DED0000421MA

DED0000421MA - Heat exchange device

Info

Publication number: DED0000421MA
Authority: DE
Inventors: Karl Heinrichsen; Rudolf Schork
Original assignee: Dessa Wärmegeräte GmbH, Stuttgart
Publication date: 1951-01-25

Description

Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen das eine Wärmeaustauschmittel in mindestens einem Rohrabschnitt geführt ist, der eine Anzahl im Abstand voneinander angeordnete Blechlamellen trägt, zwischen denen das andere Wärmeaustauschmittel hindurchströmt, sind bekannt und beispielsweise bei gasbeheizten Flüssigkeitsdurchlauferhitzern allgemein üblich. Es ist auch bekannt, bei Vorrichtungen dieser Art die Blechlamellen mit Ausprägungen zu versehen, bzw. zwischen die Lamellen wulstartige Hindernisse einzufügen, welche eine Erhöhung der spezifischen Leistung des Wärmeaustauschers bewirken sollen. Bei diesen bekannten Vorschlägen sind aber die Ausprägungen bzw. Wulste derart ausgebildet und angeordnet, dass die Strömungswege zwischen je zwei Lamellen an bestimmten Stellen verengt werden. Ein solcher bekannter Vorschlag sieht beispielsweise Einprägungen in den Lamellen vor, die so angeordnet sind, dass das die Lamellenzwischenfelder durchströmende Wärmeaustauschmittel gegen die diese Zwischenfelder durchsetzenden Rohrabschnitte hin, und zwar besonders gegen deren im Strömungsschatten liegende Flächen zu gedrängt wird, wodurch in der Nähe dieser Flächen ein Wärmestau entsteht, so dass sich der relative Wärmeaustausch in nachteiliger Weise verringert. Bei einer anderen bekannten Ausführung dieser Art wird angestrebt, das strömende Wärmeaustauschmittel gegen die Lamellenwände hin zu drängen, wobei es jedoch von den Rohrabschnitten, besonders von deren im Strömungsschatten liegenden Umfangsteil abgelenkt wird, sodass im Ergebnis derHeat exchange devices in which one heat exchange medium is guided in at least one pipe section which carries a number of spaced-apart sheet metal fins between which the other heat exchange medium flows are known and, for example, common practice in gas-heated liquid flow heaters. It is also known in devices of this type to provide the sheet-metal lamellae with embossments, or to insert bead-like obstacles between the lamellae, which are intended to increase the specific performance of the heat exchanger. In these known proposals, however, the embossments or bulges are designed and arranged in such a way that the flow paths between each two lamellae are narrowed at certain points. Such a known proposal provides, for example, impressions in the lamellae, which are arranged in such a way that the heat exchange medium flowing through the lamella intermediate fields is pushed against the pipe sections penetrating these intermediate fields, and in particular against their surfaces in the flow shadow, whereby in the vicinity of these surfaces a build-up of heat occurs, so that the relative heat exchange is disadvantageously reduced. In another known embodiment of this type, the aim is to urge the flowing heat exchange medium against the lamellar walls, but it is deflected by the pipe sections, especially by their peripheral part lying in the flow shadow, so that the result of the

Wärmeaustausch eher verschlechtert als verbessert wird. Aus diesen Gründen haben die bekannten Ausführungsbeispiele keine praktische Bedeutung erlangen können.Heat exchange deteriorates rather than improves. For these reasons, the known exemplary embodiments have not been able to acquire any practical significance.

Bisher sind beispielsweise für Flüssigkeitsdurchlauferhitzern ausschließlich solche Wärmetauscher praktisch verwirklicht worden, bei denen die Lamellen aus glatten Blechen ohne Ausprägungen o.dgl. bestehen.So far, for example, only those heat exchangers have been practically implemented for liquid flow heaters, in which the lamellae are made of smooth metal sheets or the like. exist.

Die Erfindung befasst sich mit der gleichen Aufgabe wie die eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtungen, unterscheidet sich jedoch dem Bekannten gegenüber dadurch, dass die Ausprägungen Durchbrüche mit in die Felder zwischen die Lamellen hineinragenden, gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels gerichteten Kanten aufweisen. Hierdurch wird erreicht, dass auch die innerhalb des Strömungsfeldes zwischen zwei Lamellen verlaufenden Strömungsfäden zu einer unerwartet raschen Wärmeabgabe an die Lamellen veranlasst werden. Dies ist vor allen Dingen darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Strömungsfäden, welche bei den bisher praktisch verwirklichten Wärmeaustauschern lediglich durch Strahlung Wärme an die Lamellen abführen konnten, nun auf die gemäss der Erfindung in das Strömungsfeld hineinragenden Kanten auftreffen und ausserdem mit den an diese Kanten anschliessenden Flächenteilen in Berührung kommen und dabei ihre Wärme durch Konvektion an die Lamellen abgeben können.The invention is concerned with the same object as the known devices described above, but differs from the known device in that the forms have openings with edges projecting into the fields between the lamellas and directed against the flow direction of the heat exchange medium. What is achieved hereby is that the flow threads running between two lamellae within the flow field are also induced to give off heat to the lamellae in an unexpectedly rapid manner. This is primarily due to the fact that some of the flow threads, which in the previously practically realized heat exchangers could only dissipate heat to the lamellas by radiation, now hit the edges protruding into the flow field according to the invention and also with the edges on these edges subsequent parts of the surface come into contact and can give off their heat by convection to the lamellas.

Es hat sich ergeben, dass bei Flüssigkeitsdurchlauferhitzern für den erforderlichen Wärmeaustausch zwischen den Heizgasen und der Flüssigkeit wesentlich weniger Lamellen der erfindungsgemässen Art benötigt werden als bei den bisher praktisch verwirklichten Wärmeaustauschern der genannten Art, dass also der Wirkungsgrad des Wärmeüberganges durch Anwendung der Lamellenausbildung entsprechend der Erfindung wesentlich erhöht werden kann.It has been found that with liquid flow heaters for the required heat exchange between the heating gases and the liquid, significantly fewer fins of the type according to the invention are required than with the previously practically implemented heat exchangers of the type mentioned, so that the efficiency of the heat transfer by using the lamella design according to the invention can be increased significantly.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen enthalten.Further features of the invention are contained in the following description and the claims.

Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Es zeigen in verschiedenen Maßstäben dargestellt:The drawing illustrates three exemplary embodiments of the subject matter of the invention. It show shown in different scales:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Wärmeaustauschvorrichtung für Flüssigkeitsdurchlauferhitzer nach Linie I-I in Fig. 2,Fig. 1 is a longitudinal section through a schematically shown heat exchange device for liquid flow heaters along line I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A gesehen,Fig. 2 is a plan view of Fig. 1 seen in the direction of arrow A,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den eigentlichen Wärmeaustauscher nach Linie III-III in Fig. 2,3 shows a longitudinal section through the actual heat exchanger according to line III-III in FIG. 2,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Abschnittes einer einzelnen Lamelle,4 shows the side view of a section of a single lamella,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V undFig. 5 shows a section along line V-V and

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 4, währendFig. 6 is a section along line VI-VI in Fig. 4, while

Fig. 7 den Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels zwischen den Lamellen veranschaulicht.Fig. 7 illustrates the flow path of the heat exchange medium between the fins.

Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel an einem Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscher nach Linie VIII-VIII der Fig. 9.FIG. 8 shows a second exemplary embodiment in a partial longitudinal section through the heat exchanger along line VIII-VIII in FIG. 9.

Fig. 9 einen Querschnitt nach Linie IX-IX der Fig. 8 und9 shows a cross section along the line IX-IX of FIGS. 8 and

Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel an einer schaubildlichen Darstellung eines Ausschnittes aus einer Lamelle mit ihrer der Strömungsrichtung des Austauschmittels entgegengerichteten unteren Kante.10 shows a third exemplary embodiment in a diagrammatic representation of a section from a lamella with its lower edge facing the direction of flow of the exchange medium.

Die dargestellte Vorrichtung enthält drei parallel zueinander in einer Ebene angeordnete Rohrabschnitte 1, 2 und 3, auf denen eine Anzahl im Abstand voneinander angeordnete Blechlamellen 4 sitzen. Die Rohrabschnitte mit den Lamellen 4 sind in einen Blechrahmen 5 eingesetzt, wobei die Rohrenden durch den Rahmen 5 hindurchragen und in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise durchThe device shown contains three pipe sections 1, 2 and 3 which are arranged parallel to one another in one plane and on which a number of sheet metal lamellas 4 are seated, which are arranged at a distance from one another. The pipe sections with the lamellas 4 are inserted into a sheet metal frame 5, the pipe ends protruding through the frame 5 and in the manner shown in FIG. 2

Rohrbögen 6 und 7 zu einer Rohrschlange miteinander verbunden sind. An das freie Ende des Rohres 1 ist eine Kaltwasserzuflußleitung 8 und an das freie Ende des Rohres 3 eine Warmwasserabflußleitung 9 angeschlossen. Der Rahmen 5 ist auf ein oben und unten offenes Gehäuse 10 aufgesetzt. Der Innenraum dieses Gehäuses dient als Auftriebskammer für die Heizgase eines unterhalb des Gehäuses angeordneten Gasbrenners 11.Pipe bends 6 and 7 are connected to one another to form a pipe coil. A cold water inflow line 8 is connected to the free end of the pipe 1 and a warm water outflow pipe 9 is connected to the free end of the pipe 3. The frame 5 is placed on a housing 10 that is open at the top and bottom. The interior of this housing serves as a buoyancy chamber for the heating gases of a gas burner 11 arranged below the housing.

Jede Lamelle 4 ist mit drei herausgedrückten kragenförmigen Rohransätzen 12 versehen, welche die Rohre fest umschliessen. Diese Rohransätze 12 könnten auch so lang ausgebildet sein, dass sie gleichzeitig als Abstandshalter zwischen den auf die Rohrabschnitte 1 bis 3 aufgeschobenen Lamellen dienen.Each lamella 4 is provided with three pressed-out collar-shaped tube attachments 12 which firmly enclose the tubes. These pipe attachments 12 could also be made so long that they simultaneously serve as spacers between the lamellas pushed onto the pipe sections 1 to 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 haben die Lamellen zwischen ihren Rohransätzen und in der gleichen Ebene mit diesen jeweils mindestens einen Einschnitt 13. Der über den Einschnitten liegende Abschnitt 14 der Lamelle ist taschenförmig aus der Fläche der Lamelle herausgedrückt, so dass eine Durchtrittsöffnung 15 von der einen auf die andere Seite der Lamelle gebildet wird. Der Abschnitt 14 hat dabei einen möglichst flachen Neigungswinkel zur Lamellenebene. Die untere Kante 16 der herausgedrückten Abschnitte 14 ist gegen die Strömungsrichtung des zwischen den Lamellen hindurchströmenden Wärmeaustauschmittels gerichtet und reicht mindestens annähernd bis zur Feldmitte zwischen zwei nebeneinanderliegenden Lamellen. In jede Lamelle ist oberhalb der Rohransätze 12 und der Herausdrückungen 14 über die ganze Lamellenlänge eine wulstartige Rippe 17 eingeprägt. Die Rippen 17 benachbarten Lamellen sind in der Höhe gegeneinander versetzt.In the embodiment according to FIGS. 1 to 7, the lamellas have at least one incision 13 between their pipe attachments and in the same plane with them Passage opening 15 is formed from one side to the other of the lamella. The section 14 has an angle of inclination that is as flat as possible to the plane of the lamellae. The lower edge 16 of the pushed-out sections 14 is directed against the flow direction of the heat exchange medium flowing through between the lamellae and extends at least approximately to the center of the field between two adjacent lamellae. A bead-like rib 17 is embossed into each lamella above the pipe sockets 12 and the protrusions 14 over the entire length of the lamella. The ribs 17 of adjacent slats are offset from one another in height.

Wie die in Fig. 7 eingezeichneten Stromfäden veranschaulichen, wird jedes Strömungsfeld durch die Herausdrückungen so aufgeteilt, dass hinter den Herausdrückungen auch das Mittelgebiet jedes Strömungsfeldes in unmittelbare Berührung mit den Lamellenwänden gebracht wird. Die flache Neigung der Wandabschnitte 14 zur der Fläche der Lamellen 4 bewirkt, dass das Strömungsmittel nicht gestaut wird. Durch die Anordnung der Durchbrüche 15 zwischen den Rohransätzen wird erreicht, dass die Strömungsfäden des in der Mitte liegenden heissesten Gebietes jedes zwischen zwei Lamellen liegenden Strömungsfeldes teilweise gegen die vorspringende Kanten 16 der Herausdrückungen treffen und hierauf in unmittelbare Berührung mit den Wandflächen der Herausdrückungen und der Lamellenwände selbst kommen, wobei sie ihre Wärme nicht nur durch Strahlung, sondern vor allen Dingen durch Konvektion an die Lamellen abführen können.As the flow filaments shown in FIG. 7 illustrate, each flow field is divided up by the pressures in such a way that, behind the pressures, the central area of each flow field is also brought into direct contact with the lamellar walls. The shallow slope of the wall sections 14 to the surface of the lamellae 4 has the effect that the fluid is not backed up. The arrangement of the openings 15 between the pipe sockets ensures that the flow threads of the hottest area in the middle of each flow field between two lamellas partially hit the protruding edges 16 of the protrusions and then come into direct contact with the wall surfaces of the protrusions and the lamellar walls come themselves, whereby they can dissipate their heat not only through radiation, but above all through convection to the lamellas.

Durch die Querrippen 17 wird bezweckt, dass das Wärmeaustauschmittel, nachdem der Hauptwärmeaustausch bereits erfolgt ist, auf der ganzen Länge des Strömungsfeldes gegen eine Stirnfläche trifft und eine Drosselstelle passieren muss. Das hat zur Folge, dass auch im letzten Abschnitt des Austauschfeldes ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.The purpose of the transverse ribs 17 is that the heat exchange medium, after the main heat exchange has already taken place, hits an end face over the entire length of the flow field and has to pass a throttle point. As a result, an intensive heat exchange also takes place in the last section of the exchange field.

Nach den Fig. 8 und 9 sind die Lamellen 4 mit einer Anzahl abwechselnd nach verschiedenen Seiten herausgedrückten Streifen 18 versehen, welche die Gestalt eines U-förmigen Bügels haben. Die Flächen dieser Herausdrückungen 18 liegen parallel zu der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels. Die Streifen 18, deren untere Kante 19 gegen die Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels gerichtet ist, umschliessen einen Kanal 20, der von dem Wärmeaustauschmittel durchströmt wird. Die Stromfäden des mittleren Gebietes jedes Strömungsfeldes treffen teilweise auf die Kanten 19 auf und strömen dann in Berührung mit den Wandflächen der Streifen 18 weiter. Hierbei können auch die in der Mitte jedes Strömungsfeldes liegenden Strömungsfäden, welche bei Wassererhitzern die höchste Temperatur im Strömungsfeld besitzen und bei glatter Ausbildung der Lamellen nur durch Strahlung Wärme an die Lamellen abführen können, in vorteilhafter Weise ihre Temperatur durch Konvektion abgeben, wodurch eine wesentliche Steigerung der spezifischen Leistung des Wärmeaustausches erzielt wird.According to FIGS. 8 and 9, the slats 4 are provided with a number of strips 18 which are pressed out alternately to different sides and which have the shape of a U-shaped bracket. The surfaces of these protrusions 18 are parallel to the direction of flow of the heat exchange medium. The strips 18, the lower edge 19 of which is directed against the direction of flow of the heat exchange medium, enclose a channel 20 through which the heat exchange medium flows. The flow filaments of the central area of each flow field partially impinge on the edges 19 and then flow on in contact with the wall surfaces of the strips 18. Here, the flow threads in the middle of each flow field, which have the highest temperature in the flow field in water heaters and can only dissipate heat to the lamellae through radiation if the lamellae are smooth, can advantageously give off their temperature by convection, which results in a substantial increase the specific performance of the heat exchange is achieved.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Lamellen könnten in ihrer oberen, über den Wasser führenden Rohren 1, 2, 3 liegenden Abschnitten natürlich auch noch mit Querrippen 17 gemäss den Fig. 1 bis 6 versehen sein.The lamellas shown in FIGS. 8 and 9 could of course also be provided with transverse ribs 17 according to FIGS. 1 to 6 in their upper sections lying above the water pipes 1, 2, 3.

Die der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels zugekehrte untere Längskante der Lamellen 4 könnte ferner, wie Fig. 10 zeigt, eine durch Herausdrückungen hergestellte Faltung 21 bzw. Wellung aufweisen. Hierdurch wird die untere Längskante der Lamellen ohne Mehraufwand an Material verlängert und die anschliessende Fläche vergrössert, so dass schon an der ersten Berührungsstelle zwischen dem Wärmeaustauschmittel und den Lamellen eine weitgehende Wärmeübertragung stattfinden kann.The lower longitudinal edge of the lamellae 4 facing the direction of flow of the heat exchange medium could furthermore, as FIG. 10 shows, have a fold 21 or corrugation produced by pressing out. As a result, the lower longitudinal edge of the lamellae is lengthened without additional expenditure of material and the adjoining area is enlarged so that extensive heat transfer can take place at the first point of contact between the heat exchange medium and the lamellae.

Claims

1. Heat exchange device, in particular for gas-heated instantaneous water heaters, in which one heat exchange medium is guided in at least one pipe section which carries a number of spaced sheet metal lamellas, between which the other heat exchange medium flows and wherein the sheet metal lamellae have characteristics which aim to increase heat exchange , characterized in that the expressions are designed as openings with edges projecting into the fields between the lamellas and directed against the direction of flow of the heat exchange medium.

2. Heat exchange device according to claim 1, characterized in that the lamellar openings consist of pressed out arcuate strips (18) (Figs. 8 and 9).

3. Heat exchange device according to claim 2, characterized in that the surfaces of the pressed-out strips (18) are parallel to the flow direction of the heat exchange medium.

4. Heat exchange device according to claim 2, characterized in that the surfaces of the pressed-out strips are inclined to the flow direction of the heat exchange medium.

5. Heat exchange device according to claim 1, characterized in that the openings protruding into the fields between two lamellas (4) are designed such that part of the heat exchange medium flowing in one field is deflected into the neighboring field. (Figures 3-7).

6. Heat exchange device according to claim 5, characterized in that the lamellae (4) have incisions (13), one of which an incision edge (16) is pushed out of the plane of the lamellae.

7. Heat exchange device according to claim 5 and 6, characterized in that the press-outs (14) are pocket-shaped and the outer surface of the pockets have an angle of inclination that is as flat as possible to the plane of the lamellae.

8. Heat exchange device according to any one of claims 1 to 4 or 5 to 7, characterized in that the protruding edge (16) of the press-outs extends at least approximately to the center of the field between two opposing lamellas (4).

9. Heat exchange device according to any one of the preceding claims with at least two pipe sections penetrating each sheet metal lamella, characterized in that the press-outs (14 or 18) are each provided in those lamella sections which are located between two tube sections (1, 2 and 3) extend.

10. Heat exchange device according to any one of the preceding claims, characterized in that that longitudinal side of the lamella which is directed in the opposite direction to the flow direction of the heat exchange medium has a corrugated edge (21) which is elongated by push-outs (Fig. 10).

11. Heat exchange device according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the lamellas (4) above their pressures and the pipe sections (1-3) penetrating them has at least one bead-like elevation (17) over its entire length, which extends transversely to the direction of flow .

12. Heat exchange device according to claim 11, characterized in that the bead-like elevation (17) is embossed.

13. Heat exchange devices according to claim 11 or 12, characterized in that the bead-like elevation (17) of each lamella is arranged offset in height to that of the respectively adjacent lamellae.