DE9212347U1

DE9212347U1 - Lamellenwärmetauscher

Info

Publication number: DE9212347U1
Application number: DE9212347U
Authority: DE
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2002-09-15
Also published as: ATA182891A; EP0532051B1; DE59207235D1; AT396981B; ATE143478T1; EP0532051A1

Claims

1 O. Sep. 1992

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1105

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren, die die parallel zueinander angeordneten Lamellen durchsetzen, die einen von einem Brenner stammenden Rauchgasstrom ausgesetzt sind.

Bei solchen bekannten Lamellenwärmetauschern sind zumeist rechteckige Lamellen vorgesehen, die mit Ausnahme der die Rohre unmittelbar umgebenden Bereichen, die mit einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Flansch und eines allenfalls abgewinkelten Randbereiches versehen sind, eben ausgebildet sind. Dadurch ergeben sich zwischen den Lamellen Kanäle, die eine durchgehend gleichbleibende lichte Weite aufweisen.

Bei dieser Gestaltung der Lamellen bei einem einreihigen oder mehrreihigen Wärmetauscher kommt es bei temperaturbedingtem Anfall von Kondensat zu einem örtlichen Verschließen des Kanales zwischen zwei Lamellen und damit zur Ausbildung von toten Strömungswegen. Dies führt aber zu einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades .

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Lamellenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem die Ausbildung von Toträumen vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Bereich des stromab des Rauchgasstromes gelegenen Randes der Lamellen zu diesem hin offene Einprägungen oder im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Abwinkelungen abschnittweise vorgesehen sind, die zwischen den in der diesem Rand der Lamellen nächsten Reihe von Rohren angeordnet sind.

Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß temperaturbedingtes Kondensat von den die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgasen mitgerissen wird und so die vorhandene Wärmetauscherfläche effektiver genutzt wird, wodurch sich ein deutlich höherer Kondensationswirkungsgrad ergibt. Bedingt ist dies durch die Einprägungen der Lamellen beziehungsweise durch die abschnittweise angeordneten Abwinkelungen, die zu einer Verwirbelung des Rauchgasstromes in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen führen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich die Tiefe der Einprägungen gegen den stromab des Rauchgasstromes gelegenen Rand der Lamellen zu vergrößert und der Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre selbst liegt.

Dies führt zu einer entsprechenden Verwirbelung der die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgase und damit zu einer verbesserten Ablösung allenfalls an den Lamellen anhaftender Kondensattropfen .

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einen im wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.

Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Lamellen, wobei eine übermäßige Beanspruchung des Materials bei der Verformung vermieden wird.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einem Teil eines Kegelmantels entsprechen und einander geringfügig überlappen.

Auch diese Maßnahmen führen zu einer verstärkten Verwirbelung der Rauchgase bei der Durchströmung der zwischen den Lamellen verlaufenden Kanäle.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einem Teil eines Kegelmantels entsprechen, der in seiner Höhe auf den halben Abstand ausgelegt ist und daß eine dreieckige Fläche aus der Lamelle herausgestanzt wird. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine Verwirbelung sowie auch eine gezielte Führung des Rauchgasstroms. Diese Maßnahmen führen auch das sich bildende Kondensat zu den unterschiedlichen Austrittsquerschnitten im Wärmetauscher. Damit wird erreicht, daß temperaturbedingtes Kondensat aus den Rauchgaswegen des Wärmetauschers herausgepreßt wird. Durch den dreieckigen Freischnitt in der Prägung wird verhindert, daß der Druck in den Rauchgaszügen durch die Kondensatbildung ansteigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Abwinkelungen am unteren Rand der Lamellen angeordnete im wesentlichen dreieckige Einschnitte umgrenzen.

Dadurch wird einerseits erreicht, daß die Rauchgase auch die vom Brenner abgekehrten Rohre über einen großen Winkelbereich umspülen. Außerdem ist dadurch auch sichergestellt, daß temperaturbedingtes Kondensat von den die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgasen mitgerissen wird und so die vorhandene Wärmetauscherfläche effektiver genutzt wird.

Bei einem erfindungsgemäßen Lamellenwärmetauscher, bei dem die Rohre mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Kragen versehene Bohrungen durchsetzen, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die sich zwischen den Rohren und den Kragen beziehungsweise den an diesen anliegenden Lamellen ergebenden Kavernen mit einem Harz ausgegossen sind.

Durch diese Maßnahmen werden Toträume, in denen es leicht zur Korrosion der Lamellen kommen kann, vermieden.

Dabei kann weiter vorgesehen sein, daß die Lamellen mit Vertiefungen versehen sind, die bis zu den Kavernen reichen.

Diese Vertiefungen ermöglichen ein einfaches Ausgießen der Kavernen mit Harz.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im Querschnitt U-förmigen Kragen um einen kleinen Winkel, zum Beispiel ca. 3° ausgestellt sind.

Dadurch kann das Lamellenpaket zusammengepreßt werden, wobei die Lamellen federnd an den benachbarten Lamellen beziehungsweise deren Kragen anliegen.

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

Figur 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher, Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Figur 1, Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie I-I in der Figur 1, Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Figur 1,

Figur 5 schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,

Figur 6 ein Detail des Schnittes nach der Linie IV-IV in der Figur 5 und

Figur 7 ein Detail der Lamellen nach der Figur 6.

In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

In einem Halterahmen 1, der mittels einer Halterung 2 in einem nicht weiter dargestellten Gehäuseraum befestigt ist und eine was-

sergekühlte Brennkammer 19 bildet, sind Lamellen 3 gehalten, die von in zwei untereinander verlaufenden Reihen angeordneten Rohren 4 durchsetzt sind.

Der durch die Rohre 4 und die Lamellen 3 gebildete Wärmetauscher wird von den Flammen 11 eines Gasgebläse-Sturzbrenners 10 beaufschlagt.

Im Bereich des oberen und dem Brenner zugewandten Randes der Lamellen 3 sind diese mit Einschnitten 7 versehen, die mittig zwischen den die obere gleichfalls dem Sturzbrenner zugewandte Reihe bildende Rohre 4 angeordnet sind. Die Einschnitte bewirken eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in den einzelnen Lamellen 3.

Im Bereich des stromab des beim dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nach unten strömenden Rauchgasstromes liegenden Randes sind Einprägungen 8 angeordnet, wobei, wie aus der Figur 3 zu ersehen ist, die Tiefe dieser Einprägungen 8 gegen den Rand der Lamellen 3 zunimmt und randoffen ausgebildet ist und der verbleibende Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre der oberen Rohrreihe liegt.

Wie aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, sind die Rohre 4 in im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Kragen 6 aufweisenden Bohrungen der Lamellen 3 gehalten, wobei diese gleichzeitig als Abstandhalter zur Festlegung des Abstandes zwischen den einzelnen Lamellen 3 dienen. Dabei sind im Inneren der unteren Rohre 4 Verdränger 5 angeordnet.

Die Kragen 6 sind um einen kleinen Winkelbetrag, zum Beispiel um ca. 3° ausgestellt, d. h. sie weichen von einer parallelen Lage gegenüber der Ebene der Lamelle 3 ab. Dadurch ergibt sich eine gewisse Federwirkung und es kann das gesamte Paket der Lamellen 3 zusammengepreßt werden, wodurch die Kragen 6 der Lamellen 3 im wesentlichen dicht an der jeweils benachbarten Lamelle 3 anliegen.

Die Rohre 4, die in den beiden Reihen angeordnet sind, sind gegeneinander versetzt, so daß auch die mit den Rohren der unteren Rohrreihe fluchtenden Einschnitte 7 und die Einprägungen 8 gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, werden durch die Einprägungen 8 die Rauchgase 12 abgelenkt, so daß diese die Rohre 4 in einem großen Winkelbereich umströmen und daher ihre Wärme in einem hohen Ausmaß an die Rohre 4 beziehungsweise das in diesen strömende Heiz- oder Brauchwasser abgeben.

Die Figur 4 zeigt die Ausbildung des Randbereiches 9 des Wärmetauschers beziehungsweise dessen Lamellen 3. Dabei sind die Ränder 9 der Lamellen 3 abgewinkelt, wobei die Ränder 9 der Lamellen 3 aneinander aufliegen und sich Hohlräume 13 ergeben, die von Rauchgasen durchströmbar sind.

Der Lamellenwärmetauscher nach der Figur 5 unterscheidet sich von jenem nach der Figur 1 dadurch, daß statt der Einprägungen 8 an beiden im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase 12 verlaufenden Rändern der Lamellen 3 Einschnitte 7, T angeordnet sind. Am unteren Rand der Lamellen 3 sind Abwinkelungen 20 ange-

ordnet, die die Einschnitte 7' umgeben und den Rauchgasstrom ebenso aufteilen, wie die Einprägungen 8 nach der Figur 1.

Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, werden durch die Einprägungen 8 die Rauchgase 12 abgelenkt, so daß diese die Rohre 4 in einem großen Winkelbereich umströmen und daher ihre Wärme in einem hohen Ausmaß an die Rohre beziehungsweise das in diesen geführte Heizoder Brauchwasser abgeben. Bei temperaturbedingt anfallendem Kondensat wird der Rauchgasstrom und das Kondensat je nach Benetzungsgrad des Wärmetauschers getrennt aus dem Wärmetauscher herausgeführt. Kondensat wird über die Freifläche unter den Rohren und das Rauchgas über die dreieckigen Freiflächen 7 in den Einprägungen 8 beziehungsweise in der Fläche zwischen den benachbarten Rohren der unteren Rohrreihe austreten. Somit wird verhindert, daß das anfallende Kondensat den Wärmetauscher zusetzt, der Druckverlust über den Wärmetauscher rauchgasseitig ansteigt und die durch Kondensat blockierte Fläche zu starken Wärmeübergangsverlusten führt.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Details der Lamellen 3. So sind die Lamellen 3 im Nahbereich der Kragen 6 mit Vertiefungen 15 versehen, die im wesentlichen radial zu den Bohrungen zur Aufnahme der Rohre 4 verlaufen und sich bis in den Bereich der durch die Kragen 6 bedingten Kavernen 14 erstrecken, die von dem entsprechenden Rohr 4, dem Kragen 6 der einen Lamelle 3 und der an diesem Kragen 6 anliegenden zweiten Lamelle 3 begrenzt ist. Diese Kavernen 14 sind mit einem Harz oder Lack ausgegossen, das über die Vertiefungen 15 in die Kavernen 14 eingebracht werden kann.

\ O. Sep. 1992

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1105

ANSPRUCHE

1. Lamellenwarmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren, die die parallel zueinander angeordneten Lamellen durchsetzen, die einen von einem Brenner stammenden Rauchgasstrom ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des stromab des Rauchgasstromes gelegenen Randes der Lamellen (3) zu diesem hin offene Einprägungen (8) oder Abwinkelungen (20) vorgesehen sind, die zwischen den in der diesem Rand der Lamellen (3) nächsten Reihe von Rohren (4) angeordnet sind.

2. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tiefe der Einprägungen (8) gegen den stromab der Rauchgase gelegenen Rand der Lamellen (3) zu vergrößert und der Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre (4) selbst liegt.

3. Lamellenwarmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einen im wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einem Teil eines Kegelmantels entsprechen und einander geringfügig überlappen.

5. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einen Teil eines Kegelmantels entsprechen und die Höhe der Prägung den halben Abstand der Lamellen untereinander entspricht und ein dreieckiger Freischnitt (7') in dieser Prägung vorgesehen ist.

6. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelungen (20) am unteren Rand der Lamellen (3) angeordnete im wesentlichen dreieckige Einschnitte (V) umgrenzen.

7. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Rohre mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Kragen versehene Bohrungen durchsetzen, dadurch gekenn zeichnet, daß die sich zwischen den Rohren (4) und den Kragen (6) beziehungsweise den an diesen

anliegenden Lamellen (3) ergebenden Kavernen (14) mit einem Harz oder Lack ausgegossen sind.

8. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) mit Vertiefungen (15) versehen sind, die bis zu den Kavernen (14) reichen.

9. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt U-förmigen Kragen (6) um einen kleinen Winkel, zum Beispiel ca. 3° ausgestellt sind.