DE2336324A1

DE2336324A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2336324A1
Application number: DE19732336324
Authority: DE
Inventors: John Thomas Mccappin
Original assignee: HENNING ENG Ltd JOHN
Current assignee: HENNING ENG Ltd JOHN
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1973-07-17
Publication date: 1974-02-14
Also published as: BE802144A; GB1410333A

Description

Wärmeaustauscher

Ann.ι John Henning (Engineering) Ltd, Varingstown

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Konvektionserhitzer, die nach, dem Prinzip des natürlichen Zuges arbeiten und bei denen ein erhitztes flüssiges Medium verwendet wird, und insbesondere auch für Anbringung darin vorgesehene Wäremtustauscher.

Ein grundlegendes Prinzip der Physik eines Konvektionserhitzers mit sowohl natürlichem wie künstlichem Zug besteht darin, den besten Schornsteineffekt zu erzielen, der sich durch den Unterschied in der Dichte zwischen heißer und kalter Luft ergibt, und wobei ein Rippenrohr oder Reihen von Rippenrohren in einem. Gehäuse eingeschlossen werden. Dieser Schornsteineffekt ist offensichtlich unabhängig davon, ob das Gehäuse eine Vorrichtung für zwangsläufigen Luftumlauf enthält oder nicht.

Soll ein Erhitzer so konstruiert werden, daß er "schmal verläuft", also nicht mehr als 4" von der Wand nach der Anbringung, dann beträgt die Höchstzahl von halbzölligen Wasserrohren, die parallel zueinander und in der gleichen horizontalen Ebene angebracht werden können, etwa zwei. Werden in einem solchen Gehäuse parallel zueinander und in der gleichen horizontalen Ebene zwei Rohre angebracht, so ist die plane Fläche, die für Luftauftrieb und -Durchlauf zur Verfügung steht, stark beschränkt und es wird keine zweckmäßige Wärmeableitung erzielt.

Der Schornsteineffekt, wie der Name besagt, stammt aus der Heizöltechnologie und fand Anwendung auf die Rauch-.

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gasabzüge von Kesseln und Ofen. In den Berechnungen hinsichtlich der Mindesthöhe des für einen bestimmten aufwärts wirkenden Zug erforderlichen Schornsteins wird das Rauchgassystem repräsentiert durch ein U-Rohr, bei dem ein Glied die Atmosphäre und das andere den Schornstein selbst darstellt. Das gleiche Prinzip gilt für den (natürlichen) Konvektionaerhitzer, bei dem ein Glied die Haumatmoephäre darstellt und das andere die umschlossene Höhe von dem Querpunkt der Heisröhre zur Ausgangsöffnung des Gehäuseverschlusses. Es ist; daher überraschend, festzustellen, daß bei vielen der mit natürlichem Zug arbeitenden Konvektorerhitzer, die bisher vorgeschlagen und verwendet worden sind, der Schwerpunkt der Wasserrohre sehr nahe bei den Ausgangsöffnungen des Gehäuses liegt, als nahe bei der Lufteintrittstelle.

Der z.Zt. bei natürlichem Zug arbeitenden Konvektions-" erhitzern verwendete Wärmeaustauscher ist ein Durchlauf von Rippenrohren, bestehend aus zwei Rohren in der gleichen horizontalen Ebene und der Physik des Systems nach müßten diese Austauscher unten im Gehäuseverschluß angeordnet sein, um die größte aufwärts gerichtete Geschwindigkeit der Luft durch das Heissystem hindurch erzielen.

Als es sich als nötig erv/ies, die Wärmeleistung eines solchen Systems zu steigern, bestand alles was bisher getan .worden ist, darin, MthTf acheinheiten dieser Austauschertype in doppelter und dreifacher Etagenanordnung einzubauen. Dieses System der Mehr fachetagen wurde wahrscheinlich gewählt, weil es auch in Mengen hergestellten einzelnen Einheiten konstruiert war, aber die dahinterstehende Theorie scheint darin zu bestehen, daß dies das "flache" Bild einer Einheit nicht veränderte und somit den freien unbehinderten Durchlauf der aufwärtssteigenden Luft nicht wesentlich beeinträchtigte. Es leidet unter dem Nachteil, daß die luft, bzw. die untere Reihe zuerst erhitzt wird, und daß dann die Luft

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über die zweite und dritte Reihe auf deren Weg zum Ausgangspunkt durchfließt. Da die durch das Gehäuse sich bewegende Luft von der Verwirbelung der Raumluft relativ unbeeinflusst bleibt, bedeutet dies, daß sich die Luft bei ihrer Bewegung durch die Etagen* von Austauschern progressiv erwärmt und der Wärmeaustausch bei jeder höheren Reihe im Hinblick auf den Zweck geringer wird, da dieser von dem Unterschied der· Temperatur zwischen der Oberfläche des Austauschers und der Lufttemperatur auf dieser Ebene abhängt. Die angeführten Nachteile des gebräuchlichen Konvektionserhitzers mit natürlichem Zug werden durch die nachstehend zu beschreibende Erfindung ausgeschaltet oder abgeschwächt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, der eine Mehrzahl von miteinander kommunizierenden Rohren für Weiterleitung eines erhitzten flüssigen Mediums umfasst, wobei die Längsachsen der Rohre in verschiedenen parallelen Ebenen liegen.

Vorzugsweise werden die Bohre in einer Reihe von zueinander im Abstand befindlichen und parallelen Rippen angeordnet, Vorzugsweise umfasst ferner jede Rippe zwei einander überlagernde Teile, die axial voneinander abgesetzt sind.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt" es sich ferner ' um einen Konvektionserhitzer, der ein aufrecht stehen- " des, kastenförmiges Gehäuse von rechteckigem horizontalem Querschnitt umfasst, in welchem sich ein Wärmeaustauscher befindet, bestehend aus einer Mehrzahl miteinander kommunizierender Rohre für Weiterleitung eines erhitzten flüssigen Mediums, wobei die Achsen der Rohre auf verschiedenen horizontalen Höhen in verschiedenen, im wesentlichen parallelen und senkrechten Flächen liegen, und wobei die Rohre in einer Reihe von in Abstand zueinander befindlichen und parallel verlaufenden senkrechten Rippen angeordnet sind, von denen jede ein unter3s und ein oberes Teil umfasst, deren

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Achsen senkrecht bzw. schräg zur Senkrechten verlaufen.

Eine Aus führung s form der vorliegenden Erfindung v/ird nunmehr als Beispiel unter Bezug auf die angeschlossene Zeichnung beschrieben. In dieser ist:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, und

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers.

Ein Wärmeaustauscher unfasst drei ausgerichtete U-förmige Rohre für Anordnung in einem (nicht dargestellten) Kasten eines Konvektionserhitzers, wobei die Achsen der Glieder der Rohre parallel zueinander und auf verschiedenen horizontalen Höhen und in verschiedenen senkrechten Ebenen verlaufen. Die U-Rohre 10 sind für der Reihe nach erfolgenden Wasserdurchfluss mittels zwei U-förmig gebogenen Verbindungen 11 vorgesehen, jede zv/ischen benachbarten Glieder nebeneinander liegender U-Rohre 10 angebracht, um so ein hochkant stehendes Schlangenrohr zu bilden, das einen Auslass 12 unten und einen Einlass 13 oben hat. Kein Rohr oder Glied des Schlangenrohres liegt somit in der gleichen senkrechten Ebene wie das andere. Die Glieder der U-Rohre 10 sind im Abstand zueinander in einer in Längsrichtung verlaufenden Reihe von zueinander im Abstand befindlichen und parallelen senkrechten Rippen 14 angeordnet, von denen 3 ede eine untere Partie 15 und eine überlagernde obere Partie 16 umfasst, deren Achsen senkrecht bzw. schräg zur Senkrechten verlaufen. Der Wärmeaustauscher wird aus zwei Teilen hergestellt. Der erste oder untere Teil umfasst ein U-förmiges Rohr 10 und eine Reihe von unteren Partien 15 der Rippen 14, und der zweite oder obere Teil umfasst zwei U-förraige Rohre 10 und eine Reihe von oberen Partien 15 der Rippen 14. Die beiden Teile sind aneinander durch die in U-Form gebogenen Anschlüsse 11 verbunden, befestigt zwischen einem benachbarten Glied eines U-Rohres 10 in der unteren horizontalen Pertie 15 und einem benachbarten Glied eines U-Rohres 1Ü in dor oberen Partie 16, v/ob ei die beiden

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einander überlagernden Partien 15, 16 ferner in ihrer Lage durch zwei Halterungen 22, je eine an jedem Ende angeordnet, getragen werden. Jede Halterung 22 besteht aus einer rechteckigen Platte mit zwei länglichen Schlitzen darin, von denen der eine über dem anderen liegt. An einem Ende des Wärmeaustauschers gehen die beiden Enden des U-Rohres 10 in der unteren Partie 15 durch einen der Schlitze in der entsprechenden Halterung und die beiden Enden eines der U-Rohre 10 in der oberen Partie 16 gehen, wie dargestellt in Fig. 2, ■ durch den zweiten Schlitz. Am anderen Ende des Wärmeaustauschers geht der U-Bogen des TJ-Rohres 10 in der unteren Partie 15 durch einen der Schlitze in der anderen Halterung und ein U-Bogen eines der U-Rohre 10 in der oberen Partie geht durch den zweiten Schiita. Die Partien 15 der Rippen 14 des ersten Teiles haben eine rechteckige Form und jede Partie 15 hat zwei ausgestanzte öffnungen 17, voneinander durch einen Abstand getrennt, der gleich dem Abstand zwischen den Gliedern des U-Rohres 10 ist.

Die Partien 16 der Rippen 14 des zweiten Teiles bestehen aus einem rechteckigen Formteil, je mit vier ausgestanzten öffnungen 18, im Abstand zueinander gleich dem Abstand zwischen den Gliedern des U-Rohres 10 angeordnet, und wobei zwei diagonal einander gegenüberliegende Ecken 19 des Formteiles abgeschnitten sind.' Die entsprechenden Partien der Rippen 14 sind aufeinanderfolgend an den Gliedern des U-Rohres des ersten Teiles, bzw. an den Gliedern der zwei U-Rohre 10 des zweiten Teiles angeordnet. Dadurch, daß die öffnungen ausgestanzt und gleichzeitig sie umgebende Flansche geformt werden, die aus der Ebene der betreffenden Rippenpartie herausragen, können die Glieder der U-Rohre 10 mit den Rippenpartien 15, 16 über eine beträchtliche axiale Erstreckung in Berührung stehen. Die Rippenpartien 15, 16 bestehen z.B. aus Weißblech und die U-Rohre 10 sind vorzugsweise mit passiviertem Zink überzogen. Eine

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sehr dichte und feste Einpassung zwischen den Rippenpartien 15) 16 und den U-Rohren 10 läßt sich ohne Verschweißen erzielen. Die Rippenpartien 15» 16 sind vorzugsweise flach, können aber auch gewellt sein und bilden, in dem Gehäuse enthalten, im allgemeinen aufwärts gerichtete Kanäle für freien Durchfluss der zu erhitzenden Luft« Die beiden Teile des Wärmeaustauschers werden zusammen angebracht und nach Einbringung in das Gehäuse liegt das erste Teil horizontal und" das zweite Teil unter einem Winkel schräg aufwärts zum ersten Teil; der Rand einer jeden abgeschnittenen Ecke 19 einer Jeden Rippenpartie 16 des zweiten Teiles is-t senkrecht ausgerichtet zu einem aufrecht verlaufenden Rand, d.h. dem innersten Rand einer jeden Rippenpartie 15 des ersten Teiles, und der Rand der gegenüberliegenden abgeschnittenen Ecke 19 einer jeden Rippenpartie 16 des zweiten Teiles steht senkrecht im Abstand über dem entgegengesetzten aufrechten Rand, d.h. den äußersten Rand einer jeden Rippenpartie 15 des ersten Teiles. Der Auslass eines Gliedes des U-Rohres 10 des ersten Teiles, der näher zum äußersten Rand der Rippenpartie 15 liegt, trägt ein mit einem Knopf versehenes Ablassventil 21, das darauf angebracht ist, um den Eintritt erhitzter Flüssigkeit in den Wärmeaustauscher durch den Einlass 13 zu steuern. Der Auslass des anderen Gliedes des U-Rohres 10 des ersten Teiles ist durch eine U-förmige Verbindung 11 an den Auslass des benachbarten Gliedes des daneben liegenden ersten U-Rohres 10 des zweiten Teiles angeschlossen. Jede Halterung 22, eine an jedem Ende des Wärmeaustauschers, liegt zwischen dem anderen Glied des U-Rohres 10 des ersten Teiles oder dem benachbarten Glied des benachbarten ersten U-Rohres 10 des zweiten Teiles. Der Auslass des anderen Gliedes des ersten U-Rohres 10 des zweiten Teiles ist durch eine U-förraige Verbindung 11 an den Auslass des benachbarten Gliedes des benachbarten zweiten U-Rohres 10 des zweiten Teiles angeschlossen und der Auslass des anderen Gliedes des zweiten U-Rohres

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ist geeignet für Anschluss an sonstige Rohrleitung und für Gebrauch, wie Einlass 13·

Der Wärmeaustauscher ist innerhalb eines (nicht dargestellten) kastenförmigen Gehäuses auf Konsolen (nicht dargestellt) angebracht, wobei die innerste Seite der Bippenpartien 15 <les ersten Teiles zur Rückseite des kastenförmigen Gehäuses liegen, um einen Konvektionserhitzer zu bilden, der auf übliche Weise in eine Zentralheizung einzubauen ist, wobei erhitzte Flüssigkeit, z.B. heißes Wasser, in den Einlass 13 eingeführt, durch das Schlangenrohr geleitet und am Auslass 12 abgelassen wird.

Unter Anwendung der eingangs angeführten physikalischen Grundsätze hat es sich beim Gebrauch als möglich erwiesen, größere Wärmeleistungen zu erzielen, als sie bei ähnlichen Wärmeaustauschern der gleichen Länge, zusammengesetzt nach dem herkömmlichen Etagensystem, zu erzielen sind.

Tabelle I zeigt die Wärmeleistungen■für acht Beispiele, für welche die grundlegenden Bedingungen in der Tabelle II angegeben sind, und wobei sich die Einzelheiten hinsichtlich Waseerinhalt, Widerstand und Länge des Wärmeaustauschers für jedes der Beispiele in Tabelle III angegeben finden.

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Tabelle II

Luft/Wasser-Temperatur Unterschied t	60°C	108⁰P
Lufttemperatur	20⁰C	6S⁰F
mittlere Wassertemperatur	80⁰C	176⁰F
Durchlaufmenge	600 LiterA	132 GaIlA

Tabelle	III	QALL	Widerstand	2» 0*	Länge	600 MM
Bei spiele		t*	5.345"WG	2^r 6"		762 MM
1	ITasserinhalt	η	5.970"WG	3» 0"		914 MM
2	*0.17**	ti	6.595"WG	3· 6»		1067 HM
3	0.147	μ	7.276"WG	4· 0"		1219 MM
4	0.206	It	7.975"WG	4· 6"		1372 MM
5	0.239	tt	8.530"WG	5· 0"		1524 MH
6	0.273	ι»	9.109"WG	5· 6"		1677 M«
.7	0.307		10.238"WG
,In	0.341
	0.396

Bestimmung der Leistung eines einzelnen Erhitzers
wird erzielt:

1. Indem man die mittlere Wassertemperatur (MT) des
Systems findet durch die Gleichung:

Durchflusstemperatur + Rücklauftemperatur

2. Man stellt den Unterschied zwischen MWT und der Umraumtemperatur fest und findet so die in der vorstehenden Tabelle angegebene Temperaturdifferenz.

3. Man liest die TeSp^SAufsfpsAS der Tabelle ab, um die Leistung zu erhalten. _{BAD ORJQ}NAL}

Claims

Patentansprüche

Wärmeaustauscher, bestehend aus einnr Anzahl von miteinander kommunizierenden Rohren für Durchlauf einer erhitzten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Rohre (10) in verschiedenen parallel zueinander verlaufenden Ebenen liegen.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10) in einer Reihe von zueinander in Abstand befindlichen und parallelen Rippen (14) angeordnet sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (14) zwei einander überlagernde Partien (15| 16) umfasst, die axial voneinader abgesetzt sind.
4. Konvektionserhitzer, bestehend aus einem aufrecht stehenden kastenförmigen Gehäuse von rechteckigem horizontalen Querschnitt, in welchem sich ein 'wärmeaustauscher befindet, bestehend aus einer Anzahl miteinander kommunizierender Rohre für Durchlauf einer erhitzten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Rohre (10) auf verschiedenen horizontalen Höhen in verschiedenen senkrechten Ebenen liegen und daß die Rohre (10) in einer Reihe von zueinander in Abstand befindlichen und parallelen senkrechten Rippen (14) angeordnet .ind, von denen jede eine untere Partie (15) und eine überlagernde obere Partie (16) umfasst, deren Achsen senkrecht bzw. schräg zur Senkrechten verlaufen.

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