DE3877694T2 - Waermeaustauscher. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.
• Aus der DE-C-351 738 ist ein Wärmetauscher dieser Art bekannt. Dieser bekannte Wärmetauscher, welcher dafür vorgesehen ist, in einem von heißem Gas wie Schornsteingasen durchströmten Rohr aufgenommen zu werden, hat den Vorteil einer einfachen Konstruktion. Für eine spezielle Anwendung muß die gesamte Wärmetauscherfläche im voraus festgelegt werden. Das auf diese Weise erforderliche genaue vorherige Festlegen der Wärmetauscherfläche ist unökonomisch und nicht durchführbar, beispielsweise im Falle von Kleinserien oder im Falle von speziellen Anwendungen.
• Beispielsweise ist es im Falle eines Wärmetauschers für eine Gasheizung praktisch nicht möglich, die gesamte erforderliche Wärmetauscherf läche für eine optimale Wärmeausgangsleistung zu berechnen. Das Betriebsverhalten einer Gasheizung ist insbesondere durch die Begleitumstände beeinflußt, unter welchen diese arbeitet, insbesondere durch den Schornsteinzug. Im Falle eines schwachen Schornsteinzugs ist für den Wärmetauscher eine kleinere Wärmetauscherfläche erforderlich, so daß das herauszuführende Verbrennungsgas immer noch eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um wirksam durch den Kamin herausgeführt werden zu können. Ein Hersteller von einer solchen Gasheizung wird im allgemeinen die Baumaße des Wärmetauschers auf grund dieser relativ ungünstigen Umstände kalkulieren. Das bedeutet, daß in anderen Fällen, in welchen tatsächlich ein guter Schornsteinzug verwirklicht werden kann, die Heizung nicht die optimale Wärmeausgangsleistung liefert. Für ein optimales Betriebsverhalten ist es daher wünschenswert, die Wärmetauscherfläche den Umständen anpassen zu können.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher allgemeiner verwendet werden kann und den Vorteil bietet, daß er wirtschaftlich in Kleinserien herstellbar ist, und daß er prinzipiell für eine einfache Einstellbarkeit der Größe der gesamten Wärmetauscherfläche geeignet ist.
• Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale im Patentanspruch 1 erreicht.
• Aufgrund dieser Maßnahmen kann eine bestimmte Anzahl von Profilelementen mit einer gewünschten Form entsprechend der gewünschten Größe der gesamten Wärmetauscherfläche montiert werden.
• Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers für Gasheizungen kann der Hersteller den Wärmetauscher erfindungsgemäß in die Heizung integrieren und den Wärmetauscher für eine Anwendung bei gutem Schornsteinzug konstruieren und herstellen. Wenn sich während der Benutzung herausstellt, daß das Verbrennungsgas nicht zufriedenstellend herausgeführt wird, was beispielsweise leicht dadurch festgestellt werden kann, daß Kondensation an Außenfenstern auftritt, können ein oder mehrere Profilelemente durch den Benutzer entfernt werden, so daß das Verbrennungsgas den Wärmetauscher mit einer höheren Temperatur verläßt und so besser im Falle von einem nicht optimalen Schornstein herausgeführt werden kann.
• Aufgrund der abwechselnd gegenüberliegend angeordneten S- förmigen Falzen werden seitwärts offene und einander zugewandte Nuten auf beiden Seiten der Stirnwand ausgebildet. Profilelemente können deshalb auf beiden Seiten der Stirnwand untergebracht werden.
• Wenn die Einstellbarkeit der Größe der gesamten Wärmetauscherfläche nicht erforderlich oder nicht gewünscht ist, kann das Ausführungsbeispiel nach Anspruch 4 vorteilhaft verwendet werden. Auf diese Weise werden die Stirnwand und die Profilelemente zu einer Einheit miteinander verbunden, was den Vorteil einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit im Bereich der Kontaktoberflächen der Profilelemente in den Nuten mit sich bringt.
• Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist in Anspruch 5 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Material zu einer gleichmäßigen Dicke flachgedrückt werden und bekannte Blechverarbeitungs-Verfahren wie Falztechniken können angewendet werden. Die Stirnwand des Wärmetauschers kann dabei vollständig durch einen Falzvorgang abgedichtet werden, welcher an einer Endkante vorgenommen wird, welche sich quer zu der Längsrichtung der S-förmigen Falzen erstreckt.
• Die Erfindung wird nachfolgend weiter unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine teilweise auf gebrochene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers für eine Gasheizung.
• Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt des in Fig. 1 dargestellten Wärmetauschers.
• Fig. 3 zeigt detailliert die Montagehalterung des Wärmetauschers gemäß Fig. 1.
• Fig. 4 zeigt einen Horizontalschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers.
• Fig. 5 zeigt eine Einzelheit aus Fig. 4 in vergrößerter Darstellung.
• Fig. 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blechmaterials, welches zum Herstellen eines Wärmetauschers dienen soll.
• Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen rohrförmigen Wärmetauschers.
• Fig. 8 zeigt einen Teil eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen rohrförmigen Wärmetauschers.
• Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Wärmetauscher 3 auf der Rückseite einer Gasheizung 1 montiert. Das Verbrennungsgas tritt in den Wärmetauscher 3 mittels des Einlasses 2 ein. In dem Wärmetauscher 3 gibt das heiße Verbrennungsgas einen Teil seiner Wärme an die Umgebungsluft ab. Der Wärmetauscher 3 ist mit einer Stirnwand 5 versehen, welche zu einer Kastenform gebogen ist, bei welcher der Zirkulationsraum für das Verbrennungsgas im Inneren des Wärmetauschers 3 von dem Zirkulationsraum der auf zuheizenden Luft getrennt ist, welche sich außerhalb des Wärmetauschers befindet. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist innerhalb des Wärmetauschers 3 eine umgedrehte U-förmige Leiteinrichtung 14 montiert. Diese Leiteinrichtung sichert, daß das durch den Einlaß 2 eintretende Verbrennungsgas entlang der Stirnwand zu dem Boden des Wärmetauschers nach unten strömt und dann im Inneren der Leiteinrichtung nach oben strömt und den Wärmetauscher durch den einstückig angeformten Auslaßstutzen 15 und durch den mit dem Schornstein verbundenen Auslaß 4 verläßt. Der Wärmetauscher ist an seinem Boden offen, so daß jeglicher Rückstaudruck, welcher beispielsweise durch Fallwinde hervorgerufen wird, sich nicht in die Heizung bis zu dem Brenner fortpflanzen kann. Die Konstruktion eines Wärmetauschers mit einer integralen Fallwind-Ableiteinrichtung ist an sich bekannt.
• Die Stirnwand 5 des Wärmetauschers weist ein Profil mit abwechselnd gegenüberliegend angeordneten S-förmigen Falzen auf, welche in Intervallen im Abstand zueinander angeordnet sind. Drei dieser Falzen sind mit den Bezugszeichen 6, 7 und 8 bezeichnet. Wie zu sehen ist, ist die S-förmige Falz 7 der S- förmigen Falz 6 gegenüberliegend angeordnet und in ähnlicher Weise ist die S-förmige Falz 8 der benachbarten S-förmigen Falz 7 gegenüberliegend angeordnet. Zwei einander gegenüberliegende S-förmige Falzen, beispielsweise die Falzen 6 und 7, bilden in seitliche Richtung offene Nuten aus, welche einander zugewandt sind. Die Falzen 7 und 8 bilden derartige Nuten im Inneren des Wärmetauschers 3 aus. Die schleifenförmigen Profilelemente 12 bzw. 13 werden in diesem Paar von Nuten festgehalten. Diese Profilelemente sind aus Blechmaterial gebogen und sind an ihren unteren Enden mit Vorsprungsrändern versehen, welche in die einander gegenüberliegenden Nuten eingreifen. Die Profilelemente 12 und 13 greifen aufgrund ihrer eigenen Federkraft fest in die Nuten ein. Der durch die Federkraft hervorgerufene Kontaktdruck sichert eine gut wärmeleitfähige Verbindung zwischen der Stirnwand und den Profilelementen. Es ist deutlich, daß für den gewünschten Fall, daß die Kapazität des Wärmetauschers verringert wird, eines oder mehrere der Profilelemente 12 oder möglicherweise 13 entfernt werden können.
• Wie bereits weiter oben festgestellt, ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher leicht herzustellen. Die Stirnwand 5 kann unter Verwendung von normalen Blechmaterial-Verarbeitungstechniken zu der gezeigten U-Form verarbeitet werden. An den Enden sind verschließende Seitendeckel 9 montiert, welche mittels eines Flansches 17 an den Seiten und auf der Oberseite in den S- förmigen Falzen am Ende der Stirnwand 5 gehalten werden. Die Deckel 9 und in ähnlicher Weise die Profilelemente 12 und 13 können wahlweise durch Punktschweißen befestigt werden.
• Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, hat die mit den S- förrnigen Falzen versehene Stirnwand gemäß der Erfindung den weiteren Vorteil, daß die Montage-Halterungen 10, 11 in einfacher Weise darin eingreifen können. Eine Montage- Halterung 10 ist aus einem Stück von im Handel erhältlichem, halbrundförmigem Profil hergestellt, wobei ein Ende der Halterung zwischen die beiden S-förmigen Falzen 16 gedrückt ist. Das andere Ende der Halterung 10 ist an dem Körper der Heizung 1 befestigt.
• Die Halterung 11 befestigt den Wärmetauscher an dessen Boden in ähnlicher Weise an der Heizung 1 und befestigt gleichzeitig die beiden einander gegenüberliegenden Stirnwandteile 5 in gewünschtem Abstand zueinander.
• Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte Wärmetauscher ist ebenfalls für eine Heizung vorgesehen. Der Wärmetauscher 20 weist eine Stirnwand 21 auf, welche ebenfalls mit abwechselnd gegenüberliegenden S-förmigen Falzen 29, 30, 32 versehen ist, welche in Intervallen im Abstand zueinander angeordnet sind. Ein Deckel 33 ist an den Seitenkanten und den oberen Kanten der Stirnwand 21 befestigt, wobei der Deckel zusammen mit der Stirnwand 21 einen Zirkulationsraum für die Verbrennungsgase ausbildet. Andererseits ist die Stirnwand 21 nur entlang ihrer Seitenkanten an einem Deckel 24 befestigt, welcher zusammen mit der Stirnwand 21 einen Zirkulationsraum 25 für die aufzuheizende Luft ausbildet. Die Verbrennungsgase werden durch den Einlaß 32 hereingeführt und durch die Schornsteinverbindung 28 herausgeführt. Zwischen dem Einlaß und dem Auslaß ist eine gesonderte Führungsplatte montiert, welche Teil eines Zirkulationsraums 27 ist. Die Verbrennungsgase können nach unten in den Raum 26 strömen und in den Raum 27 am Boden des Wärmetauschers gelangen, von wo aus das Gas nach oben zu dem Auslaß 28 strömt.
• In dem Zirkulationskanal 25 werden Profilelemente 22 erneut mittels zweier benachbarter S-förmiger Nuten gehalten. In dem Zirkulationsraum 26 sind Profilelemente 23 untergebracht, welche in einander gegenseitig zugewandte Nuten der S-förmigen Falzen eingreifen, welche voneinander mit einem Abstand von drei S-förmigen Falzen separiert sind. Wie im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist, sind die Vorsprungsränder 34 der Profilelemente 22 und die Vorsprungsränder 35 der Profilelemente 23 um ein gewisses Maß zurückgebogen, so daß ein guter Klemmkontakt in den jeweiligen Nuten der Stirnwand 21 erzielt wird. Infolgedessen wird eine gute Wärmeleitfähigkeit gesichert.
• Im allgemeinen können verschiedene Maßnahmen zum Gewährleisten einer guten Wärmeleitfähigkeit zwischen den Profilelementen und der Stirnwand angewendet werden. In speziellen Fällen kann eine wärmeleitfähige Paste in die Nuten eingebracht werden. Eine andere Möglichkeit ist die, daß nach der Montage der Profilelemente der gesamte Wärmetauscher in ein Bad aus geschmolzenem Metall wie Zinn oder Zink eingetaucht wird. Nach dem Abkühlen verlötet dieses Metall die Profilelemente fest mit der Stirnwand. In diesem Fall ist auch eine perfekte Abdichtung für alle Oberflächen im Bereich von quer zur Längsrichtung der S-förmigen Falzen aufeinandertreffende Kanten gewährleistet. Beispielsweise ist bei dem in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscher der Deckel 33 dann entlang seiner Oberkante mit der Stirnwand 21 flächig verbunden. Eine gute Abdichtung kann durch die Verwendung einer durch Falztechnik hergestellten Nahtverbindung einer Kante des Deckels 33 mit der Stirnwand 21 erzielt werden, möglicherweise durch Dazwischeneinbringen eines Dichtungsmaterials. Anstatt der Verwendung eines Dichtungsmaterials kann auch ein vollständiges Abdichten in der oben beschriebenen Weise durch Eintauchen in ein Schmelzbad aus geschmolzenem Metall erzielt werden.
• Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Blechmaterials, welches für einen Wärmetauscher vorgesehen ist. Das Blechmaterial ist hier ein extrudiertes Formelement 40, welches mit vier S-förmigen Falzen versehen ist und entlang seiner einen Längskante mit einer Nut 42 und entlang seiner anderen Längskante mit einer Feder 41 versehen ist, welche in eine zuvor beschriebene Nut 42 eingepaßt werden kann. Eine beliebige Anzahl von extrudierten Formelementen 40 kann in einer Stirnwand gewünschter Größe zusammenmontiert werden, indem die entsprechenden Federn und Nuten 41 bzw. 42 zusammengefügt werden.
• An einer Stelle im Bereich der S-förmigen Falzen 43 beträgt die Dicke der extrudierten Formelemente näherungsweise 1/3 der Dicke der dazwischen angeordneten Teile 44. Wenn infolgedessen die S-förmigen Falzen flachgedrückt werden, gewährleistet das Blechmaterial eine ebene Oberfläche auf seinen beiden Seiten. In dem flachgedrückten Zustand kann beispielsweise eine vollständig dichtende Falznahtverbindung zusammen mit dem damit verbundenen Stück von Blechmaterial ausgebildet werden.
• Der in Fig. 7 dargestellte Wärmetauscher 45 ist rohrförmig. Die Stirnwand 50 selbst ist rohrförmig und weist ein Querschnittsprofil auf, welches ebenfalls abwechselnd gegenüberliegend angeordnete S-förmige Falzen aufweist, welche in Intervallen im Abstand zueinander angeordnet sind. Profilelemente 47 sind auf der Außenseite vorgesehen. In dem Inneren ist längs der Profilelemente 46 verlaufend ein Rohr 49 vorgesehen, welches als Leiteinrichtung für die Strömung dient und dafür sorgt, daß das Wärmetauschermedium in gutem Kontakt zu den Profilelementen 46 und der Stirnwand 50 bleibt. Die Anordnung ist in einem äußeren Rohr 48 gehalten, welches in ähnlicher Weise wie das andere Wärmetauschermedium in guten Kontakt mit den Profilelementen 47 und der Stirnwand 50 kommt.
• Die in Fig. 8 gezeigte Variante weist ebenfalls eine Stirnwand 56 mit abwechselnd angeordneten S-förmigen Falzen auf. Die Profilelemente 57, 58 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel extrudierte Formelemente.
• Gemäß der obigen Beschreibung wurde in allen Fällen ein Gas-Gas-Wärmetauscher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ebenfalls für Flüssigkeits-Flüssigkeits- oder Flüssigkeits- Gas-Wärmetauscher anwendbar. In letzterem Fall können beispielsweise die Profilelemente nur auf der Gasseite der Stirnwand angeordnet sein. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist ein Konvektor einer Zentralheizungs- Installation. In diesem Fall ist zumindest eine der Schichten des Konvektors aus Blechmaterial mit S-förmigen Falzen ausgebildet. Zum Einregulieren der Kapazität des Konvektors können Profilelemente der gewünschten Form in der oben beschriebenen Weise hinzugefügt oder entfernt werden.

Claims (7)

1. Wärmetauscher (3) mit mindestens zwei Zirkulationsräumen für ein Wärmetauschermedium, welche voneinander mittels einer wärmeleitfähigen Stirnwand (5) getrennt sind, welche aus einem Blechmaterial hergestellt ist, und zumindest auf einer Seite oberf lächenvergrößernde Elemente abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Stirnwand (5) ein Querschnittsprofil aufweist, welches abwechselnd gegenüberliegend angeordnete S-förmige Falzen (6,7,8) aufweist, welche im Abstand zueinander angeordnet sind,

- die oberflächenvergrößernden Elemente Profilelemente (12,13) sind, wovon jedes in zwei einander zugewandten seitlichen Nuten aufgenommen ist, welche von einander gegenüberliegend angeordneten S-förmigen Falzen ausgebildet werden,

- die Stirnwand (5) die Wand eines Gehäuses ist, welches den Zirkulationsraum des ersten Mediums im Inneren des Gehäuses von dem Zirkulationsraum des zweiten Mediums außerhalb des Gehäuses trennt, und

- eine Leiteinrichtung (14) zum Leiten des Gasstroms in den Wärmetauscher entlang der Stirnwand des Wärmetauschers vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seite der Stirnwand Profilelemente (12,13) festgehalten werden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (12,13) aus einem Blechmaterial hergestellt sind und aufgrund einer von Ihnen selbst aufgebrachten Federkraft in die Nuten eingreifen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (12,13) an den Wandteil mittels einer Metallschmelze wie Zinn oder Zink angelötet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (5) aus Metall durch Extrudieren hergestellt ist, wobei die Materialstärke im Bereich der S-förmigen Falzen ein Drittel der Stärke des dazwischen befindlichen Materials beträgt.

6. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (5) quer zu der Richtung der Falzen zu einer kastenförmigen Form gebogen ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der Kastenform durch Deckel (9) verschlossen sind, welche mit einem abgewinkelten Flansch versehen sind, wobei der Flansch in einer Nut aufgenommen ist, welche durch die S-förmigen Falzen in der Nähe der Seitenkante der Stirnwand (5) ausgebildet ist.