DE9017483U1

DE9017483U1 - Lamellenblock

Info

Publication number: DE9017483U1
Application number: DE9017483U
Authority: DE
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1991-03-21
Anticipated expiration: 2000-12-28
Also published as: ATA293789A

Description

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 894

Lamellenblock

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenblock für einen von heißen Gasen beaufschlagten Flüssigkeitserhitzer mit im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, vom zu erwärmenden Medium durchströmten Rohren, die die im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Lamellen des Lamellenblockes durchsetzen und mit diesen über aus der Ebene der Lamellen ausgebogene und an der Außenseite der Rohre anliegende, gegebenenfalls durch axiale Schlitze unterteilte Kragen verbunden sind.

Ein solcher Lamellenblock wurde zum Beispiel durch die DE-PS 27 40 937 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung sind die Lamellen im Bereich zwischen den sie durchsetzenden Rohren mit einer Wellung versehen, die zum Ausgleich der Wärmedehnungen dienen und in deren Bereich ein oder zwei koaxial verlaufende Schlitze angeordnet sind, wobei die Schlitze im Bereich der

höchsten Erhebung der Wellung angeordnet sind und bei der Anordnung zweier Schlitze in jeder Wellung der Lamelle einer zum oberen Rand der Lamelle hin offen ist.

Mit dieser bekannten Lösung ist es zwar möglich, das Problem der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien zu beherrschen, doch zeigt sich, daß die unteren und die oberen Bereiche der Lamellen ungleich von der Wärme belastet sind, wobei die untere Hälfte einer jeden Lamelle stärker belastet ist als die obere. Außerdem können bei der bekannten Lösung Unterschreitungen des Taupunktes und damit Kondensatbildungen auftreten.

So tritt zum Beispiel Rauchgas mit mehr als 1.000 ⁰C in den Lamellenkörper ein und mit ca. 150 ⁰C aus diesem aus. Dabei wird die untere Lamellenhälfte über- und die obere unterbelastet. Dadurch ergibt sich auch eine entsprechend ungleichmäßige Heizflächenbelastung an der mit dem zu erwärmenden Medium, zum Beispiel Wasser, in Berührung stehenden Innenwänden der Rohre.

Bei den bekannten Lamellenblöcken mit Wellungen ist es möglich, daß es aufgrund der sehr ungleichen Belastung der Heizflächen der Rohre örtlich zu einem Sieden und an anderen Stellen zu einer Taupunktuntersehreitung kommt.

Ziel der Erfindung ist es, einen Lamellenblock vorzuschlagen, bei dem eine Unterschreitung des Taupunktes sicher vermieden und die

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Gefahr des Entstehens von Siedegeräuschen weitgehend minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen den Rohren in den Lamellen zwei Schnitte angeordnet sind, die sich von der Unterkante oder der Nähe derselben einer jeden Lamelle zumindest bei 2/3 der Höhe derselben erstrecken und einen Abstand (a) voneinander aufweisen, der der Beziehung:

a = (0,20 bis 0,35) * b

entspricht, wobei b den Mittenabstand der benachbarten Rohre bedeutet.

Durch diese Maßnahmen entsteht ein definierter Wärmeleitstreifen, in dem die Überschußwärme der unteren Lamellenhälfte in die obere, unterbelastete Hälfte der Lamelle transportiert wird, wodurch sich die Heizflächenbelastung der Rohre vergleichmäßigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Schnitte mit einem deren Ränder verbindenden schmalen Steg versehen sind, so daß die Schnitte Öffnungen bilden, wobei gegebenenfalls seitliche Hilfsschlitze vorgesehen sind.

Hierdurch werden zwei Effekte erreicht. Erstens fließt Wärme aus dem höher temperierten Wärmeleitstreifen ab, so daß dessen Übertemperatur abnimmt, was zur Erzielung hoher Wärmetauscherwirkungsgrade angestrebt wird.

Zweitens kann die aus dem Streifen abfließende Wärme gezielt an unterbelastete Bereiche der Lamellenröhre abgegeben werden, wozu die zusätzlichen seitlichen Hilfsschlitze vorgesehen sind.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Schnitte einen abgewinkelten Verlauf aufweisen und im wesentlichen T-, L- und beziehungsweise oder U-förmig angeordnet sind.

Dies ermöglicht einen gezielten Wärmetransport von der unteren zur oberen Hälfte der Lamellen und zu den Lamellenrohren.

Die Schnitte können auch durch eine Perforierung ersetzt sein, wobei sich im letzteren Falle die gleichen Effekte wie bei glatten Schnitten einstellen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 schematisch einen herkömmlichen Lamellenblock im Schnitt und

Figuren 2 und 3 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Lamellenblockes im Schnitt.

Bei dem herkömmlichen Lamellenblock nach der Figur 1 sind die Rohre 1 in den Lamellen 2 in bekannter Weise, in nicht

dargestellten, aus der Ebene der Lamellen 2 ausgebogenen Kragen gehalten und durchsetzen die Lamellen.

Der Lamellenblock wird zum Beispiel von Rauchgasen durchströmt, wobei die aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Kupfer, hergestellen Lamellen 2 die Wärme zu den sie durchsetzenden Rohren 1 leiten, die von dem zu erwärmenden Medium, zum Beispiel Wasser, durchströmt sind und ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Material wie Kupfer hergestellt sind.

Da nun die Rauchgase beim Durchströmen des meist sehr dicht gepackten Lamellenblockes ihre Wärme sehr weitgehend abgeben, ergibt sich, daß die Rauchgase zum Beispiel mit mehr als 1.000 ⁰C in den Lamellenblock eintreten und diesen mit einer Temperatur von ca. 150 ⁰C verlassen. Dies führt aber zu einer entsprechend ungleichmäßigen Beaufschlagung der einzelnen Bereiche q₁ bis q₆ der Rohrwandungen.

So wurden bei einem Lamellenblock nach der Figur 1 Belastungen in den einzelnen Abschnitten q-^ bis q₆ von 0,090 * 10⁶ W/m² im Abschnitt q₂ ermittelt.

Aus diesen Belastungen ergeben sich rechnerische Temperaturdifferenzen zwischen dem Wasser und der Innenwand der Rohre 1 von 129° K und 26° K bei einer Wärmeübergangszahl von 3.500 W/m K, wie sie sich beispielsweise ohne Verwendung eines Wellbandes ergibt, beziehungsweise von 45° K und 9° K bei einer

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Wärmeübergangszahl von 10.000 W/m²K, wie sie bei Verwendung eines Wellbandes erreicht werden kann.

Es ergibt sich daher, daß ohne Verwendung eines Wellbandes an der Rohrinnenwand ein örtliches Sieden auftritt, wie sich aus der Beziehung:

Wasser ⁺ /\ ^&ugr; max > ¹⁰° °^c
ergibt.

Weiter kommt es örtlich auch zu einer Unterschreitung des Taupunktes bei einer Wassertemperatur von t_Wasser = < 24 ⁰C, wie sich aus der Beziehung:

+ A &Lgr; &ldquor;i&ldquor; = 24 + 26 = 50 ⁰C

/\Ö

"-Wasser A ^u min

ergibt, wobei die Temperatur von 50 ⁰C dem Taupunkt von Erdgas bei einer Luftzahl von 1,45 entspricht.

Bei Verwendung eines Wellbandes tritt ein örtliches Sieden bei einer Wassertemperatur von 55 ⁰C ein, wie sich aus der Beziehung:

Wasser = ¹⁰° ~ &Dgr; ^ min. = ¹⁰° ~ 45 = 55 "C

ergibt. Weiter tritt auch eine örtliche Unterschreitung des Taupunktes bei einer Wassertemperatur von maximal 41 ⁰C ein, wie sich aus der Beziehung:

Nasser * ^aupkt. " A^ min. = 50 °C - 9 °C < 41 °C ergibt.

Es ergibt sich also, daß, wenn kein Wellband verwendet wird, ein örtliches Sieden nicht verhindert werden kann und bei Verwendung eines Wellbandes ein örtliches Sieden und örtliches Unterschreiten des Taupunktes nur verhindert werden kann, wenn die Wassertemperatur in einem sehr engen Temperaturbereich gehalten wird, der aber bei normalem Betrieb eines Wasserheizgerätes nicht eingehalten werden kann.

Bei dem Lamellenblock nach der Figur 2 sind die Lamellen 2 mit Schnitten 3 versehen, die sich von der unteren Kante der Lamellen 2 zumindest bis zu 2/3 der Höhe hx derselben erstrecken und die in der Mitte zwischen zwei Rohren 1 angebracht sind. Der Abstand a zwischen den beiden Schnitten 3 entspricht der Beziehung:

a = (0,20 bis 0,35) · b.

Durch diese Schnitte 3 werden zwischen diesen liegende Wärmeleitstreifen 4 gebildet, über die die Wärme vom überbelasteten unteren Bereich der Lamellen in den unterbelasteten oberen Bereich strömt, wodurch es zu einer entsprechenden Vergleichmäßigung der Belastung der Rohre 1 kommt.

Q .■-·»■-» » ft ■■ *

O * * rs

^₁ ,Cc *_t~ - -' ■^v s*«^T ■ ■ ■" ^ "' '"

Es hat sich gezeigt, daß durch die Anbringung der Schnitte 3 die Belastung der Rohre 1 in allen Abschnitten q₁ bis q₆ auf einen

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mittleren Wert von zum Beispiel 0,28 · 10 W/m gebracht werden kann.

Dadurch ergeben sich die folgenden Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit von der Wärmeübergangszahl , die unter anderem von der Verwendung und der Gestaltung oder Weglassung eines Wellbandes abhängt.

Ohne Verwendung eines Wellbandes und mit einer Wärmeübergangszahl von 3.500 W/m²K ergibt sich dabei eine Temperaturdifferenz von K und bei Verwendung eines Wellbandes mit einer Wärmeübergangszahl von 10.000 W/m K eine solche von 28° K.

Es ergibt sich daher, daß ohne Verwendung eines Wellbandes eine Taupunktunterschreitung an der Außenwand der Rohre 1 ausgeschlossen ist, jedoch bei einer Wassertemperatur über 2 0 ⁰C ein örtliches Sieden auftritt.

Bei Verwendung eines Wellbandes, das zu einer Erhöhung der Wärmeübergangszahl auf 10.000 W/m²K führt, tritt eine Taupunktunterschreitung bei einer Wassertemperatur von 22 ⁰C oder weniger auf, wobei ein örtliches Sieden erst bei einer Wassertemperatur über 72 ⁰C auftritt, die aber schon aus anderen Gründen nicht zugelassen wird und daher keine für den praktischen Betrieb relevante Größe darstellt.

Optimale Verhältnisse ergeben sich, wenn ein Wellband verwendet wird, das eine Wärmeübergangszahl von 7.500 W/m K bewirkt, wobei sich bei einem solchen Wellband auch der Vorteil eines geringeren Druckverlustes des Wassers beim Durchströmen der Lamellenrohre ergibt.

Bei solchen Voraussetzungen ergibt sich eine Temperaturdifferenz von 37° K zwischen dem Wasser und der Innenwand eines jeden Rohres. Damit kommt es zu einer Taupunktunterschreitung erst bei einer Wassertemperatur von 13 ⁰C und darunter. Ein örtliches Sieden kann dabei erst bei einer Wassertemperatur von 63 ⁰C und mehr auftreten, welche Temperatur im praktischen Betrieb aber kaum überschritten wird.

Die Wellbänder sind dünne Blechstreifen, deren Ausstellungen sehr unterschiedlich gestaltet sein können. Sie erzeugen Turbulenzen im Wasser, die die Wärmeübergangszahl erhöhen und die Bildung von größeren Dampfblasen an der Rohrinnenwand verhindern.

Örtliches Sieden kann oberhalb 100 ⁰C Wandtemperatur eintreten. Es ist jedoch bekannt, daß die Aktivierung von Dampfblasenkeimen stark mit der Heizflächenbelastung zunimmt. Auch aus diesem Grund führt die erfindungsgemäße Vergleichmäßigung der Belastung, insbesondere der Abbau von Belastungsspitzen, zu einer deutlichen Verminderung des örtlichen Siedens.

Bei der Ausführungsform nach der Figur 3 weisen die Schnitte 3' Abwinkelungen 5 und 6 auf, so daß sich eine im wesentlichen U-

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förmige Schnittführung ergibt. Dabei befinden sich die unteren Abwinkelungen 5 in unmittelbarer Nähe der unteren Kanten der Lamellen 2, wogegen sich die oberen Abwinkelungen zumindest in 2/3 der Höhe h_L der Lamellen befinden.

Die Hilfsschlitze 7, 1' leiten die aus dem weiter oben beschriebenen Steg austretende Wärme zum oberen Teil der Lamellenrohre.

Claims

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 894

Ansprüche

Lamellenblock für einen von heißen Gasen beaufschlagten Flüssigkeitserhitzer mit im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, vom zu erwärmenden Medium durchströmten Rohren, die die im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Lamellen des Lamellenblockes
durchsetzen und mit diesen über aus der Ebene der Lamellen ausgebogene und an der Außenseite der Rohre anliegende, gegebenenfalls durch axiale Schlitze unterteilte Kragen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohren (1) in den Lamellen (2) zwei
Schnitte (3, 3') angeordnet sind, die sich von der Unterkante oder der Nähe derselben einer jeden Lamelle
zumindest bis 2/3 der Höhe derselben erstrecken und

einen Abstand (a) voneinander aufweisen, der der Beziehung:

a = (0,20 bis 0,35) · b

entspricht, wobei b den Mittenabstand der benachbarten Rohre bedeutet.
2. Lamellenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte (3, 3') mit einem deren Ränder verbindenden schmalen Steg versehen sind, so daß die Schnitte (3, 3') Öffnungen bilden, wobei gegebenenfalls seitliche Hilfsschlitze (7, 7') vorgesehen sind.
3. Lamellenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnitte (3') einen abgewinkelten Verlauf aufweisen und im wesentlichen T-, L- und beziehungsweise oder U-förmig angeordnet sind.