DE69201367T2

DE69201367T2 - Wärmetauscherelement für einen Kessel.

Info

Publication number: DE69201367T2
Application number: DE69201367T
Authority: DE
Inventors: Guido Scalfi
Original assignee: Pensotti SpA
Current assignee: Pensotti SpA
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1992-09-15
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2012-09-16
Also published as: US5261355A; ATE118269T1; EP0533271B1; IT222734Z2; EP0533271A1; ITMI910810U1; DE69201367D1; ITMI910810V0; ES2068001T3; TR26317A

Description

Es sind Kessel derjenigen Bauart bekannt, die einen Brenner umfassen, mit dem Brenngas hergestellt wird, das durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird, um Wärme auf darin zirkulierendes Wasser zu übertragen.
Im allgemeinen umfassen die Kanäle für das Brenngas in dem Austauscher eine Mehrzahl von Rippen, die in der Strömungsbahn des Brenngases angeordnet sind, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern.
Es sind verschiedene Formen solcher Rippen vorgeschlagen worden. Z. B. sind Rippen von im allgemeinen rechtwinkliger Form vorgeschlagen worden, die quer zur Strömungsrichtung des Brenngases abgeflacht sind. Solche Rippen haben jedoch einen schlechten Wirkungsgrad wegen der übermäßigen Turbulenzen, die sie in dem Brenngas verursachen. Es wurden Rippen vorgeschlagen, welche die Turbulenz aufgrund ihrer Tropfenform mit dem zur Brenngasquelle verjüngten Teil verringern, um ihnen eine Form mit geringem aerodynamischem Widerstand zu geben, wie sie z. B. aus DE-U-8 634 371 bekannt sind. Diese Lösung leidet jedoch ebenfalls noch an einem eingeschränkten Wirkungsgrad aufgrund des minimalen Brenngasanteils, der mit der Rippenfläche tatsächlich in Berührung kommt, wobei der größere Brenngasanteil zwischen den Rippen strömt, ohne sie, mit gelegentlicher Ausnahme, zu berühren.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Nachteile durch Zurverfügungstellung einer Einheit aus Kessel und Wärmeaustauscher mit optimalem Wirkungsgrad im Betrieb aufgrund einer innovativen Form der entlang des Brenngasstromes angeordneten Rippen, zu vermeiden.
Im Hinblick auf diese Aufgabe wurde gemäß der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Wärmeaustauschereinheit zwischen Brenngas und Wasser in einem Kessel der Bauart angestrebt, bestehend aus inneren, ersten Strömungsbahnen für das Wasser und zweiten Strömungsbahnen für das Brenngas, zwischen den ersten und zweiten Strömungsbahnen angeordneten Trennwänden mit von diesen in die zweiten Strombahnen vorstehenden Rippen zur Beaufschlagung durch das Brenngas und für eine Wärmeübertragung zwischen dem Brenngas und den Wänden der Wasserstrombahn und dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe im wesentlichen ebene, seitliche Flächen, die beiderseitig nach unten verjüngt sind, und obere und untere Enden hat, die abgerundet sind, damit die seitlichen Flächen zusammen gerundet sind.
Eine weitere Erläuterung der Grundsätze der Erfindung und ihrer Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
Fig. 1 eine teilweise längs der Schnittebene I-I gezeigte Wärmeaustauschereinneit gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig. 1 eines Elementes der Wärmeaustauschereinheit in Fig. 1 und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit einer Wärmeaustauschereinheit in Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Wärmeaustauschereinheit 10 gezeigt, die aus einer Mehrzahl von Elementen 11 besteht, die Seite an Seite angeordnet sind.
Ebenso ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß jedes Element 11 einen Fuß 12 und einen oberen Austauschteil 13 umfaßt. An der Unterseite des Fußes ist seitlich ein Einlaß 14 vorgesehen, der mit einer Kammer 15 innerhalb des Elementes verbunden ist und in einem seitlichen Auslaß 16 an der Oberseite des Austauschers 11 austritt. Einlässe 14 und Auslässe 16 der verschiedenen, Seite an Seite angeordneten Elemente sind so ausgerichtet, daß Einlaßleitungen 17 bzw. Auslaßleitungen 18 für das Wasser in dem Austauscher gebildet werden, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Unter dem Austauschteil 13 ist ein Brenner 19 (in Fig. 2 schematisch in gebrochenen Linien gezeigt) der bekannten und daher nicht näher beschriebenen oder gezeigten Bauart vorgesehen. Seitliche Endwände 20 und 21 der Austauschelemente 11 bilden eine senkrechte Strömungsbahn, durch die das von dem Brenner 19 erzeugte Brenngas hindurchströmt, um die Außenwände der Austauschteile 13 zu beaufschlagen, in denen das Wasser strömt. Um den Wärmeaustausch der Außenwände 23 des Austauscherteils zu erhöhen, steht von diesen eine Mehrzahl von Rippen 22 vor, die in der Brenngasströmungsbahn in horizontalen Reihen, die abwechselnd gegeneinander versetzt sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, angeordnet ist.
Wie im einzelnen aus Fig. 3 ersichtlich ist, hat jede Rippe einen Querschnitt mit ebenen Seitenflächen 24 und 25, die in einem Winkel α gegeneinander geneigt und durch abgerundete, untere und obere Enden 26, 27 gerundet sind.
Es wurde festgestellt, daß der Winkel α vorteilhaft zwischen 4º und 16º und insbesondere annähernd 10º betragen kann. Es wurde versuchsweise festgestellt, daß die besondere, beschriebene Rippenform überraschend eine beträchtliche Erhöhung des Wirkungsgrads des Wärmeaustauschers ermöglicht. Tatsächlich wird das Brenngas, das mit hoher Geschwindigkeit durch die von den Luftspalten zwischen den Austauscherelementen gebildeten Leitungen strömt, durch die Form der Rippen gezwungen, unter Druck nahezu die gesamte Oberfläche der Rippen zu bestreichen und diesen eine größere Wärmeabsorptionskapazität zu vermitteln. Die Form der Rippen veranlaßt das Brenngas, nachdem es die Rippe beaufschlagt hat, von dieser abgelenkt zu werden, damit mit guter Adhäsion die im wesentlichen ebene Oberfläche in der umnittelbar darüber und versetzt angeordneten Rippe beaufschlagt wird. Zusätzlich werden, abgesehen von der geringfügigen Ablenkung, die eine Druckbeaufschlagung der Rippen erlaubt, Turbulenzen, die die Wärmeübertragung zwischen dem Brenngas und den Rippen vermindern wurden, nicht erzeugt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, vermindert sich der Abstand einer zwischen den Rippen vorhandenen horizontalen Reihe in Richtung zur Oberseite des Austauschers und es vermindert sich zusätzlich auch die Breite der Brenngasleitung in Richtung zur Oberseite (d.h., der Abstand zwischen den Wänden 20 und 21). Auf diese Weise verursachen die proportionale und graduelle Reduktion der Breite der Brenngasleitungen sowie der Abstand zwischen den Rippen eine wesentliche Gleichförmigkeit der Brenngasgeschwindigkeit, wodurch das durch die Abkühlung während der Strömung nach oben reduzierte Volumen ausgeglichen wird. Hierdurch wird auch ein konstanter Wärmeübergangskoeffizient erreicht. Natürlich stellt die obige Beschreibung einer die Grundsätze der vorliegenden Erfindung anwendenden Ausführungsform nur ein Beispiel dar und ist daher nicht als eine Begrenzung des hierin beanspruchten Patentrechtes anzusehen. Beispielsweise kann die Form der Austauschelemente von der gezeigten, ebenso wie die Form der Wasserleitungen, unterschiedlich sein, um eine Anpassung an besondere Anwendungsformen und Strukturen des Kessels zu ermöglichen, wie es für den Fachmann leicht vorstellbar ist.

Claims

1. Wärmeaustauschereinheit (10) zwischen Brenngas und Wasser in einem Kessel der Bauart, bestehend aus inneren ersten Strömungsbahnen für das Wasser und zweiten Strömungsbahnen für das Brenngas, Trennwänden (23) zwischen den ersten und zweiten Strömungsbahnen, umfassend Rippen (22), die davon in die zweiten Strombahnen zur Beaufschlagung durch das Brenngas und zur Wärmeübertragung zwischen dem Brenngas und den Wasserströmungsbahnwänden vorstehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (22) im wesentlichen ebene Seitenflächen (24, 25) hat, die beiderseitig geneigt sind, um sich nach unten zu verjüngen und obere (27) sowie untere (26) Enden zu bilden, die abgerundet sind, damit die Seitenflächen (24, 25) zusammen gerundet sind.

2. Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (24, 25) in einem Winkel α zwischen 4º und 16º und vorzugsweise annähernd 10º gegenseitig geneigt sind.

3. Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22) in horizontalen Reihen gegenseitig und wechselweise versetzt angeordnet sind.

4. Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Rippen (22) in jeder horizontalen Reihe nach oben abnimmt.

5. Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungsbahnen nach oben abnimmt.

6. Wärmeaustauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mehrzahl von Austauschelementen (11) besteht, von denen jedes eine im allgemeinen ebene Form hat und mit einem inneren Hohlraum versehen ist, der einen Strömungsweg für das Wasser darstellt, und außen mit einer Mehrzahl von Rippen zumindest an im allgemeinen senkrechten Seitenwänden (23) versehen ist und die Austauschelemente Seite an Seite angeordnet sind, um mindestens teilweise zwischen ihnen zusammen mit den Seitenwänden (23) die Strömungsbahnen für das Brenngas zu bilden.