herkömmliche Rippen anstelle der
Teile 31 benutzt werden.Obwohl dargelegt ist, daß die Körper 29 und 30 beide aus
wärmeleitendem Material bestehen, kann man' auch ganz allgemein so vorgehen, daß
nur der Körper 30 aus diesem Material gefertigt ist.
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Die Körper 29 und 30 brauchen sich nicht über der gesamten seitlichen
Abmessung der äußeren Windungen des bandförmigen Körpers 2 nach oben erstrecken.
In vergleichbarer Weise können sich die Körper 29 und 30 in erwünschter Weise nach
unten erstreckeni darüberhinaus ist es nicht erforderlich, daß sie seitlich voliständig
den Brenner 1 umgeben.
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Obwohl die Vorwärmeinrichtung der in Figur 7 dargestellten Ausführungsfore
unter Bezugnahme auf die beiden Körper 29 und o erläutert mißt, können die gleichen
Vorteile unter Verwendung einer Vorwärmeinrichtung erzielt werden, welche der in
Figur 7 dargestellten vergleichbar ist, jedoch aus einem einzelner hohl-Mandigen
Hüllenkörper besteht. Dieser umgibt (teilweise oder insgesamt) den bandförmigen
Leitungskörper 2 und erstreckt sich
nach unten in Richtung des
Brenners 1.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen des Wärmetauschers gemäß
der Erfindung unter Bezugnahme auf ein vertikal strömendes zweites Medium (bevorzugt
Verbrennungsgase) erläutert ist, kann die Strömung des zweiten Mediums bei gewissen
Anwendungsfällen (außerhalb des Wärmetauschers') schräg oder horizontal gerichtet
sein (Kühler bei Kraftfahrzeugen).
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In der vorliegenden Beschreibung als auch in den Zeichnungen wird
auf einen bandförmigen Körper" oder auf eine "bandförmige Bahn" Bezug genommen;
darunter soll'verstanden werden, daß die Bahn oder daß der Körper ein Verhältnis
von Höhe zu Breite von wenigstens 7 t 1 besitzt, wobei die Höhe der Bahn bzw. des
Körpers als vertikale Abmessung genannt ist, während die Breite der durchschnittlichen
horizontalen Abmessung entspricht, gesehen unter Bezugnahme auf die Lage der Figuren
3 und 4.