DE69415453T2

DE69415453T2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE69415453T2
Application number: DE69415453T
Authority: DE
Inventors: Teunis 3771 Nb Barneveld Luigjes
Original assignee: LUIGJES ZONNE EN BV
Current assignee: LUIGJES ZONNE EN BV
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2014-09-09
Also published as: EP0644391A1; NL9301564A; DE69415453D1; ATE175020T1; EP0644391B1; DK0644391T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauschereinsatz. Beim Übertragen von Wärme von einem ersten auf ein zweites Medium spielt der Wirkungsgrad der Übertragung eine sehr große Rolle. Von Bedeutung ist auch, wie kompliziert bzw. aus wievielen Einzelteilen der Wärmetauscher aufgebaut ist, insbesondere im Hinblick auf seine Herstellung und die spätere Wartung.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 291 322 offenbart einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und insbesondere einen Wärmetauscher in Form eines Komfort- Wärmetauschers. Der Wärmetauscher weist zwei Sammelrohr- Elemente auf, die zum Aufnehmen und Abgeben von Strömungsmedium ausgelegt sind, sowie eine Mehrzahl von Rohreinheiten, die in Querrichtung zwischen den Sammelrohren angeordnet sind. Die Sammelrohre werden von stirnseitigen Endplatten in einem Abstand voneinander gehalten, so daß ein Kanal von im wesentlichen rechtwinkligem Querschnitt entsteht. Ein Luftstrom zwischen den Sammelrohren und den Endplatten läßt sich je nach Erfordernis der Heizung und Klimaanlage eines Fahrzeugs erwärmen oder abkühlen, indem Wasser durch die Rohreinheiten geleitet wird.
Durch die Erfindung wird ein einfach aufgebauter Wärmetauschereinsatz geschaffen, der vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist und der darüber hinaus einen sehr hohen Wirkungsgrad liefert. Zusätzlich wird durch die Erfindung eine Kombination aus einem hohem Wirkungsgrad des Wärmetauschereinsatzes und einem verringerten Wärmetauscher-Volumen geschaffen.
Das wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauschereinsatz nach Anspruch 1 erreicht. Ein solcher Wärmetauschereinsatz verbindet einen relativ hohen Wirkungsgrad mit einem ganz einfachen und daher kostengünstigen Aufbau.
Das US-amerikanische Patent US-A-4 034 803 offenbart einen Rohr-Luftvorwärmer zum Übertragen der Wärme von heißen Rauchgasen. Der Luftvorwärmer weist eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für die zur Verbrennung notwendige Frischluft auf, wobei die Öffnungen durch einen Kanal von annähernd rechteckigem Querschnitt miteinander verbunden sind. Der rechteckige Kanal weist in seinem Inneren eine Mehrzahl von Wärmetauscherelementen auf, die ihrerseits eine Mehrzahl von dünnwandigen Rohren aufweisen, in denen Rauchgase strömen, und zwar im Gegenstrom bezogen auf den zur Verbrennung dienenden kühleren Luftstrom durch den rechteckigen Kanal.
Die Querrohre weisen vorzugsweise einen praktisch kreisförmigen Querschnitt auf. Es hat sich gezeigt, daß der Wärmetauscher in diesem Fall einen hohen Wirkungsgrad liefert.
Die größte Querschnittsfläche eines Querrohrs rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Mediums durch den Kanal beträgt vorzugsweise ca. 40% der Querschnittsfläche des Kanals. Mit diesem Flächenverhältnis wird, wie sich gezeigt hat, ein außerordentlich günstiges Ergebnis erzielt.
Der Kanal ist vorzugsweise annähernd U-förmig. Diese Form ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau des Wärmetauschereinsatzes.
Der Wärmetauschereinsatz ist vorzugsweise mit einem Verbrennungsraum versehen. In diesem Fall dient der Wärmetauscher sowohl zur Wärmeerzeugung als auch zur Wärmeübertragung. Der Verbrennungsraum weist vorzugsweise einen annähernd kreisförmigen Querschnitt auf und ist vorzugsweise mit einem Auslaßkanal für Verbrennungsgase entsprechend dem bereits beschriebenen Wärmetauscher verbunden. Der annähernd kreisförmige Querschnitt des Verbrennungsraums hat den Vorteil, daß der kleinste Abstand von der Wand des Verbrennungsraums zum im allgemeinen runden Brenner so groß wie möglich ist. Durch das Verbinden des Verbrennungsraums mit dem Auslaßkanal für Verbrennungsgase geht beim Transport der Verbrennungsgase vom Verbrennungsraum zum Auslaßkanal keine Wärme verloren. Ein Heizelement dieser Art ermöglicht darüber hinaus die Anordnung der gesamten Vorrichtung im einem zu erwärmenden Medium.
Der Wärmetauscher mit Verbrennungsraum ist vorzugsweise in einem Boiler angeordnet, der an einen Sonnenkollektor angeschlossen ist. Gerade in diesem Fall ist der Temperaturunterschied zwischen den heißen Verbrennungsgasen und dem bereits vorgewärmten zu erwärmenden Medium gering, so daß hier ein Wärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad besonders wünschenswert ist.
Eine Platte ist vorzugsweise unter dem Wärmetauscher in einem geringen Abstand von diesem angeordnet und erzeugt ein gewünschtes Strömungsverhalten des den Wärmetauscher umgebenden zweiten Mediums. Das natürliche Konvektionsverhalten des den Wärmetauscher umgebenden Mediums ist von der Platte dahingehend beeinflußbar, daß eine starke Aufwärtsströmung durch die Querrohre des Wärmetauschers erzeugt wird, was eine besonders gute Wärmeübertragung ermöglicht.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nicht beschränkende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauschereinsatz im Teilschnitt aus der Perspektive, wobei dieser in einen Behälter eingesetzt und mit einem Verbrennungsraum versehen ist.
Ein Wärmetauschereinsatz 6 ist in einem Behälter 7 angeordnet und weist eine Einlaßöffnung 8 für kraftstoff- und sauerstoffhaltige Verbrennungsgase auf. Diese Gase werden einem Brenner 10 zugeführt, der in einem Verbrennungsraum 9 angeordnet ist. Letzterer weist einen praktisch kreisförmigen Querschnitt auf, wodurch verhindert wird, daß der kleinste Abstand zwischen der Wand des Verbrennungsraums 9 und dem hier runden Brenner 10 in einer bestimmten Stellung sehr gering wird. Der Verbrennungsraum 9 ist mit einem rechteckigen Auslaßkanal 11 für Verbrennungsgase verbunden. Der rechteckige Kanal 11 ist aus einem Material wie Alublech oder rostfreiem Stahlblech herstellbar, jedoch auch aus weniger hochwertigem Stahl, der anschließend mit einer Beschichtung versehen wird. Denkbar ist hier z. B. ein Emailleüberzug. Der Übergang von dem Verbrennungsraum 9 in den rechteckigen Auslaßkanal 11 ist allmählich und läßt sich z. B. durch das Rundformen eines rechteckigen Kanals an der Stelle herstellen, an der der Verbrennungsraum 9 ausgebildet ist. Der rechteckige Auslaßkanal 11 für die Verbrennungsgase bildet hier den Wärmetauscher zum Übertragen der durch den Brennvorgang im Verbrennungsraum 9 erzeugten Wärme auf das Medium im Behälter 7. Der rechteckige Auslaßkanal 11 ist zu diesem Zweck mit Querrohren 12 versehen, die rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase in dem rechteckigen Kanal 11 angeordnet sind. Die in der Zeichnung gezeigten Querrohre 12 liegen alle in einer Richtung, was jedoch nicht immer so sein muß. Die Querrohre 5 weisen praktisch einen Kreisquerschnitt auf, was ebenfalls nicht zwingend notwendig ist. Sie können genauso einen anderen Querschnitt aufweisen, möglich wäre z. B. ein Rechteckquerschnitt. Die natürliche Konvektion des Mediums im Behälter 7 bewirkt eine Strömung 13, so daß das zu erwärmende Medium durch die Querrohre strömt. Der rechteckige Auslaßkanal 11 ist annähernd U-förmig. Die Auslaßöffnung 14, durch die die abgekühlten Verbrennungsgase den Wärmetauschereinsatz 6 verlassen, ist ebenso wie die Einlaßöffnung mit einem Flansch 15 verbunden. Dieser Flansch 15 ermöglicht ein einfaches Einsetzen des Wärmetauschereinsatzes 6 in den Behälter 7 bzw. ein einfaches Entfernen aus diesem. Besonders der mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebene Wärmetauschereinsatz 6 ist außergewöhnlich vorteilhaft in einem Solarboiler einsetzbar.

Claims

1. Wärmetauschereinsatz (6) mit einer Einlaßöffnung (8) und einer Auslaßöffnung (14) für ein erstes Medium, wobei die Öffnungen (8, 14) über einen Kanal (11) von annähernd rechteckigem Querschnitt miteinander verbunden sind, und wobei durch diesen Kanal (11) hindurch Querrohre (12) für ein den Wärmetauschereinsatz umgebendes zweites Medium verlaufen, die praktisch rechtwinklig zur Strömungsrichtung des ersten Mediums durch das Innere des Kanals (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

sowohl die Einlaßöffnung (8) als auch die Auslaßöffnung (14) mit einem Flansch versehen oder beide in einem gemeinsamen Flansch (15) angeordnet sind, der während des Gebrauchs das Einsetzen und Entfernen des Wärmetauschereinsatzes (6) in einen bzw. aus einem Behälter (7) ermöglicht.

2. Wärmetauschereinsatz (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrohre (12) praktisch einen Kreisquerschnitt aufweisen.

3. Wärmetauschereinsatz (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Querschnittsfläche eines Querrohrs (12) rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Mediums durch den Kanal (11) ca. 40% der Querschnittsfläche des Kanals (11) beträgt.

4. Wärmetauschereinsatz (6) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (11) annähernd U-förmig ist.

5. Wärmetauschereinsatz (6) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mit einem Verbrennungsraum-Einsatz (9) versehen ist.

6. Wärmetauschereinsatz (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (9) einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist und mit einem Auslaßkanal (11) für Verbrennungsgase ähnlich dem Kanal (11) verbunden ist.

7. Wärmetauschereinsatz (6) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) mit dem Verbrennungsraum in einem Boiler (7) angeordnet ist, der an einen Sonnenkollektor angeschlossen ist.

8. Wärmetauschereinsatz (6) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte unter dem Wärmetauscher (6) in einem geringen Abstand von diesem angeordnet ist, um ein gewünschtes Strömungsverhalten des den Wärmetauscher (6) umgebenden zweiten Mediums zu erzeugen.