DE2310387A1

DE2310387A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2310387A1
Application number: DE19732310387
Authority: DE
Inventors: Michael John Broad; Barrie James Martin; Norman Moss
Original assignee: LEISER G; VDR PRINZ E; Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: LEISER G; VDR PRINZ E; Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1973-03-02
Publication date: 1973-09-06
Also published as: SE397721B; GB1415659A; FR2174047B1; US3890935A; JPS48100741A; FR2174047A1

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser eocj München 6o. 1. März 1973 Dipl.-Ing. Gottfried Leiser tr,,b.rg.,..,_a„. i? Patentanwälte

nUeromm«, Labyrinth MOndun O Q 1 Π ^ Q 7

T.lelon, 63 15 10 tO I UOO / Pottsdiadikonto: MSnchm 1170/S

Unser Zeichen: P 2204

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG.
Gartenstraße 2, 63ΟΟ Zug / Schweiz

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Boiler für eine Zentralheizungsanlage.

Wärmetauschervorrichtungen, wie z.B. Boiler für Zentralheizungsanlagen, sollen klein und kompakt ausgeführt sein, um die Installation der Vorrichtungen an geeigneten Stellen vornehmen zu können, an denen sie kein Hindernis bilden. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine solche Wärmetauschervorrichtung zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der eine erste und eine zweite Kammer aufweist, die durch eine gasdurchlässige Platte getrennt sind, sowie einen Mantel zur Aufnahme der aufzuheizenden Flüssigkeit, der die erste und die zweite Kammer umgibt, wobei die erste Kammer zur Aufnahme von heißen Gasen dient, die während des Betriebes des Wärmetauschers durch die Platte in eine Wärmetauscherschicht aus gekörntem Material strömen, das in der zweiten Kammer angeordnet

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ist und von der Platte getragen wird.

Beim Gebrauch von erfindungsgemäßen Wärmetausehern strömen die heißen Gase in die Wärmetauscherschicht und heizen die Schicht auf. Der die Flüssigkeit aufnehmende Mantel umgibt die erste Kammer, so daß die Wärme von den heißen Gasen über den ganzen Bereich auf die Flüssigkeit, z.B. Wasser, übertragen wird. Der Mantel umgibt ebenfalls die zweite Kammer, so daß ferner Wärme von dem heißen, gekörnten Material auf die Flüssigkeit übertragen wird. Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise ein maximaler Oberflächenbereich zur Aufheizung der Flüssigkeit verwendet wird.

Vorzugsweise besteht die Wärmetauscherschicht aus einer Wirbelschicht, aber es kann auch eine feste oder kompakte Schicht Verwendung finden,falls dies erwünscht ist. Bei einer festen Schicht kann das gekörnte Material z.B. aus Metallteilchen bestehen, die aneinander geklebt sind. Bei einer Wirbelschicht kann das gekörnte Material z.B. aus Sand, Siliconkarbid, Siliconnitrat oder losen Metallteilchen bestehen.

Falls es erwünscht ist, kann eine weitere Wärmeübertragung von der Wärmetauscherschicht auf die aufzuheizende Flüssigkeit dadurch erzielt werden, daß Leitungen zur Aufnahme der Flüssigkeit durch die Schicht verlaufen und mit dem die Schicht umgebenden Mantel in Verbindung stehen. Bei Ausführungsbeispielen, in denen Leitungen oder andere Teile von Zusatzaggregaten, z.B. elektrische Heizelemente, in der Wirbelschicht eingelagert sind, hat sich ergeben, daß es vorteilhaft ist, wenn die Platte, welche die Wirbelschicht trägt, mit Löchern versehen ist, die in einer solchen Art angeordnet sind, wie es im einzelnen in der Patentanmeldung P 23 07 492.2("Wärmetauscher") beschrieben ist. Wie in der vorgenannten Patentanmeldung beschrieben ist, wird die Wirbelschicht im wesentlichen gleichmäßig durchwirbelt,

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weil die Platte in den Bereichen, die unter den Zusatzaggregaten liegen, mit wenigen Löchern (oder mit gar.keinen Löchern) versehen ist.

Gewöhnlich besteht die Platte aus Metall, z.B. aus Flußstahl, obwohl andere Materialien wie z.B. Keramikmaterialien unter Umständen verwendet werden können. Wenn eine Wirbelschicht verwendet wird, dann kann es passieren, daß einige Teilchen der Wirbelschicht durch die öffnungen in der Platte fallen wollen. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, auf der Platte einen Metallschwamm, ein Gewebe, ein Sieb oder einen Schirm anzuordnen, damit verhindert wird, daß die Teilchen durch die Löcher in der Platte fallen, während gleichzeitig dafür gesorgt wird, daß die heißen Gase ungehindert von der ersten Kammer in die Wärmetauscherschicht eindringen können. Ein bevorzugter Metallschwamm ist der Ni/Cr Metallschwamm, der von der Dunlop Company unter der Bezeichnung "Retimet" verkauft Wird, da dieser Metallschwamm von den heißen Gasen relativ leicht durchströmt werden kann.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung und mit Rücksicht darauf, eine große Wärmemenge zur Aufheizung einer großen Wassermenge zu erzielen, ist es möglich, eine Reihe von ersten und zweiten Kammern sowie entsprechend angeordnete Wärmetauscherschichten vorzusehen, wobei alle Kammern mit einem gemeinsamen Wassermantel umgeben sein können und einen gemeinsamen Rauchabzug aufweisen können, wenn dies erwünscht ist. Gleichfalls können alle ersten Kammern von einer gemeinsamen Brennstoffquelle versorgt werden.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann die Platte, die die Wärmetauscherschicht trägt, selbst aus einem Metallschwamm, einem Sieb oder Schirm bestehen. In diesem Fall wird wiederum der Metallschwamm "Retimet" bevorzugt.

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Wie bereits erwähnt wurde, kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher klein und kompakt ausgeführt werden. Z.B. braucht ein Boiler, der eine Wärmeleistung von 30.000 B.T.U (7560 kcal) erbringt, nicht höher als 10 inch (25 cm), nicht breiter als 5 inch (13 cm) und nicht tiefer als 6 inch (15 cm) zu sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen' anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.l einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers und

Fig.2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.

In der Fig.l ist ein in Form eines Boilers 2 ausgebildeter Wärmetauscher dargestellt. Der Boiler 2 weist eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 6 auf. Die beiden Kammern 4 und 6 sind durch eine gasdurchlässige Metallplatte 8 voneinander getrennt, die mit nichtjdargestellten Löchern versehen ist, damit das Gas von der ersten Kammer 4 durch die Platte 8 in eine Strömungsschicht 10 aus Sand eindringen kann, die in der zweiten Kammer 6 angeordnet ist und von der Platte 8 getragen wird. Die heißen Gase werden in der Kammer 4 dadurch erzeugt, daß ein Gemisch aus gasförmigem Brennstoff und Luft mittels eines nichtjdargestellten Zentrifugalgebläses in einen Brennstoffeinlaß 12 geleitet wird, wobei der Brennstoffeinlaß 12 im Boden der ersten Kammer 4 angeordnet ist. Das Brennstoff/Luftgemisch besitzt einen ausreichenden Druck, um die Strömungsschicht 10 zu durchströmen. Der Brennstoffeinlaß 12 weist einen Flammenhalter 14 auf, und der Brennstoff wird in der Kammer 4 in der Nähe über dem Flammenhalter 14 mittels eines Zünders 16 entzündet. Falls flüssiger Brennstoff verwendet werden soll, kann

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dieser in die Kammer 14 mittels eines Zerstäubers eingesprüht werden, und der Flammenhalter kann dann in bekannter Weise rinnen förmig oder fingerförmig ausgebildet sein. Die heißen Gase strömen nach oben durch die Platte 8, durch die Wirbelschicht 10 und durch einen Rauchabzug 18 im oberen Teil des Boilers nach draußen.

Die erste Kammer 4 bzw. zweite Kammer 6 umgibt ein Wassermantel 20. Der Wassermantel 20 ist mit einem Wassereinlauf 22 und mit einem Wasserablauf 24 versehen. Es sei angemerkt, daß der Wassermantel 20 mit einer Unterteilungsplatte 26 ausgestattet ist, die an der Stelle 28 gelocht ist, damit das Wasser von dem unteren Teil 20A des Mantels zum oberen Teil 20B strömen kann. In dem Loch 28 kann außerdem ein Thermoelement angeordnet sein, mit dem die Wassertemperatur gemessen wird. Das sich in dem Teil 20A des Wassermantels befindliche Wasser wird mittels der heißen Gase in der ersten Kammer 4 und durch die Strahlungswärme des Flammenhalters 14 und der xatte 8 erwärmt, und das sich in der Kammer 20B befindliche Wasser wird mittels der Wärme, die von der heißen Wirbelschicht 10 abgestrahlt wird, erwärmt, wobei die Wirbelschicht 10 ihrerseits von den heißen Gasen der Kammer 4 aufgeheizt wird. Im allgemeinen wird die Wärme auf die Wirbelschicht 10 mittels der Gase übertragen und über das V/asser in einem solchen Maß abgeleitet, daß die Wirbelschicht im wesentlichen eine Brennstoffgastemperatur beibehält, die idealisiert bei etwa 400°F (200° C) liegt, damit eine Kondensation innerhalb des Rauchabzuges 18 vermieden wird. Das durch den Wasserablauf herausströmende heiße Wasser kann für ein übliches Zentralheizungssystem verwendet werden oder in bekannter Weise für irgendeinen anderen Zweck.

Es sei darauf hingewiesen, daß im oberen Teil der zweiten Kammer 6 eine gelochte Auffangplatte oder ein Schirm 30 angeord-

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net sind, damit die aufgewirbelten und von der Wirbelschicht 10 mitgerissenen Partikelchen aufgefangen werden. Es sollte darauf geachtet werden, daß eine entsprechende Loch- oder Maschengröße für die Auffangplatte oder den Schirm 30 gewählt wird, da dieser sonst vorzeitig verstopfen würde. Als Alternative zur Auffangplatte 30 könnte ein in der Zeichnung nicht dargestellter Zyklone-Abscheider vorgesehen sein, der die nach oben mitgerissenen Partikelchen abscheidet und der Wirbelschicht 10 wieder .zuführt.

In der Fig.2 ist eine ähnliche Vorrichtung dargestellt, die aus einem in Form eines Boilers 52 ausgebildeten Wärmetauscher besteht. Der Boiler 52 ist mit einer ersten Kammer 54 und einer zweiten Kammer 56 ausgestattet, die mittels einer gasdurchlässigen Platte 58 unterteilt sind, und die Platte 58 ist mit nicht dargestellten Löchern versehen. Durch diese Locher wird es ermöglicht, daß das sich in der Kammer 54 befindliche Gas durch die Platte 58 in eine Wirbelschicht 60 strömt. Dadurch wird die Wirbelschicht von den Gasen aufgeheizt. Die Gase werden in der Kammer 54 mittels einer Vorrichtung 62 erzeugt, die eine Leitung 64 zur Zuführung des Gases in ein Gebläse 66 aufweist. Die Vorrichtung 62 ist außerdem mit einem Lufteinlaß 68 versehen, so daß Gas und Luft von dem Gebläse 66 gemischt werden und entlang einer gemeinsamen Leitung 70 strömen. Die Gase strömen dann durch einen Flammenhalter 72 und werden von einem Zünder 74 entzündet. Der Flammenhalter sorgt dafür, daß ein Zurückschlagen des entzündeten Gasgemisches entlang der Leitung 70 verhindert wird.

Die erste Kammer 54 bzw. die zweite Kammer 56 umgibt ein Wassermantel 76. Es sei darauf hingewiesen, daß der Wassermantel 76 eine Unterteilungsplatte 78 aufweist, die an der Stelle 80 gelocht ist, damit das Wasser von dem unteren Teil 76A des Wassermantels zu dem oberen Teil 76B strömen kann. Das Loch ist ebenso dafür geeignet, ein nicht dargestelltes Ther-

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moelement aufzunehmen, das die verschiedenen Wassertemperaturen anzeigt. Während das Wasser in dem unteren Teil 76A des Wassermantels von den heißen Gasen in der Kammer 54 und ebenso von der Strahlungswärme des Flammenhalters 72 und der Platte 58 erwärmt wird, wird das Wasser in dem oberen Teil 76B des Wassermantels von der Strahlungswärme der Wirbelschicht 60 aufgeheizt. Um außerdem das sich in dem Wassermantel 76 befindliche Wasser schneller aufzuheizen, sind in der Wirbelschicht 60 Wasserleitungen 82 eingelagert, die ggf. spiralenförmig ausgebildet sein können, und diese Wasserleitungen stehen mit dem oberen Teil 76B des Wassermantels 76 in Verbindung. Die Verwendung der Wasserleitungen 82 sorgt offensichtlich dafür, daß das Wasser mit einem größeren Wärmeaustauschbereich der Wirbelschicht 60 in Berührung steht. Die Wasserströmung durch die Leitungen kann dadurch begünstigt werden, daß der obere Teil 76B des Wassermantels 76 in zwei Teile X und Y geteilt wird, wobei der Zugang von dem Teil X zum Teil Y nur durch die Leitungen 82 möglich ist.

Der untere Teil des Boilers 52 ist mit einem feuerfesten Strahlungsboden 84 versehen. Dieser feuerfeste Boden 84 heizt sich schnell auf und dient zusätzlich zur Aufheizung der Gase in der Kammer 54.

Falls es erwünscht ist, kann das in der Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel ohne die Wasserleitungen 82 verwendet werden. Wie bei dem in der Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer 56 des in Fig.2 dargestellten Boilers mit einem die mitgerissenen Teilchen auffangenden Schirm 86 versehen. Dieser die Teilchen auffangende Schirm 86 kann wie bei dem in der Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel durch ei-nen Zyklon-Abscheider ersetzt werden, falls dies erwünscht ist.

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Claims

vT

Patentansprüche

Wärmetauseher, insbesondere Boiler für eine Zentralheizungsanlage, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Kammer und eine zweite Kammer vorgesehen sind, die durch eine gasdurchlässige Platte getrennt sind, und daß ein die erste und die zweite Kammer umgebender Mantel zur Aufnahme der aufzuheizenden Flüssigkeit vorgesehen ist, wobei die erste Kammer zur Aufnahme von heißen Gasen dient, die während des Betriebes des Wärmetauschers durch die Platte in eine Wärmetauscherschicht aus gekörntem Material strömen, das in der zweiten Kammer angeordnet und von der Platte getragen wird.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die Wärmetauscherschicht aus gekörntem Material eine Wirbelschicht ist.
3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß Leitungen für die aufzuheizende Flüssigkeit vorgesehen sind, die durch die Wärmetauscherschicht verlaufen und mit dem die Wärmetauscherschicht umgebenden und die Flüssigkeit aufnehmenden Mantel verbunden sind.
4. Wärmetauscher nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die gasdurchlässige Platte mit Löchern versehen ist, die in der Platte in den Bereichen die kleinste Dichte aufweisen, welche in der Nähe von in der Wirbelschicht eingelagerten Geräten liegen,

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5. Wärmetauscher nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Metallschwamm, ein Sieb, ein Gewebe oder Schirm o.dgl. über der gasdurchlässigen Platte angeordnet ist.
6. Wärmetauscher nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Reihe von ersten und zweiten Kammern sowie entsprechend eingelagerte Wärmetauscherschichten vorgesehen sind, und daß die ersten und zweiten Kammern alle von einem gemeinsamen Wassermantel umgeben sind.

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