DE29721687U1 - Vorrichtung zum Verbessern des Wärmeübergangs in einem Wärmetauscher - Google Patents

Description

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1621

Vorrichtung zum Verbessern des Wärmeübergangs in einem Wärmetauscher

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Verbessern des Wärmeüberganges in einen Wärmetauscher gemäß dem einleitenden Teil des ersten unabhängigen Anspruchs und mit einer weiteren Vorrichtung gemäß dem zweiten unabhängigen Anspruch.

Wärmetauscher werden in der Heizungstechnik bevorzugt eingesetzt, um zum einen in den Abgasen eines Brenners enthaltene Wärme in ein aufzuheizendes Heizkörperfluid zu übertragen oder die Wärme aus einem solchen Heizkörperfluid in aufzuheizendes Brauchwasser zu übertragen.

In beiden Fällen geht es darum, die Wärmetauschintensität zu erhöhen, weil diese Maßnahme es erlaubt, die zur Anwendung gelangenden Wärmetauscher bei gleicher Wärmeleistung kleiner und damit kostengünstiger fertigen zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, den Wärmetausch bei Wärmetauschern generell in seiner Effizienz zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt zum einen beim ersten unabhängigen Vorrichtungsschutzanspruch und zum anderen beim zweiten unabhängigen Vorrichtungsanspruch in dessen jeweils kennzeichnenden Merkmalen.

Der hiermit erreichbare Effekt liegt in einer deutlichen Erhöhung der Leistung des jeweiligen Wärmetauschers, und zwar unabhängig von dessen Ausgestaltung.

Im abhängigen ersten Anspruch wird der Wärmetausch durch Anwendung seiner Maßnahmen weiter erhöht, das gleiche gilt bezüglich des Effektes im zweiten abhängigen Anspruch.

Die Maßnahmen nach dem ersten abhängigen Vorrichtungsschutzanspruch führen zu einer besonders einfachen und effizienten Ausgestaltung eines in der Heizungstechnik anwendbaren Wärmetausches.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines solchen Wärmetauschers, Fig. 3 eine weitere Variante der Erfindung und Fig. 4 eine vierte Variante der Erfindung.

Die Fig. 5 zeigt die Variante gemäß Fig. 4 in einer anderen Ansicht.

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In allen fünf Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Ein gasbeheizter Wassererhitzer zum Erwärmen warmen Brauchwassers für Sanitärzwecke, also für die Küche bei der Nahrungsmittelbereitung oder im Badezimmer für Waschzwecke, besitzt einen Lamellenwärmetauscher 2, dessen Lamellen 3 in einem Gehäuse 4 mit Seitenwänden 5 angeordnet sind. Sämtliche Lamellen 3 stehen im Abstand 6 voneinander und bilden in dieser Form den Durchgangsweg für Abgase eines unter dem Wärmetauscher angeordneten, in der Zeichnung der Fig. 1 nicht sichtbaren atmosphärischen Gasbrenners. Dies ist der erste Mediumpfad durch den Wärmetauscher. Der zweite Medienpfad ist durch vier in einer Ebene liegende Rohre 7 gebildet, die von dem aufzuheizenden Wasser durchströmt werden. Die Rohre stehen mit einer Kaltwasserzulaufleitung 8 in Verbindung, und zwar über Verbindungsrohre 9, die zu einem Umschaltventil 10 führen. An je eines der Umschaltventile 10 ist ein Paar der Rohre 7 angeschlossen. Ventilkörper des Umschaltventiles ist eine an einer Drehachse 11 drehbeweglich gelagerte Klappe 12, mit der es möglich ist, entweder das eine Rohr oder das andere Rohr vollständig zu sperren oder freizugeben oder beide teilweise freizugeben. Die in der Zeichnung dargestellten beiden Klappen 12 der beiden Umschaltventile 10 sind über jeweils eine Stange 13 mit einem Motor 14 verbunden, der als Klappankermagnet ausgebildet ist. In der einen Stellung werden die jeweils in der Zeichnung obenliegenden Rohre 7 freigegeben und die unteren gesperrt, in der anderen die jeweils untenliegenden freigegeben und die jeweils obenliegenden gesperrt. Am jeweils anderen Ende sind die Rohre allesamt miteinander verbunden und führen über ein nicht weiter dargestelltes Zapfventil zum Verbraucher.

Mit diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird also die technische Lehre gegeben, den Wasserweg eines Gas-Wasserwärmetauschers mit einer pulsierenden Strömung zu versehen. Unter einer pulsierenden Strömung wird hier verstanden, daß die Strömungsgeschwindigkeit in dem Wasserpfad von Null auf ein Maximum gebracht wird und wieder auf Null. Dies bedingt, daß die Klappe 12 beziehungsweise die Klappen 12, je nachdem wie viele vorhanden sind, entweder die eine oder andere Endstellung einnehmen und Zwischenstel-

lungen nur in Folge des Umschaltvorganges einnehmen. Es ist aber auch möglich, die Klappen längere Zeit im Umschaltweg zu belassen, so daß die Strömungen in den einzelnen Rohrpaaren von einem Minimum-Wert auf einen Maximum-Wert steigen und fallen, ohne daß der Wert Null jemals erreicht wird. Auch hierbei findet eine deutliche Geschwindigkeitsänderung in dem einen Fluidpfad des Wärmetauschers statt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Pulsation der Strömung nicht im Wasserpfad, sondern im Abgaspfad erzeugt. Die Fig. 2 entsteht durch Ansicht auf den Wärmetauscher in einer zur Fig. 1 senkrechten Ebene, und zwar auf eine der Seitenwände 5, wobei die vorderste weggelassen ist. Somit wird die Lamelle 3 in Ansicht sichtbar und gleichzeitig der unter dem Lamellenwärmetauscher 2 angeordnete Gasbrenner 15, der über eine Gaszuleitung 16 mit Gas gespeist wird. An der Brennerplatte 17 des Gasbrenners 1£i brennen Flammen 18, und deren Abgas steigt nach oben zum Wärmetauscher 2. Unterhalb der Unterkante sämtlicher Lamellen beziehungsweise des Gehäuses 4 ist ein Abgasschieber

20 angeordnet, der aus einzelnen Schieberblechen 21 besteht, die so angeordnet sind, daß sie in der einen Stellung die jeweils linken Rohre 7 der Rohrpaare abdecken und in der anderen Stellung die jeweils rechten. Hierzu sind sämtliche Schieberbleche mittels Stangen 22 miteinander verbunden, und mit einer weiteren Stange 23 sind sämtliche Schieberbleche

21 mit einem Motor 24 verbunden. Dieser kann über ein Kurbelgetriebe die einzelnen Schieberbleche oszillierend sowohl in die eine wie auch in die andere Endstellung bringen, wobei zwischendurch Übergangsstellungen eingenommen werden. Es gelingt jedenfalls aus der Sicht des jeweils einen Rohres 7, das es umströmende Abgas in seiner Geschwindigkeit zu reduzieren und wieder auf ein Maximum zu bringen, je nach dem, ob sich das zugehörige Schieberblech 21 zwischen Brenner und Rohr befindet oder ob es den Anströmquerschnitt des Rohres freigibt. Auch hier findet eine Pulsation statt, und zwar wird der Abgasstrom des Brenners in den Wärmetauscher bezüglich der einzelnen Rohre pulsiert.

Die Maßnahmen nach Fig. 1 und Fig. 2 können auch gemeinsam an einem Wärmetauscher angewendet werden. Dann werden beide Medienströme des Wärmetauschers pulsieren.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich um einen Wasserwärmetauscher, also um einen solchen, dem einmal erhitztes Wasser und aufzuheizendes Wasser zugeführt wird.

Hierzu ist der Wärmetauscher 2 in Fig. 3, der ausgebildet sein kann, wie der Wärmetauscher 2, nach Fig. 1 oder 2 mit einer Vorlaufleitung 25 versehen, in die eine Pumpe 26 eingefügt ist, deren Motor von einer elektronischen Steuerung 27 beaufschlagt ist. Die Vorlaufleitung 25 ist stromauf der Pumpe 26 an eine Verteilkammer 28 eines Sekundärwärmetauschers angeschlossen, die es rücklaufseitig an einer Sammelkammer 30 wieder verläßt, um über eine Rücklaufleitung 31 dem Lamellenwärmetauscher 2 wieder zugeführt zu werden.

Kaltes Wasser wird dem Sekundärwärmetauscher 29 über die vom Kaltwassernetz 8 kommende Kaltwasserzulaufleitung 8 zugeführt, die in eine Kaltwassersammelkammer 32 mündet. Nach Passieren des Wärmetauschers, der auch analog dem Wärmetauscher 2 ausgestaltet sein kann, gelangt das im Wärmetauscher erhitzte Brauchwasser einer Sammelkammer 33, von der es zu der mit einem Zapfventil 34 versehenen Zapfleitung 35 gelangt.

Die Pulsation wird dadurch erreicht, daß der Motor der Pumpe 26 über die elektronische Steuerung getaktet wird. Das bedeutet, daß die Pumpe mit Spannungsimpulsen, also Netzhalbwellen, solange beaufschlagt wird, bis sie von Null auf einen Höchstwert hochgelaufen ist. Dann fehlen die Spannungsimpulse, so daß die Drehzahl wieder bis auf Null abnimmt. Dies geschieht periodisch. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Pumpendrehzahl über die Steuerung nicht bis Null absenken zu lassen, sondern nur bis zu einem Minimum und die Pumpendrehzahl durch taktende Energieversorgung der Pumpe zwischen einem Minimum und einem Maximum schwanken zu lassen. In beiden Fällen wird derselbe Effekt erreicht, nämlich in einem Strömungspfad durch den Wärmetauscher 29 findet eine Pulsation statt, das heißt, die Durchströmgeschwindigkeit eines oder beides der Medien wird periodisch geändert.

Im Zapfwasserweg wäre das zum Beispiel über ein Umschaltventil nach Art der Fig. 1 möglich. Die beiden Maßnahmen können alternativ oder auch kumulativ angewendet weiden.

Eine weitere Variante, vorzugsweise zur Anwendung im Bereich des Kaltwasserweges, also im Bereich des Zapfwasserweges im Rahmen eines Rohres 7 zeigen die Fig. 4 und 5. Hier ist für eine Drehbewegung ein abtriebsseitig erzeugender Motor 36 vorgesehen, dessen Welle 37 in Richtung des Pfeils 38 gedreht wird, wobei eine Scheibe 39 fest mit der Welle gekoppelt ist.

Die Scheibe 39 ragt über einen Schlitz 40 in das Innere 41 des Rohres 7 hinein und sperrt dessen freien Innenraumquerschnitt. Die Scheibe weist allerdings eine sektorartige Aussparung 42 auf. Durchsetzt diese den Innenraum 41 des Rohres 7, ist der Querschnitt des Rohres voll freigegeben. Dreht sich mithin die Welle und damit die Scheibe 39, so wird der Querschnitt des Rohres 7 freigegeben oder gesperrt. Es ergibt sich hiermit eine Pulsation des Mediums, daß das Rohr 7 durchströmt. Von einer Scheibe 39 können eine oder mehrere Rohre im Querschnitt gesperrt oder freigegeben werden. Es können eine oder mehrere Aussparungen 42 in der Scheibe vorhanden sein. Es ist selbstverständlich, daß im Bereich des Schlitzes 40 das Rohr 7 mit einer Dichtung 43 versehen ist. Somit gelingt es auch nach diesem Ausführungsbeispiel, eine Pulsation im Fließweg des Rohres 7 für eines der beiden Medien zu erzeugen, die an dem Wärmetausch beteiligt sind.

Der Begriff Wärmetausch impliziert auch, daß dieses Verfahren zur Erhöhung der Effizienz eines Wärmetauschers auch bei Kälteübertragung angewandt werden kann.

Es ist weiterhin einleuchtend, daß das als Erfindung vorgeschlagene Verfahren, unabhängig von der Art der Ausbildung des Wärmetauschers selbst ist. Es muß sich also nicht unbedingt um einen Lamellenrohrwärmetauscher handeln. Es kann sich auch um einen Plattenwärmetauscher oder anders aufgebauten Wärmetauscher handeln. Sowohl das Ventil 10 nach Fig. 1 wie auch der Abgasschieber 2 nach Fig. 2 sowie die getaktete Pumpe 27/26 nach Fig. 3

und die mit einer Ausnehmung 42 versehene Scheibe 39, die vom Motor 36 gedreht wird nach den Fig. 4 und 5 wirken als Pulsatoren 44 in einem Pfad 45 eines der beiden am Wärmetausch beteiligten Flüssigkeiten.

Claims (1)

1. Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1621

   Ansprüche

   Vorrichtung zum Verbessern des Wärmeübergangs in einem Wärmetauscher (2) mit zwei Fiuidpfaden für ein erstwärmeabgebendes und ein zweitwärmeaufnehmendes Medium, gekennzeichnet, durch Mittel, die die Fluidströmung in einem der beiden Pfade periodisch ändern.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel die Fluidströmung in beiden Pfaden zugleich periodisch ändern.

   Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel die Fluidströmung von einem Maximum an Geschwindigkeit bis auf Null ändern.

   Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel die Fluidströmung von einem Minimumwert auf einen Maximumwert ändern, ohne den Wert Null zu erreichen.

   Vorrichtung zum Verbessern des Wärmeüberganges in einem Wärmetauscher (2) mit zwei Fiuidpfaden für ein erstes wärmeab-

   gebendes und ein zweites wärmeaufnehmendes Medium, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Pfade ein Pulsator (44) vorgesehen ist.

   Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gaswasserwärmetauscher (2) oder einem Wasserwärmetauscher (29) ein Umschaltventil (10), ein Abgasschieber (20), eine von einer elektronischen Steuerung (27) getaktete Pumpe (26) oder eine mit einer Ausnehmung (42) versehene von einem Motor (36) gedrehte Scheibe (49) als Pulsator (44) vorgesehen ist.