DE4042195A1 - Waermeuebertrage und verfahren zur herstellung einer lamelle fuer einen waermeuebertrager - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager nach der Gat­ tung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Wärmeübertrager dieser Gattung (AT-Pat. Anm. 28 99 187) ist, um die Abgastemperatur auf eine zur Verhinderung einer Kondensatbildung ausreichende Höhe zu brin­ gen, eine variable Anzahl lösbarer Lamellen vorhanden. Als weitere Maßnahme wird vorgeschlagen, die sich zwischen benachbarten Rohren erstreckenden Wandungen der Lamellen bereichsweise entfernbar zu ge­ stalten, um ihre wärmeübertragende Fläche bedarfsweise zu verringern und dadurch die Abgastemperatur zu erhöhen. Dazu sind Aussparungen in der Lamelle vorgesehen, die die ausbrechbaren Wandungsteile mit Ausnahme kleiner Stege umschließen und das mechanische Ausbrechen ermöglichen.

Diese Ausführung erfordert eine nachträgliche Bearbeitung des fertig montierten Wärmeübertragers. Außerdem werden unterschiedliche Lamel­ lentypen wie festmontierte und lösbare Lamellen oder Lamellen mit ausbrechbaren Wandteilen benötigt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch die Aus­ sparungen der Wärmefluß so beeinflussen läßt, daß sich ein vorbe­ stimmbarer Temperaturgradient entlang der Lamelle in Strömungsrich­ tung ausbildet. Es lassen sich Bereiche stark abweichender Tempera­ tur vermeiden und die maximale Temperaturdifferenz an den gegenüber­ liegenden Enden der Lamelle klein halten.

Ferner läßt sich auf diese Weise bei gegebener Abgastemperatur auch bei niedrigen Warmwasser- bzw. Heizwassertemperaturen ein Unter­ schreiten der Taupunkttemperatur vermeiden.

Durch die in den Unteransprüchen enthaltene Merkmale sind vorteil­ hafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

Liegen die Aussparungen überwiegend im vom heißen Abgas angeströmen Bereich der Lamelle, führt dies zu einem kleinen Temperaturgradienten in der Lamelle in Strömungsrichtung, so daß sich insbesondere über den Bereich der Lamellenhöhe eine geringe und gleichmäßige Bildung von Korrosionsprodukten ergibt. Dies gewährleistet eine lange Be­ triebszeit des Wärmeübertragers, bevor es zu einer Drosselung des Durchtrittsquerschnitts durch Zusetzen der Lamellenzwischenräume mit Kupfersulfat kommt.

Ein Steg zwischen den Aussparungen, der die anströmseitige Kante der Lamelle mit dem unteren Rand eines Warmwasserrohres direkt verbin­ det, erwirkt einen nicht unterbrochenen Wärmefluß in der Achse der Lamelle und verringert die Verzunderung am Lamellenfuß.

Durch Anpassung der Form der Aussparungen an die Form der Warmwas­ serrohre und durch Anbringen der Aussparungen in einem definierten, vorzugsweise konstanten Abstand vom Rand der Warmwasserrohre erhöht sich die Stabilität der Lamelle, die sich dadurch besser montieren und verlöten läßt.

Bewegen sich die Verhältnisse der Öffnungswinkel sowie die Verhält­ nisse vom Abstand einer Aussparung zum Rand eines Warmwasserrohres und dessen Radius in bestimmten Bereichen, läßt sich das Korro­ sionsverhalten durch Verringern des Temperaturgradienten in Strö­ mungsrichtung des Abgases verbessern.

Eine Einsparung der Werkzeug- und Lagerkosten kann erzielt werden, wenn in eine einheitliche Grundlamelle Aussparungen zur Steuerung des Wärmeflusses gestanzt werden. Die Aussparungen können dabei in Größe, Form und Position so variiert werden, daß sich Lamellen für Wärmeüberträger verschiedener Leistungskategorien herstellen lassen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Wärmeübertrager in Seitenan­ sicht, Fig. 2 eine Draufsicht des Wärmeübertragers, teilweise ge­ schnitten nach Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Lamelle und Fig. 4 eine Gestaltung der Aussparungen. In Fig. 5a bis e sind Ausführungen verschiedener Aussparungen dargestellt und Fig. 5f zeigt eine Variante des Warmwasserrohres gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In einer typischen Anwendung zeigt Fig. 1 einen Zweitkreis-Wärmeübertrager 10 mit einer in den Heizwasserrohren 12 geführten Brauch­ wasserrohrschlange 14. In die Brauchwasserrohrschlange 14 fließt das Wasser über einen Einlaß 15 durch eine obere Schlange 16, bestehend aus Rohren 17 und waagerechten Krümmern 18, über einen senkrechten Krümmer 19 in eine untere Schlange 20 bestehend aus Rohren 21 und waagerechten Krümmern (in der Zeichnung nicht zu sehen) und von dort über einen Auslaß 24 in das nicht dargestellte Brauchwassernetz.

Der Heizkreislauf, der ohne externe Umwälzung betrieben werden kann, besteht im wesentlichen aus einer Einlaßkammer 26, einer Sam­ mel- bzw. Umlenkkammer 27, einer Auslaßkammer 28 und einem nicht dargestellten Heizungsnetz. Die Kammern 26 und 27 bzw. 27 und 28 sind jeweils über parallele Heizwasserrohre 12 miteinander verbunden.

Die Brauchwasserrohrschlange 14 ist mittels Kupferprofilschienen 30 gegen die Heizwasserrohre 12 abgestützt. Die Kupferprofilschienen 30 können beidseitig zwischen anströmseitigem Rand des Heizwasserroh­ res 12 und den Rohren 21 der unteren Schlange 20 und den Rohren 17 der oberen Schlange 16 und den abströmseitigen Ende der Heizwasser­ rohre 12 eingefügt sein (Fig. 1) oder nur im anströmseitigen Be­ reich (Fig. 5f), wobei die Rohre 17 der oberen Schlange 16 direkt an den abströmseitigen Rand der Heizwasserrohre 12 gepreßt werden. Durch das Einbringen der Kupferprofilschienen 30 fließt die Wärme direkt von den Lamellen 32 zu den Brauchwasserrohren 21, womit sich bei Zweikreiswärmeüberträger für Heizkreisläufe ohne externe Umwäl­ zung Siedegeräusche vermeiden lassen.

Die Heizwasserrohre 12 sind umgeben von einer Vielzahl von Lamel­ len 32, welche Durchgänge 34 besitzen, die der Form der Heizwasser­ rohre angepaßt sind und diese in sich aufnehmen. Zwischen der abgas­ anströmseitigen Kante 36 und dem abgasanströmseitigen Rand 38 des Durchganges 34 befinden sich Aussparungen 40, 41, zwischen denen ein Steg 42 gebildet ist. Die Lamellen 32 können aus Kupfer oder anderen Materialien bestehen. Bei Verwendung von Kupfer kann die Wärmeaus­ breitung auf der Lamelle 32 durch die Aussparungen so behindert wer­ den, daß sich trotz des hohen Wärmeleitkoeffizienten von Kupfer kei­ ne Bereiche mit Temperaturen unterhalb der Taupunktstemperatur bil­ den.

Die Form der Aussparungen 40, 41 ist der Form des abgasanströmseiti­ gen Randes 38 angeglichen und verläuft im Abstand 44 zu diesem. Die von dem unteren Mittelpunkt 46 aus gesehenen Öffnungswinkel α1 und α2 begrenzen die Aussparungen 40, 41 sowie den Steg 42 in Um­ fangsrichtung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung betragen die Winkel α1 = 20° und α2 = 144°, der Radius r₁= 6,8 mm und der Abstand 44, 3,2 mm.

In die Lamelle 32 sind weitere Aussparungen 48 an der abgasabstrom­ seitigen Kante 50 eingebracht. Diese sind von dreieckiger Form, wei­ sen mit einer Ecke in die Lamellenmitte und sind symmetrisch zwi­ schen den Durchgängen 34 positioniert.

Die Größe der Fläche der Aussparungen 48 wird durch die Leistungs­ stärke des Wassererhitzers, in den der mit diesen Lamellen bestückte Wärmeüberträger eingebaut wird, bestimmt.

Die Fig. 5 zeigt weitere mögliche Formen und Positionen für die den Wärmefluß steuernden Aussparungen 40, 41 und die Aussparung 48 zur Leistungsanpassung. Es zeigen die Fig. 5a eine Aussparung 60 in Bo­ genform, die Fig. 5b eine bogenförmige Aussparung 62 mit einem Steg und die Fig. 5c eine bogenförmige Aussparung 64 mit zwei Stegen 65. In Fig. 5d ist eine gerade Aussparung 66 und in Fig. 5e sind mehrere gerade, im Bogen verteilte Aussparungen 68 dargestellt. Die zur Leistungsanpassung vorgesehene Aussparungen können von dreiecki­ ger Form 70, rechteckiger Form 71 bis 73 oder runder Form 74 sein und lassen sich sowohl an der abgasanströmseitigen Kante 36, der ab­ gasabströmseitigen Kante 50 als auch in der Mitte der Lamelle ein­ bringen, wobei es nicht notig ist, die Aussparungen 70 bis 74 immer zwischen den Durchgängen zu positionieren. Es ist auch möglich mehrere verschiedene Formen zu kombinieren.

Bei der Herstellung der Lamelle 32 werden ausgehend von einer Grund­ lamelle, in der nur die Durchgänge 34 eingebracht sind und die für sämtliche Wärmeüberträger einer Baureihe unterschiedlicher Lei­ stungsstufen gleich ist, zur Steuerung des Wärmeflusses und/oder zur Leistungsanpassung Aussparungen geeigneter Form, Größe und Position nachträglich ausgestanzt.

Claims (13)

1. Wärmeübertrager, mit von einer Vielzahl von Lamellen besetzten Rohren und mit in die Lamellen eingebrachten, den Wärmeübergang be­ einflussenden Aussparungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausspa­ rungen (40, 41) in die Lamelle (32) im Bereich hoher Temperaturen eingebracht sind zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperaturvertei­ lung und einer möglichst geringen maximalen Temperaturdifferenz auf der Lamelle (32).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) überwiegend im anströmseitigen Bereich (36) der Lamelle (32) vorgesehen sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) halbkreisförmig um die Warmwasserroh­ re (12) verteilt sind.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß um jedes Warmwasserrohr (12) mehrere Aussparun­ gen (40, 41) verteilt sind.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den Aussparungen (40, 41) Stege (42) gebildet sind, wobei min­ destens je ein Steg (42) die anströmseitige Kante (36) der Lamel­ le (32) mit dem dieser zugewandten Rand (38) eines Warmwasserrohres (12) direkt verbindet.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) regelmäßig verteilt sind und die Ver­ hältnisse der Breiten der Aussparungen (40, 41) und der dazwischen­ liegenden Stegen (42) konstant sind.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form der Aussparungen (40, 41) der Form der Warm­ wasserrohre (12) angepaßt ist und die Aussparungen (40, 41) in einem konstanten Abstand vom Rand (38) der Warmwasserrohre (12) angebracht sind.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einem Mittelpunkt (46) eines Warmwasserroh­ res (12) aus gesehenen Öffnungswinkel α1 und α2 der Stege (42) und der Aussparungen (40, 41) in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Öffnungswinkel α1 zu α2 zwischen 1 : 7 und 1 : 10 liegt.

10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen dem Abstand einer Aussparung (40, 41) zum Rand (38) eines Warmwasserrohres (12) und dem Radius des Warm­ wasserrohres (12) zwischen 1 : 1,5 und 1 : 2,5, vorzugsweise bei 1 : 2 liegt.

11. Wärmeübertrager, insbesondere nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen (48) zur Lei­ stungsanpassung der Lamelle (32) an den Wärmeübertrager (10) vorge­ sehen sind.

12. Verfahren zum Herstellen einer Lamelle eines Wärmeüberträgers, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in eine Grundlamelle Aussparungen (40, 41, 48) zur Steuerung des Wärmeflusses und/oder zur Leistungsanpassung der La­ melle (12) an den Wärmeübertrager (10) gestanzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Größe, Form und Position der Aussparungen (40, 41, 48) entsprechend den An­ forderungen an den Wärmeübertrager (10) in die Grundlamelle gestanzt werden.