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Diese Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher und
insbesondere Guß-Wärmetauscher. Die Erfindung ist insbesondere
auf solche Wärmetauscher anwendbar, die in
Warmwasserheizungen/Zentralheizungen mit Gas- oder Ölfeuerung
verwendet werden.
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Typischerweise werden die heißen
Verbrennungs-Rauchgasprodukte von einer Gas- oder Ölverbrennungseinrichtung über
Rauchgasflächen eines Wärmetauschers geführt, in dem ein
Fluid, z.B. Wasser, umgeführt wird. In dem im Wärmetauscher
enthaltenen Fluid wird Wärme durch Strahlung, Konvektion
und Leitung aufgenommen. Um abzusichern, daß die
Wärmeübertragung so effektiv wie möglich vorgenommen wird, ist es
üblich, die Oberfläche des Rauchgaskanals zu erhöhen, indem
diesem Rippen oder Spitzen zugefügt werden, die sich in den
Rauchgaskanal erstrecken. Bei einem typischen Wärmetauscher
ist es üblich, einen Rauchgaskanal mit langem/engem
rechteckigem Querschnitt mit einer Vielzahl von benachbarten
Rippen zu versehen, die sich von seinen entgegengesetzten
Hauptflächen in den Rauchgaskanal nach innen erstrecken,
wobei die entgegengesetzt gerichteten Rippen in bezug
zueinander versetzt angeordnet sind. Bei Guß-Wärmetauschern
ist es durch die Zwangsbedingungen des Gießprozesses und
die Notwendigkeit des Vorsehens eines Kerns, der
typischerweise auf Sand basiert und dem gerippten Rauchgaskanal
entspricht, bedingt in der Praxis üblich, zwischen den Spitzen
der gegenüberliegenden Rippen einen Spalt vorzusehen. Es
wurde eingeschätzt, daß es für den maximalen Wirkungsgrad
notwendig ist abzusichern, daß sich die Rauchgasprodukte
mit der Wärmetauscherfläche in engstmöglichem Kontakt
befinden;
bei vorhandenen
Gußeisen/Aluminiumguß-Wärmetauschern wird dieses normalerweise erreicht, indem
Leitwände in oder über die Rauchgaskanäle eingeführt werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Guß-
Wärmetauscher vorzusehen, der gegenüber herkömmlichen Guß-
Wärmetauschern ein verbessertes Betriebsverhalten hat und
der mit Leitwänden versehen oder nicht versehen ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Guß-Wärmetauscher vorgesehen, der
einen Körper aufweist, durch den zumindest ein
Rauchgaskanal geht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher
eine Monoblockstruktur hat und eine Vielzahl von
Wärmetauscherrippen aufweist, die sich von jeder der
entgegengesetzten Wände des Rauchgaskanals erstrecken, wobei sich
jede Wärmetauscherrippe in den Rauchgaskanal und an diesem
entlang erstreckt, wobei die Wärmetauscherrippen von einer
der entgegengesetzten Wände mit den Wärmetauscherrippen von
der anderen der entgegengesetzten Wände ineinandergreifen,
wodurch sich diese an einem Teil der Länge überdecken, die
sich diese in den Rauchgaskanal erstrecken.
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In der DE-U-8904487 ist ein geschnittener Wärmetauscher
offenbart, der zumindest einen Rauchgaskanal hat, der durch
diesen geht; dieser hat jedoch keine Monoblockstruktur;
statt der Verwendung van Rippen, die sich am Rauchgaskanal
entlang erstrecken, ist die Verwendung von Spitzen in
dieser offenbart.
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Die Ausführung der Erfindung kann so vorgenommen werden,
daß sich die Wärmetauscherrippen von den entgegengesetzten
Wänden am Hauptteil ihrer Länge überdecken.
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Die Anordnung kann so vorgenommen werden, daß der
Zwischenraum zwischen einer der entgegengesetzten Wände und den
Rippen, die sich von dieser erstrecken, und der anderen der
entgegengesetzten Wände und den Rippen, die sich von dieser
erstrecken, im wesentlichen konstant ist.
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine Draufsicht der Struktur eines
Guß-Wärmetauschers nach dem Stand der Technik ist und
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Fig. 2 eine Draufsicht eines Guß-Wärmetauschers
entsprechend der vorliegenden Erfindung ist.
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In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Draufsicht der Struktur
eines Guß-Wärmetauschers 1 aus einem Stück, d.h. eine
Monoblockstruktur, nach dem Stand der Technik dargestellt,
der typischerweise aus Gußeisen oder Aluminiumguß besteht,
der im allgemeinen einen Hohlstruktur aufweist und
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 2 bzw. 3 hat, um zum Heizen
des Fluids durch diese ein Fluid, z.B. Wasser umzuführen,
und der mit drei Rauschgaskanälen 4 versehen ist, von denen
jeder einen langen/schmalen rechteckigen Querschnitt hat
und jeder mit einer Vielzahl von benachbarten
Wärmetauscherrippen 5 versehen ist, die sich längs der
Längsausdehnung der Rauchgaskanäle 4 erstrecken und die sich von
ihren Hauptseiten 6, 7 aus in die Rauchgaskanäle nach innen
erstrecken. Die Rippen 5, die sich von Seite 6 von jedem
Rauchgaskanal 4 aus erstrecken, sind in bezug auf die sich
von der entgegengesetzten Seite 7 aus erstreckenden Rippen
5 versetzt angeordnet; zwischen den Spitzen der
gegenüberliegenden Reihen von Rippen 5 ist ein Spalt 8 vorgesehen,
damit der Kern, der typischerweise aus Sand besteht und
während des Gießprozesses zum Ausbilden der gerippten
Rauchgaskanäle 4 dient, so stabil ausgestaltet werden kann,
daß dieser den aufgebrachten Drücken standhält.
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Wie in bezug auf die Rauchgaskanäle 4 des
Guß-Wärmetauschers 1 von Fig. 1 entnommen werden kann, sind die
Zwischenräume zwischen den Rippen 5, insbesondere an ihren
Spitzen, relativ groß; um den Wirkungsgrad des
Wärmetauschers 1 zu erhöhen, wurde es als notwendig erachtet,
eine Leitwand in Form eines Metallstreifens, der sich
benachbart zu den Spitzen der Rippen 5 über das obere Ende
der Rauchgaskanäle 4 erstreckt, oder alternativ dazu in
Form von Metallstäben vorzusehen, die sich benachbart zur
Spitze von jeder Rippe 5 durch die Rauchgaskanäle 4
hindurch nach oben erstrecken, wie es durch 9 angezeigt ist.
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Diese Leitwände haben die Wirkung abzusichern, daß die
durch die Rauchgaskanäle 4 hindurchgehenden Rauchgase mit
der Wärmetauscherfläche in engstmöglichem Kontakt stehen;
dadurch wird der Wirkungsgrad erhöht.
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Das Vorsehen solcher Leitwände trägt jedoch nicht zum
Vorsehen eines Wärmetauschers mit minimalen Kosten und
minimalem Gewicht bei; durch diese wird Energie vergeudet, da sie
durch die Rauchgase erwärmt werden; sie haben jedoch einen
sehr kleinen Anteil an der Erwärmung der im Wärmetauscher
umgeführten Flüssigkeit.
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In Fig. 2 der Zeichnungen ist ein Guß-Wärmetauscher aus
einem Stück, d.h. eine Monoblockstruktur, entsprechend der
vorliegenden Erfindung dargestellt, der den gleichen
allgemeinen Aufbau wie der von Fig. 1 hat, bei dem jedoch die
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 2 und 3 an
entgegengesetzten Ecken des Wärmetauschers 1 angeordnet sind, bei dem
die Rauchgaskanäle 4 im allgemeinen eine geringere Breite
haben, so daß statt wie in Fig. 1 drei in Fig. 2 vier
Rauchgaskanäle 4 vorgesehen sind, und bei dem, was am
wichtigsten ist, die Wärmetauscherrippen 5, die sich von ihren
entgegengesetzten Hauptflächen 6 und 7 in die
Rauchgaskanäle 4 erstrecken, ineinandergreifen; benachbarte Rippen 5
überdecken einander am Hauptteil ihrer Länge, die sich von
den Hauptflächen 6 und 7 in die Rauchgaskanäle 4 erstreckt.
Wie es dem Wärmetauscher 1 von Fig. 2 entnommen werden
kann, sind die Zwischenräume zwischen den Rippen 5 der
Rauchgaskanäle relativ klein; somit wird abgesichert, daß
sich die Rauchgase, die durch diese gehen, mit den
Wärmetauscherflächen in sehr engem Kontakt befinden, wodurch der
Wirkungsgrad des Wärmetauschers stark erhöht wird. Es ist
denkbar, daß im Idealfall der Spalt, der den eigentlichen
Rauchgaskanal 4 in Fig. 2 bildet, über seine gesamte Länge
im wesentlichen konstant ist.
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In der Praxis wurde erkannt, daß der Wärmetauscher 1 von
Fig. 2 aufgebaut sein kann, so daß dieser eine Höhe hat,
die ungefähr die Hälfte der des Wärmetauschers von Fig. 1
beträgt; dieser hat somit die Hälfte des Gewichts und des
Materialgehalts vom Wärmetauscher 1 von Fig. 1; aufgrund
der Struktur der Rauchgaskanäle 4 und aufgrund der
Tatsache, daß statt drei vier Rauchgaskanäle vorgesehen sind,
hat dieser ein Betriebsverhalten, das dem des
Wärmetauschers von Fig. 1 überlegen ist.
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Die Struktur des Guß-Wärmetauschers 1, der in bezug auf
Fig. 2 beschrieben wurde, wurde möglich gemacht, indem der
Gießprozeß sorgfältig verbessert wurde und die Materialien
und Verfahren, die bei diesem verwendet werden, sinnvoll
ausgewählt wurden, zum Beispiel durch das Formen der Kerne
zum Ausbilden der Rauchgaskanäle 4 aus Sand.
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Der Wärmetauscher 1, der unter Bezugnahme auf Fig. 2
beschrieben wurde, kann allgemeine Anwendung finden; er ist
jedoch zur Verwendung in Warmwasserheizungen/
Zentralheizungen mit Gas- oder Ölfeuerung besonders geeignet; solche
Einrichtungen können durch natürlichen oder erzwungenen Zug
betrieben werden; die Förderung kann durch Schwerkraft oder
durch eine Pumpe erfolgen. Obwohl solche Wärmetauscher 1 im
allgemeinen aus Gußeisen oder Aluminiumguß gefertigt sind,
ist es denkbar, daß der Wärmetauscher 1 von Fig. 2 aus
einem beliebigem geeigneten Material gefertigt werden kann.