DE4211903C2 - Wärmetauscher für die Übertragung der Wärmeenergie eines heißen Abgasstromes auf ein zu erhitzendes gasförmiges Medium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für die Übertragung der Wärmeenergie eines heißen Abgasstromes auf ein zu erhitzendes gasförmiges Medium.

Die meisten Wärmetauscher weisen enge Kanäle auf, um bei den Gasen hohe Geschwindigkeiten zu erhalten, damit im Gegenstrom eine gute Wärmeübertragung stattfindet. Der Nachteil ist hierbei, daß über ein Gebläse ein entsprechend großer Druck und dadurch auch ein hoher Energieaufwand notwendig ist, um die Luftmenge durchzupressen.

Bei der in der DE 34 21 746 C2 aufgeführten Vorrichtung dienen die Umlenkungen (7, 8) nur für eine längere Verweilzeit der zu erwärmenden Luft innerhalb des Wärmetauschers.

Bei der eigentlichen Wärmetauscherfläche (11) werden die Abgase in den Rohren ohne jegliche Umlenkung nach oben geführt.

Hierdurch bildet sich innerhalb der Luftströmung eine Wärmeschichtung, welche den Wärmeaustausch stark behindert.

Durch die vielen engen Rohre (11) besteht außerdem durch die im Abgas enthaltenen Rückstände leicht Verstopfungsgefahr. Ebenfalls ist die vorgenannte Anordnung schlecht zu reinigen. Auch ist für den Luft-/Gasdurchsatz ein größerer Gebläsedruck gegenüber der hier aufgeführten Wärmetauscher-Vorrichtung notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der am Heizkessel nach der Verbrennung vorherrschend hohen Abgastemperatur energiesparend und umweltfreundlich die zur Verbrennung notwendige Frischluft aufzuwärmen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird der gute Wärmeübergang durch Wirbel erzeugt. Die beiden Gasströme werden eng an das den Wärmeaustausch bewirkende Trennblech herangeführt und zusätzlich in der Ausbildung der Umlenkbleche eine Verwirbelung herbeigeführt. Hierdurch wird die sonst übliche Wärmeschichtbildung innerhalb des üblichen Gasstromes aufgebrochen.

Die die beiden im Gegenstrom verlaufenden Gasströme umgebenden Gehäuse werden mit den nicht abgebildeten Halterungen an das aus korrossionsfestem Material hergestellte Trennblech angepreßt.

Es besteht daher die Möglichkeit, die Gas- oder Luftstromkanäle ohne Probleme für eventuelle Reinigungs- oder Kontrollzwecke leicht zu öffnen. Durch die im Zickzack angeordneten winkelförmigen Abbiegungen des Trennblechs erhält man erfindungsgemäß eine große Wärmetauscherfläche.

Dabei findet der Wärmeaustausch durch Wirbelerzeugung statt, indem jeweils der Bereich der Umlenkungen der Abgase wie der Frischluft im Gegenstrom, ohne einen großen Luftwiderstand, für einen guten Wärmeübergang an dem Trennblech sorgt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Wirbelerzeugung sind keine größeren Querschnittsverminderungen im Abgas wie im Luftstrom erforderlich. Es besteht daher auch bei größeren Rückständen im Abgas keine Verstopfungsgefahr.

Durch den sehr geringen Luftwiderstand im Abgas reicht das im Handel übliche Öl- und Gasbrenner eingebaute Gebläse völlig aus, den Gastrom durch den Heizkessel und durch den Wärmetauscher, sowie durch das anschließende Abgasrohr durchzuleiten.

Hierdurch kann ein seither zusätzlich notwendiges Abgasgebläse eingespart werden.

Derzeitig sind viele Öl-/Gas-Heizkessel im Handel und als Niedertemperatur-Heizkessel bereits in Betrieb. Sobald das Abgas über das seither übliche Abgasrohr den Heizkessel mit bis zu 200°C verläßt, erzeugt die Abgaswärme eine große Umweltbelastung.

Mit dem Einbau der erfindungsgemäß beschriebenen Wärmetauscher-Vorrichtung wird mit der Abgaswärme die in gleicher Menge im Gegenstrom vorbeifließende Frischluft, welche für den Öl-Gas-Brenner notwendig ist, über die als Trennblech ausgebildete Wärmetauscherfläche vorerwärmt.

Durch den hohen Wärmeaustausch innerhalb der Wärmetauscher-Vorrichtung kondensieren im allgemeinen die Abgase. Der seither als Niedertemperatur-Heizkessel im Betrieb befindliche Heizkessel wird mit der in die nachfolgende Abgasleitung eingebauten erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Vorrichtung zum Brennwertgerät mit hoher Energieausnutzung. Die Abgase werden teilweise bis auf 30°C abgekühlt. Deswegen werden die abgekühlten Abgase nach der Wärmetauscher-Vorrichtung nicht mehr in einen Kamin abgeleitet, sondern über eine Abgasleitung aus Kunststoff.

Durch den auch nachträglichen Einbau der Wärmetauscher-Vorrichtung können die Verlustwärme innerhalb der Anlage genutzt und ein großer Teil der Schadstoffe neutralisiert werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 für kleinere Leistungen die angeordneten Umlenkungen (3b) in gerader Form und

Fig. 2 für größere Leistungen die angeordneten Umlenkungen (3b) in abgewinkelter Form.

Das heiße Abgas wird mit dem Gebläsedruck des Brenners in die zum Trennblech (2) schräg aufgeweitete Kammer (4) gedrückt. Die im Abgasstrom enthaltene Wärme wird durch die laufenden Drallbewegungen (2a), welche durch die Umlenkbleche (3b) erzeugt werden in laufenden Abständen an das Trennblech (2) gedrückt. Die Wärme wird durch das Trennblech (2) zur anderen gegenüberliegenden Kammer geleitet und von der im Gegenstrom laufenden Kaltluft, welche die gleichen Drallbewegungen über die auch in dieser kammer befindlichen Trennbleche (3b) und dadurch erzeugten gleichen Wirbelbildung aufgenommen und zur Vorerwärmung genutzt.

Hierdurch erhält man mit ganz geringem Druckverlust einen hohen Wärmeübergang über das Trennblech (2) an die im Gegenstrom verlaufende Kaltluft. Durch das zick-zack-förmig ausgebildete Trennblech (2) erhält man auf kleinem Raum eine große Wärmeaustauschfläche.

Claims (4)

1. Wärmeaustauscher für die Übertragung der Wärmeenergie eines heißen Abgasstromes auf ein zu erhitzendes gasförmiges Medium, insbesondere Luft, wobei der Abgasstrom und das gasförmige Medium im Gegestrom zueinander geführt sind, mit einem Gehäuse (3, 3a) an dessen Enden jeweils ein Einlaß (4) und ein Auslaß für jeden der beiden Ströme (1) angeordnet ist, entlang dessen Längsmittelachse ein die beiden Ströme voneinander trennendes, zick-zack-förmig ausgebildetes und den Wärmeaustausch bewirkendes Trennblech (2) angeordnet ist, das zwischen seinen der Gehäuseinnenwand jeweils zugewandten Kanten und der Gehäuseinnenwand jeweils einen engen ersten Strömungsquerschnitt freiläßt, mit an der Gehäuseinnenwand anschließenden, in die Strömungswege der beiden Ströme quer hineinragenden und versetzt zu den Kanten angeordneten Umlenkblechen (3b), die zwischen sich und dem Trennblech (2) jeweils einen engen zweiten Strömungsquerschnitt freilassen, sodaß die Gasströme entlang des Trennbleches (2) geführt sind und wobei eine Verwirbelung und Auflösung der Wärmeschichtbildung innerhalb der Gasströme entsteht.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Trennblech (2) zugewandten Enden (3b) der Umlenkbleche winkelförmig aufgespreizt sind.

3. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Abgaseinlass (4) aufnehmende Gehäuseseite breiter ist als der Durchmesser des Abgaseinlasses (4).

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüber dem Abgaseinlaß angeordnete Teil des Trennblechs (2) schräg aufgeweitet zur eintretenden Abgasströmung (4) verläuft und dem Gas eine Drallbewegung zu dem nachfolgenden Umlenkblech erteilt.