EP0532051B1 - Lamellenwärmetauscher - Google Patents

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EP0532051B1
EP0532051B1 EP92115721A EP92115721A EP0532051B1 EP 0532051 B1 EP0532051 B1 EP 0532051B1 EP 92115721 A EP92115721 A EP 92115721A EP 92115721 A EP92115721 A EP 92115721A EP 0532051 B1 EP0532051 B1 EP 0532051B1
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heat exchanger
tubes
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fins
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Peter Goebel
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N.V. VAILLANT S.A.
Vaillant Austria GmbH
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
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Vaillant Austria GmbH
Nv Vaillant Sa
Joh Vaillant GmbH and Co
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
Vaillant BV
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media

Definitions

  • the invention relates to a finned heat exchanger according to the preamble of the independent claim.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a finned heat exchanger of the type mentioned at the beginning in which the formation of dead spaces is avoided.
  • the features of claim 2 lead to a particularly intensive swirling of the flue gases flowing through the channels between the fins and thus to an improved detachment of condensate drops adhering to the fins.
  • the measures according to claim 3 result in turbulence and also targeted guidance of the flue gas stream and the condensate that forms. This ensures that temperature-related condensate is pressed out of the flue gas paths of the heat exchanger.
  • a finned heat exchanger in which the tubes with circumferential bores of the fins provided with a substantially U-shaped cross section, can be achieved according to claim 4 that dead spaces in which it corrosion of the slats can easily be avoided.
  • the depressions according to claim 5 allow easy pouring of the caverns with resin.
  • the plate pack can be pressed together in such a way that the plate resiliently abuts the adjacent plates or their collars.
  • fins 3 are held, which are penetrated by tubes 4 arranged in two rows running one below the other.
  • the heat exchanger formed by the tubes 4 and the fins 3 is acted upon by the flames 11 of a gas-blown tumble burner 10.
  • incisions 7 which are arranged centrally between the tubes 4 forming the upper row also facing the lintel burner. The incisions bring about an equalization of the temperature distribution in the individual fins 3.
  • impressions 8 are arranged, the depth of these impressions 8 increasing towards the edge of the fins 3 and being open at the edge, as can be seen from FIG remaining outlet cross section is in the shadow of the pipes of the upper row of pipes.
  • the tubes 4 are held in bores of the lamellae 3 which have a substantially U-shaped collar 6 in cross section, these simultaneously serving as spacers for determining the distance between the individual lamellae 3.
  • 4 displacers 5 are arranged inside the lower tubes.
  • the collars 6 are flared by a small angular amount, for example approximately 3 °. H. they deviate from a parallel position in relation to the plane of the lamella 3. This results in a certain spring action and the entire package of lamellae 3 can be pressed together, as a result of which the collars 6 of lamellae 3 lie essentially close to the respectively adjacent lamellae 3.
  • the tubes 4, which are arranged in the two rows, are offset from one another, so that the cuts 7 aligned with the tubes of the lower row of tubes and the impressions 8 are also offset from one another.
  • the smoke gases 12 are deflected by the impressions 8, so that they flow around the pipes 4 in a large angular range and therefore their heat to a large extent to the pipes 4 or the heating or flowing in them Dispense hot water.
  • FIG. 4 shows the design of the edge region 9 of the heat exchanger or its fins 3.
  • the edges 9 of the fins 3 are angled, the edges 9 of the fins 3 resting against one another and resulting in cavities 13 through which flue gases can flow.
  • the lamella heat exchanger according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 1 in that, instead of the impressions 8, 3 cuts 7, 7 'are arranged on both edges of the fins, which run essentially transversely to the flow direction of the flue gases 12. Bends 20 are arranged at the lower edge of the slats 3, which surround the incisions 7 'and divide the flue gas flow in the same way as the impressions 8 according to FIG. 1.
  • the smoke gases 12 are deflected by the embossments 8, so that they flow around the pipes 4 in a large angular range and therefore their heat to a large extent to the pipes or to the heating or guided therein Dispense hot water. If the condensate accumulates due to the temperature, the flue gas flow and the condensate are led out of the heat exchanger separately depending on the degree of wetting of the heat exchanger. The condensate will escape through the open area under the pipes and the flue gas through the triangular open areas 7 in the impressions 8 or in the area between the adjacent pipes of the lower row of pipes. This prevents the resulting condensate from clogging the heat exchanger, the pressure loss across the heat exchanger increasing on the flue gas side and the area blocked by condensate leading to severe heat transfer losses.
  • FIGS. 6 and 7 show details of the lamellae 3.
  • the lamellae 3 are provided in the vicinity of the collars 6 with depressions 15 which run essentially radially to the bores for receiving the tubes and extend into the area of the caverns caused by the collars 6 14, which are delimited by the corresponding tube 4, the collar 6 of the one lamella 3 and the second lamella 3 resting on this collar 6.
  • These caverns 14 are filled with a resin or lacquer which can be introduced into the caverns 14 via the depressions 15.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Bei solchen bekannten Lamellenwärmetauschern sind zumeist rechteckige Lamellen vorgesehen, die mit Ausnahme der die Rohre unmittelbar umgebenden Bereiche, die gemäß der US-PS 42 79 298 einen im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Flansch und kleine stromauf des Flansches angeordnete Einprägungen aufweisen, eben ausgebildet sind. Dadurch ergeben sich zwischen den Lamellen Kanäle mit einer durchgehend gleichbleibenden lichten Weite. Bei dieser Gestaltung der Lamellen bei einem einreihigen oder mehrreihigen Wärmetauscher kann es bei temperaturbedingtem Anfall von Kondensat zu einem örtlichen Verschließen des Kanales zwischen zwei Lamellen und damit zur Ausbildung von toten Strömungswegen kommen. 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 durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.
  • 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 beziehungsweise durch die mit Abwinkelungen versehenen Einschnitte der Lamellen, die zu einer Verwirbelung des Rauchgasstromes in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen führen.
  • Die Merkmale des Anspruchs 2 führen zu einer besonders intensiven Verwirbelung der die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgase und damit zu einer verbesserten Ablösung allenfalls an den Lamellen anhaftender Kondensattropfen.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 ergibt sich eine Verwirbelung sowie auch eine gezielte Führung des Rauchgasstroms und des sich bildenden Kondensates. Damit wird erreicht, daß temperaturbedingtes Kondensat aus den Rauchgaswegen des Wärmetauschers herausgepreßt wird.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Lamellenwärmetauscher, bei dem die Rohre mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Krägen versehene Bohrungen der Lamellen durchsetzen, kann nach Anspruch 4 erreicht werden, daß Toträume, in denen es leicht zur Korrosion der Lamellen kommen kann, vermieden werden.
  • Die Vertiefungen gemäß Anspruch 5 ermöglichen ein einfaches Ausgießen der Kavernen mit Harz.
  • Durch die Merkmale des Anspruchs 6 kann das Lamellenpaket derart zusammengepreßt werden, daß die Lamellen federnd an den benachbarten Lamellen beziehungsweise deren Krägen 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 wassergekühlte 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 Krägen 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 Krägen 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 Krägen 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, 7' angeordnet sind. Am unteren Rand der Lamellen 3 sind Abwinkelungen 20 angeordnet, die die Einschnitte 7' umgeben und den Rauchgasstrom ebenso aufteilen, wie die Einprägungen 8 nach der Figur 1.
  • Wie auch aus der Figur 5 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 Heiz- oder Brauchwasser abgeben. Bei temperaturbedingt anfallendem Kondensat werden der Rauchgasstrom und das Kondensat je nach Benetzungsgrad des Wärmetauschers getrennt aus dem Wärmetauscher herausgeführt. Das 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.
  • Figuren 6 und 7 zeigen Details der Lamellen 3. So sind die Lamellen 3 im Nahbereich der Krägen 6 mit Vertiefungen 15 versehen, die im wesentlichen radial zu den Bohrungen zur Aufnahme der Rohre verlaufen und sich bis in den Bereich der durch die Krägen 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 sind. Diese Kavernen 14 sind mit einem Harz oder Lack ausgegossen, das über die Vertiefungen 15 in die Kavernen 14 eingebracht werden kann.

Claims (6)

  1. Lamellenwärmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren, die die parallel zueinander angeordneten Lamellen durchsetzen, die einem von einem Brenner stammenden Rauchgasstrom ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der stromab des Rauchgasstromes gelegene Rand der Lamellen (3) entweder im wesentlichen einem Teil eines Kegelmantels entsprechende Einprägungen (8) mit im wesentlichen kreisbogenförmigem Querschnitt oder im wesentlichen dreieckige Einschnitte (7') mit diese umgebenden Abwinkelungen (20) aufweist, wobei die Einprägungen (8) beziehungsweise Einschnitte (7') zwischen den Rohren (4) der diesem stromabseitigen 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 stromabseitigen Rand der Lamellen (3) zu vergrößert.
  3. Lamellenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Einprägungen (8) dem halben Abstand der Lamellen (3) untereinander entspricht.
  4. Lamellenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Rohre (4) mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Krägen (6) versehene Bohrungen der Lamellen (3) durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen den Rohren (4) und den Krägen (6) beziehungsweise zwischen den Krägen (6) und den an diesen anliegenden Lamellen (3) ergebenden Kavernen (14) mit einem Harz oder Lack ausgegossen sind.
  5. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) mit Vertiefungen (15) versehen sind, die bis zu den Kavernen (14) reichen.
  6. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Krägen (6) um einen kleinen Winkel, zum Beispiel um ca. 3°, gegenüber den Lamellenebenen ausgestellt sind.
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EP0532051A1 (de) 1993-03-17
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