EP1873465A1 - Heat exchange with ring-shaped flow channels - Google Patents
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- EP1873465A1 EP1873465A1 EP07010874A EP07010874A EP1873465A1 EP 1873465 A1 EP1873465 A1 EP 1873465A1 EP 07010874 A EP07010874 A EP 07010874A EP 07010874 A EP07010874 A EP 07010874A EP 1873465 A1 EP1873465 A1 EP 1873465A1
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- heat exchanger
- annular body
- heat transfer
- shells
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
- F24H1/403—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes the water tubes being arranged in one or more circles around the burner
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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
- F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction
Definitions
- the present invention relates to a heat exchanger, in particular for use in a direct firing or exhaust heat recovery in a heating system, which has at least one flow channel for flow through a gaseous and / or liquid heat transfer medium, and a heat transfer from or to the gaseous and / or liquid Heat transfer medium takes place.
- Such heat exchangers are also referred to as heat exchanger plates and are suitable for the transmission of radiation and / or convection heat.
- the heat exchanger plates can be used in directly fired operation or in exhaust gas heat recovery for heating air or liquids and in the exhaust heat recovery as a downstream heating surface of gas and oil boilers.
- Tube heat exchangers in which a heat transfer fluid is heated by means of a heat carrier gas, which is guided via heat transfer tubes through a vessel filled with the liquid and transfers its heat through the tube walls to the liquid, are generally known. Furthermore, finned tube heat exchangers are known, wherein a gas flows through an inner tube, and projects a rib structure in this tube radially inwardly. Concentric with the inner tube, a liquid flows through an outer chamber which is formed around the inner tube. Thus, heat transfer through the wall of the inner tube from or to the gas can be transmitted.
- a heat exchanger which has an inner chamber which is radially enclosed by an outer chamber. Within the outer chamber, an inner chamber annularly surrounding the intermediate chamber is provided, which is fluidly connected to the inner chamber.
- the inner chamber is flowed through by a heat transfer gas, wherein the outer chamber is flowed through by a heat transfer fluid.
- the inner wall of the intermediate chamber with its larger outer surface interacts with the heat carrier gas and with its smaller inner surface with the heat transfer fluid.
- the DE 35 90 068 C2 discloses a plate heat exchanger for liquid media involving sludge, sewage, industrial process water or the like.
- This plate heat exchanger comprises flow channels, which are formed with plates, between which baffles are arranged. Between the plate walls connecting channels are present, with a framework by means of which the baffles are clamped between the plates, the dimensions of the baffles are variable with dissolved framework.
- the plate heat exchanger can be adapted to the conditions imposed by the liquids such as temperature and viscosity difference, but also in this present embodiment, the construction of the framework, the baffles and the connecting channels and the flow channels a very complex structure with a variety of items , which must be assembled by welding or the like consuming.
- the heat exchanger has at least one annular body which has at least one connection opening for introduction and at least one further connection opening for discharging the heat transfer medium, wherein the heat transfer medium flows through the annular body in the circumferential direction.
- the invention is based on the idea that the heat exchanger is formed from a minimum number of individual parts. At the same time, the formed heat exchanger meets the demand that a large heat transfer surface is available and the heat exchanger has a high efficiency.
- the flow channel for the flow through the gaseous and / or liquid heat transfer medium is formed in the interior of the ring body, so that the heat between the medium surrounding the ring body from the outside, can pass on the gaseous and / or liquid heat transfer medium in the ring body itself.
- the at least one ring body can be arranged in the hot atmosphere of the firing, so that a heat transfer due to the open both on the inside, as well as outside and on the side surfaces of the annular body shape can take place.
- the cross-sectional shape of the annular body is flat due to a rather plate-shaped shape, so that the width of the annular body, for example, is less than the difference between outer radius and inner radius of the ring structure.
- the heat exchanger has a plurality of annular bodies, which are arranged parallel spaced from each other.
- the respective connection openings of the parallel spaced arrangement of the ring body are fluidly connected to each other, so that, for example, a successive flow or a parallel flow through the ring body takes place with the heat transfer medium.
- the annular bodies are successively flowed through in alternating direction with the heat transfer medium, wherein in each case a connection opening is closed and the ring bodies are welded together or pressed together.
- the number of annular bodies, which form the entire heat exchanger, is not fixed and can be adapted to the available space and to the size of the firing or the exhaust heat recovery device.
- the distance between the respective annular bodies to each other can be kept constant or vary arbitrarily, wherein also a different type of arrangement can be provided, which does not align the annular body parallel to each other.
- the distance of the ring body to each other should, however, advantageously comprise a minimum distance to allow a flow around the ring body with the heat transfer medium outside of the ring body.
- the heat transfer medium which flows through the annular body, enters through the connection openings in the annular body and first flows through the annular body in the circumferential direction, and exits from the at least one further connection opening of the annular body again. Due to the fluidic connection of the connection openings with the connection openings of the adjacent annular bodies, for example, these can be flowed through in succession or in parallel.
- the connection openings of the respective annular bodies have a projection from the plane side surfaces of the annular bodies, so that the connection openings of the respective annular bodies can be joined to one another. Consequently a minimum distance between the ring bodies is maintained, which are each connected to each other via the connection openings.
- a flow through the ring body in the direction of exchange with the heat transfer medium allows a more uniform transfer of heat from the outside of the ring body to the medium in the interior of the ring body, so that no unilateral preferred direction with a non-uniform heat distribution in the heat exchanger is formed, in each case a non-flow through connection opening must be closed so that a reciprocal inflow or outflow of the heat transfer medium can take place after flowing through the annular body in the circumferential direction.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that pipe elements are arranged between the connection openings of the respective annular body in order to create both a mechanical and a fluidic connection of the annular body to one another.
- the possibility is created to arrange the ring body with a greater distance from each other, wherein the individual annular bodies are fastened by the tubular elements and are held thereon.
- a plurality of ring bodies can be connected to one another via the connection openings, the connection to the pipe elements being able to be effected by welding or by a mechanical joining connection, whereby O-ring seals can be provided for the fluidic sealing.
- An application of tie rods is conceivable, which pull the ring body in total on block and so form a mechanical overall arrangement.
- the pipe elements may be formed as straight pipe connections or comprise curved or bent pipes, so that connection openings are also connected to each other, which are not facing each other between the ring bodies. So it is possible, for example, connection openings to connect to each other, which are located on the ring body in a 180 ° offset position.
- the annular body is advantageously formed from two half-shells, which have a respective annular cavity, wherein the half-shells are brought to each other on the cavity side, to form the flow channel.
- the heat exchanger can be designed in terms of manufacturing technology, in which the annular bodies are produced from sheet metal components, which are each brought opposite each other in a circular half-shell shape so that the inside cavity for forming the flow channel is formed.
- the half-shells for forming the ring body are pressure-tightly connected to each other by means of a joining process, the joining process comprising in particular a welding and / or a soldering process and / or a pressing process.
- a joining process comprising in particular a welding and / or a soldering process and / or a pressing process.
- a simple way of producing the half shells to form the annular body can be seen in the forming process of the sheet material, wherein the forming process may relate to stamping and deep drawing process.
- the half-shells of the annular body can be formed symmetrically in order to minimize the parts variance to form the heat exchanger.
- the geometric configurations of the half-shells can each be produced in the stamping and deep-drawing process, without carrying out further complicated production steps.
- the inner and outer diameter of the annular body is variable depending on the power requirement with respect to the heating surface or cooling surface, wherein, depending on the power requirement of the heat exchanger, the width of the annular body to the amount of heat transfer fluid can be adjusted, which flows through the ring body per unit time.
- connection openings are arranged on the upper side in the installation position of the heat exchanger relative to a force acting in the direction of a bottom gravity. This can proceed unhindered down at a condensate formation in the gaseous heat transfer medium or in another to be warmed or aufmelenden medium without stagnation and be discharged via a drain in the enclosing housing of the heat exchanger to the outside.
- a perfect ventilation of the annular body for the medium flowing through, such as water, oil or refrigerant is ensured by the top-side arrangement of the connection openings, since the air in the ring bodies can freely escape upwards and thus ensures a good flow.
- At least one of the half-shells forming a ring body has knob-like elevations in order to provide a minimum distance to the adjacent ring body.
- the knob-like elevations may be stamped or stamped into the half-shells formed from sheet material, and are arranged distributed uniformly over the circumference of the annular body. Now, if at least two annular body arranged parallel to each other, the knob-like elevations of the half-shells touch the respective adjacent half-shell, and allow compliance with a minimum distance of the ring body to each other. It is sufficient to provide on each one half shell, the knob-like elevations, since they are sufficient for maintaining a minimum distance between two adjacent shells.
- a separating web is arranged in the flow channel, which is introduced between the connection openings in order to flow through the Specify flow channel with the heat transfer medium in a circumferential direction in the ring body.
- the separating web effects a fluidic separation between the connection openings, so that when the heat transfer medium flows into the interior of the annular body, it can not escape again immediately via the adjacent connection opening, but completely flows through the annular body in the circumferential direction.
- the divider can be arranged as a metal element in the half-shells, which is fastened for example by a welded joint or a solder joint within the flow channel in the half-shells.
- the divider can also be a plastic or another sealing element.
- a further advantageous embodiment of the present invention relates to depressions, which are impressed distributed in the half-shells on the circumference, and which adjoin to opposite recesses of the annular body forming the second half-shell.
- the spot welds are introduced within the recesses, as the half shells touch each other at the respective levels in the recesses.
- the recesses are arranged distributed on the circumference and are located approximately at half the width of the annular body, so that they are arranged on the half of the diameter difference between the inside and the outside in the radial direction.
- the annular body is bounded by an inner side, an outer side and the respective left and right side surface.
- the heat transfer medium passing through the heat transfer medium in the annular body exchanges heat with the environment of the annular body, with radiant heat transfer taking place via the inside and / or outside.
- a convective heat transfer takes place via the side surfaces of the half-shells. It should be noted that a convection heat transfer can also take place on the inside and the outside, where, however, via the side surfaces a radiant heat transfer can be made possible and the respective forms of heat transfer is not limited to said areas.
- the preferred heat transfers across the inside and / or outside of the radiant heat transfer and the convective heat transfer across the side surfaces are to be considered as merely a preferred form of heat transfer.
- the inner side bounds the circumferential ring of the annular body radially inwardly, and the outer surface bounded the circumferential ring of the annular body radially outward.
- the side surfaces are formed by the flat surfaces of the half-shells, and limit the ring body laterally. In this case, the connection openings are introduced in the side surfaces, whereas the joint connection of the two half-shells is provided on the inside or on the outside.
- the annular body and / or the tubular elements may comprise a stainless steel and / or a black sheet steel, wherein the black sheet steel in particular comprises on the outside a black plastic coating.
- Stainless steel is characterized as a rust-free material, and is not reactive with most heat transfer media.
- the use of a black steel sheet is particularly useful for the use of heat recovery in oil or gas boilers possible, after the welding of the two half-shells on the abgasberlickt side a suitable plastic coating is applied.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that the annular body is made of graphite and / or in the sintering process, comprising a ceramic, wherein for connecting the half shells of the annular body or for connecting the annular body to a heat exchanger, a mechanical joining method is used, and between the half-shells ring seals are used for fluidic sealing.
- a ring seal such as an O-ring seal must be used as a seal in the subsequent connection, since fluid sealing methods such as welding of the half shells due to the selection of materials omitted.
- additional heat exchanger surfaces in the form of ribs or the like may be provided in order to further improve the heat transfer between the inside and the outside of the heat transfer medium.
- the rib-shaped heat exchange surfaces can be made available at the same time as mechanical stiffening elements between the annular bodies or between the tubular elements and the annular bodies.
- the shape of the ring body is not limited to a circular or oval contour, z. B. is also a rectangular or square outer and / or inner contour conceivable, which is still considered as annular. Even in these forms, the inner heat transfer medium flows in the circumferential direction through the annular body.
- the heat exchanger 100 shown in FIG. 1 comprises by way of example three annular bodies 10, which are connected to one another via tubular elements 14.
- the tubular elements 14 each extend in pairs between the annular bodies 10 and are arranged on these upper side.
- the connections for the supply or discharge of the heat transfer medium, which flows through the annular body or the pipe elements, are not shown.
- the annular bodies 10 are held by the tubular elements 14 and arranged in parallel adjacent to each other at a predetermined distance. The distance between the ring elements 10 is thus determined by the length of the tubular elements 14, through which at the same time the heat transfer medium can flow from ring body to ring body.
- the tubular elements 14 take both the task of mechanical connection of the ring body 10 true to each other, and at the same time create a fluidic connection between the annular bodies 10.
- the entire unit of the heat exchanger 100 is - as shown in Figure 1 - flows around the outside with the heat transfer medium, which the Heat exchanges with the medium that flows through the ring body.
- the illustrated unit can be installed, for example, in the furnace of a heater or in the area of exhaust heat recovery of the exhaust gas of a heating system. Due to their open or free arrangement, the ring bodies 10 offer a large surface area for exchanging or transferring the heat of the surrounding medium with the medium flowing through, so that a high efficiency of the heat exchanger can be achieved.
- FIG. 2 shows an isometric view of the heat exchanger 100 according to FIG. 1, wherein in this illustration too, three annular bodies 10 communicate with each other via respective pipe elements 14.
- the flow channel, which is extends circumferentially within the ring body 10 is indicated by dashed lines.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a heat exchanger 100, wherein the annular bodies 10 are connected to one another via tubular elements 14 which are not arranged completely on the upper side of the annular bodies 10. Rather, the pipe elements 14 are in a position offset by 180 ° to each other, so that the flow through the ring body 10 according to this embodiment can be carried out differently.
- the connection between the ring bodies 10 is realized in each case over the same length and straight tube elements.
- the ring body 10 are each again three times parallel adjacent to each other, wherein the tube elements 14 are formed in a curved shape, and alternately the connection openings of the ring body 10 at an angle of, for example, 180 ° offset from each other.
- the tubular elements 14 it is possible to form the flow through the annular body 10 each differently.
- annular body 10 is shown in each case, the illustration in FIG. 5a taking place from the direction of the side surface, whereas the representation of the annular body 10 in FIG. 5b comprises a side view.
- the annular body 10 is formed from a first half-shell 12 and a second half-shell 13, which are interconnected by circumferential welds. The welds are located both on the circumference in the inner side 17 of the ring body 10, as well as on the outside 18.
- the side is limited Annular body 10 through the side surfaces 19.
- connection openings 11 are shown to provide an inlet or outlet opening for the heat transfer medium. At the connection openings 11 either the pipe elements (not shown here) are attached or the connection openings 11 are brought from ring body 10 to ring body 10 each on each other and welded if possible.
- connection openings 11 Between the connection openings 11 is a separating web 16, which prevents the heat transfer medium can flow directly between the connection openings 11. Thus flows into one of the connection openings 11, the heat transfer medium and runs in the circumferential direction through the entire ring body 10 and exits on the opposite side at the second connection opening 11 again.
- elevations 15 are provided which protrude from the flat surface of the half-shell 12 in the shape of a knob. This makes it possible that with a successive assembly of a plurality of ring body in a parallel arrangement to each other a minimum distance can be maintained.
- the elevations 15 are introduced by means of a stamping or stamping process in the sheet material, wherein a total of eight elevations 15 are shown. However, a different number of surveys is possible, which need not necessarily be uniformly distributed on the circumference. Between the elevations 15 recesses 20 are occasionally formed, which are so deeply inserted into the sheet material of the half-shells 12, 13, that touch each other in a juxtaposed arrangement of half-shell 12 to half-shell 13.
- Center welds are provided centrally in the recesses 20 to provide a connection of the half shells 12, 13 over the spot welds within the recesses 20.
- an increase in the stability or strength of the annular body 10 can be achieved.
- four recesses 20 are provided at a respective angle of 90 ° to each other, whereby in this case also a larger or smaller number of recesses 20 is possible.
- the recesses 20 and the elevations 15 are each arranged centrally in the ring width of the annular body 10, so that they are located on the inner side 17 on the half of the radius difference between the outer diameter on the outer side 18 and the inner diameter. In this case, a different distribution of the mentioned features is possible, so that there is an asymmetrical design of the annular body 10.
- connection openings 11 are each formed as elevations of the flat side surfaces 19 collar-shaped, so that they allow a Aufdlerhegen a minimum distance of the respective half-shells 12 and 13 of the ring body 10. All embodiments of the abovementioned features can be produced by forming processes or by embossing, stamping and bending processes, wherein other manufacturing processes can be used.
- FIGs 6a and 6b and Figures 7a and 7b show an alternative embodiment of an annular body 10, which has a changed flow direction.
- the heat exchanger 100 has four ring bodies 10, whose half shells according to this embodiment only comprise a punched-through connection opening 11.
- When connecting a plurality of these ring body 10 to a heat exchanger it is possible to flow through the individual ring body 10 alternately.
- at least two annular body 10 must be connected to each other, which are then respectively flowed through in opposite directions.
- two connection openings 11 a are held closed or not perforated during production in alternation, so that a connection opening 11 is opened and a connection opening 11 a is closed.
- the mutual connection opening 11a and the perforated connection opening 11 are connected to the respectively following ring body 10 and the corresponding connection openings 11.
- FIGS. 8a and 8b show another embodiment of a ring body 10 with an annular separation element 22. This is located in the parting plane of the two half-shells 12 and 13, and forms a dividing wall within the flow channel in the annular body 10.
- the separator 22 may be joined in the same way by way of example by a welding process, as the half-shells 12, 13 themselves to each other are joined.
- the heat transfer medium flows via a connection opening 11 from a first half-shell 12 into the annular body 10 and flows through this to 180 °, whereupon the heat transfer medium flows through the passage opening 23.
- the heat transfer medium flows from the through-hole 23 back to the connection opening 11a arranged offset by 180 °, which, as in the first half-shell 12, is simply inserted therein.
- a through-hole 24 is introduced above the connection opening 11 in order to allow a venting of the annular body 10.
- FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a ring element 10 which has a rectangular or square outside 18.
- the contour may have advantages, especially as a larger surface is available for heat transfer.
- connection openings 11 and 11a these are represented twice per half shell, which, however, can also be provided only once per half-shell in an alternative embodiment.
- the inner side 17 is formed in FIG. 9 as a circular contour, which however can also be represented as an angular or oval contour.
- the present invention is not limited in its embodiments to the specified embodiments. Rather, a variety of variants are conceivable, which also make use of the solutions shown in fundamentally different embodiments of the invention.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Anwendung in einer direkten Befeuerung oder zur Abgaswärmerückgewinnung in einer Heizungsanlage, welcher wenigstens einen Strömungskanal zur Durchströmung mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Wärmeträgermediums aufweist, und ein Wärmeübergang vom oder an das gasförmige und/oder flüssige Wärmeträgermedium erfolgt.The present invention relates to a heat exchanger, in particular for use in a direct firing or exhaust heat recovery in a heating system, which has at least one flow channel for flow through a gaseous and / or liquid heat transfer medium, and a heat transfer from or to the gaseous and / or liquid Heat transfer medium takes place.
Derartige Wärmetauscher werden auch als Wärmetauscherplatten bezeichnet und sind zur Übertragung von Strahlungs- und/oder Konvektionswärme geeignet. Die Wärmetauscherplatten können im direkt befeuerten Betrieb oder in der Abgaswärmerückgewinnung zum Aufheizen von Luft oder Flüssigkeiten und in der Abgaswärmerückgewinnung als nachgeschaltete Heizfläche an Heizkesseln für Gas und Öl eingesetzt werden.Such heat exchangers are also referred to as heat exchanger plates and are suitable for the transmission of radiation and / or convection heat. The heat exchanger plates can be used in directly fired operation or in exhaust gas heat recovery for heating air or liquids and in the exhaust heat recovery as a downstream heating surface of gas and oil boilers.
Allgemein bekannt sind Röhrenwärmetauscher, bei denen eine Wärmeträgerflüssigkeit mittels eines Wärmeträgergases erwärmt wird, welches über Wärme-übertragungsrohre durch einen mit der Flüssigkeit befüllten Kessel geführt wird und seine Wärme durch die Rohrwände hindurch auf die Flüssigkeit überträgt. Weiterhin sind Rippenrohrwärmetauscher bekannt, wobei ein Gas durch ein Innenrohr hindurchströmt, und eine Rippenstruktur in dieses Rohr radial nach innen ragt. Konzentrisch zum Innenrohr fließt eine Flüssigkeit durch eine Außenkammer, welche um das Innenrohr herum ausgebildet ist. Somit kann eine Wärmeübertragung durch die Wandung des Innenrohres vom bzw. an das Gas übertragen werden.Tube heat exchangers in which a heat transfer fluid is heated by means of a heat carrier gas, which is guided via heat transfer tubes through a vessel filled with the liquid and transfers its heat through the tube walls to the liquid, are generally known. Furthermore, finned tube heat exchangers are known, wherein a gas flows through an inner tube, and projects a rib structure in this tube radially inwardly. Concentric with the inner tube, a liquid flows through an outer chamber which is formed around the inner tube. Thus, heat transfer through the wall of the inner tube from or to the gas can be transmitted.
Aus der
Die
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der eine einfache und kostengünstige Konstruktion sowie einen hohen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a heat exchanger having a simple and inexpensive construction and a high heat transfer efficiency.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a heat exchanger according to the preamble of
Durch die Erfindung ist es vorgesehen, dass der Wärmetauscher wenigstens einen Ringkörper aufweist, welcher zumindest eine Anschlussöffnung zur Einleitung und wenigstens eine weitere Anschlussöffnung zur Ausleitung des Wärmeträgermediums aufweist, wobei das Wärmeträgermedium den Ringkörper in Umfangsrichtung durchströmt.By the invention it is provided that the heat exchanger has at least one annular body which has at least one connection opening for introduction and at least one further connection opening for discharging the heat transfer medium, wherein the heat transfer medium flows through the annular body in the circumferential direction.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass der Wärmetauscher aus einer minimalen Anzahl von Einzelteilen gebildet wird. Zugleich wird der ausgebildete Wärmetauscher der Forderung gerecht, dass eine große Wärmeübertragungsoberfläche zur Verfügung steht und der Wärmetauscher einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Der Strömungskanal zur Durchströmung mittels des gasförmigen und/oder flüssigen Wärmeträgermediums ist im Inneren des Ringkörpers ausgebildet, so dass die Wärme zwischen dem Medium, welches den Ringkörper von außen umgibt, auf das gasförmige und/oder flüssige Wärmeträgermedium im Ringkörper selbst übergehen kann. Wird der Wärmetauscher für eine Anwendung in einer direkten Befeuerung oder zur Abgaswärmerückgewinnung vorgesehen, so kann der zumindest eine Ringkörper in der heißen Atmosphäre der Befeuerung angeordnet werden, so dass aufgrund der sowohl innenseitig, als auch außenseitig und an den Seitenflächen geöffneten Gestalt des Ringkörpers ein Wärmeübergang stattfinden kann. Die Querschnittsform des Ringkörpers ist aufgrund einer eher plattenförmigen Gestalt flach ausgebildet, so dass die Breite des Ringkörpers beispielsweise geringer ist, als die Differenz zwischen Außenradius und Innenradius der Ringstruktur.The invention is based on the idea that the heat exchanger is formed from a minimum number of individual parts. At the same time, the formed heat exchanger meets the demand that a large heat transfer surface is available and the heat exchanger has a high efficiency. The flow channel for the flow through the gaseous and / or liquid heat transfer medium is formed in the interior of the ring body, so that the heat between the medium surrounding the ring body from the outside, can pass on the gaseous and / or liquid heat transfer medium in the ring body itself. If the heat exchanger is intended for use in direct firing or for exhaust gas heat recovery, then the at least one ring body can be arranged in the hot atmosphere of the firing, so that a heat transfer due to the open both on the inside, as well as outside and on the side surfaces of the annular body shape can take place. The cross-sectional shape of the annular body is flat due to a rather plate-shaped shape, so that the width of the annular body, for example, is less than the difference between outer radius and inner radius of the ring structure.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher mehrere Ringkörper aufweist, welche parallel beabstandet zueinander angeordnet sind. Dabei sind die jeweiligen Anschlussöffnungen der parallel beabstandeten Anordnung der Ringköper fluidisch miteinander verbunden, so dass zum Beispiel eine aufeinander folgende Durchströmung oder eine parallele Durchströmung der Ringkörper mit dem Wärmeträgermedium erfolgt. Dabei werden die Ringkörper in Wechselrichtung nacheinander mit dem Wärmeträgermedium durchströmt, wobei jeweils eine Anschlussöffnung verschlossen ist und die Ringkörper miteinander verschweißt oder miteinander verpresst sind.An advantageous embodiment of the present invention provides that the heat exchanger has a plurality of annular bodies, which are arranged parallel spaced from each other. In this case, the respective connection openings of the parallel spaced arrangement of the ring body are fluidly connected to each other, so that, for example, a successive flow or a parallel flow through the ring body takes place with the heat transfer medium. In this case, the annular bodies are successively flowed through in alternating direction with the heat transfer medium, wherein in each case a connection opening is closed and the ring bodies are welded together or pressed together.
Die Anzahl der Ringkörper, welche den gesamten Wärmetauscher bilden, ist dabei nicht festgelegt und kann an den verfügbaren Bauraum sowie an die Größe der Befeuerung bzw. der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung angepasst werden. Der Abstand der jeweiligen Ringkörper zueinander kann konstant gehalten werden oder beliebig variieren, wobei auch eine andersartige Anordnung vorgesehen sein kann, welche die Ringkörper nicht parallel zueinander ausrichtet. Der Abstand der Ringköper zueinander sollte vorteilhafter Weise jedoch einen Mindestabstand umfassen, um ein Umströmen der Ringkörper mit dem Wärmeträgermedium außerhalb der Ringkörper zu ermöglichen.The number of annular bodies, which form the entire heat exchanger, is not fixed and can be adapted to the available space and to the size of the firing or the exhaust heat recovery device. The distance between the respective annular bodies to each other can be kept constant or vary arbitrarily, wherein also a different type of arrangement can be provided, which does not align the annular body parallel to each other. The distance of the ring body to each other should, however, advantageously comprise a minimum distance to allow a flow around the ring body with the heat transfer medium outside of the ring body.
Das Wärmeträgermedium, welches die Ringkörper durchströmt, tritt durch die Anschlussöffnungen in die Ringkörper ein und durchströmt zunächst die Ringkörper in Umfangsrichtung, und tritt aus der zumindest einen weiteren Anschlussöffnung des Ringkörpers wieder aus. Aufgrund der fluidischen Verbindung der Anschlussöffnungen mit den Anschlussöffnungen der benachbarten Ringkörper können zum Beispiel diese nacheinander oder parallel durchströmt werden. Die Anschlussöffnungen der jeweiligen Ringkörper weisen eine Erhebung aus den planen Seitenflächen der Ringkörper auf, so dass die Anschlussöffnungen der jeweiligen Ringkörper aufeinander gefügt werden können. Somit bleibt ein Mindestabstand zwischen den Ringkörpern erhalten, welcher jeweils miteinander über die Anschlussöffnungen in Verbindung gebracht sind.The heat transfer medium, which flows through the annular body, enters through the connection openings in the annular body and first flows through the annular body in the circumferential direction, and exits from the at least one further connection opening of the annular body again. Due to the fluidic connection of the connection openings with the connection openings of the adjacent annular bodies, for example, these can be flowed through in succession or in parallel. The connection openings of the respective annular bodies have a projection from the plane side surfaces of the annular bodies, so that the connection openings of the respective annular bodies can be joined to one another. Consequently a minimum distance between the ring bodies is maintained, which are each connected to each other via the connection openings.
Eine Durchströmung der Ringkörper in Wechselrichtung mit dem Wärmeträgermedium ermöglicht eine gleichmäßigere Übertragung der Wärme von der Außenseite der Ringkörper an das Medium im Inneren des Ringkörpers, so dass keine einseitige Vorzugsrichtung mit einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung im Wärmetauscher entsteht, wobei jeweils eine nicht durchströmte Anschlussöffnung verschlossen werden muss, damit ein wechselseitiges Ein- bzw. Ausströmen des Wärmeträgermediums nach Durchströmen des Ringkörpers in Umfangsrichtung erfolgen kann.A flow through the ring body in the direction of exchange with the heat transfer medium allows a more uniform transfer of heat from the outside of the ring body to the medium in the interior of the ring body, so that no unilateral preferred direction with a non-uniform heat distribution in the heat exchanger is formed, in each case a non-flow through connection opening must be closed so that a reciprocal inflow or outflow of the heat transfer medium can take place after flowing through the annular body in the circumferential direction.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen den Anschlussöffnungen der jeweiligen Ringkörper Rohrelemente angeordnet sind, um sowohl eine mechanische als auch eine fluidische Verbindung der Ringkörper zueinander zu schaffen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Ringkörper mit einem größeren Abstand zueinander anzuordnen, wobei die einzelnen Ringkörper durch die Rohrelemente befestigt werden und an diesen gehalten werden. Somit können je nach Leistungsbedarf mehrere Ringkörper über die Anschlussöffnungen miteinander verbunden werden, wobei die Anbindung an die Rohrelemente durch ein Verschweißen erfolgen kann oder durch eine mechanische Fügeverbindung erfolgt, wobei O-Ringdichtungen zur fluidischen Abdichtung vorgesehen werden können. Auch ist eine Anwendung von Zugankern denkbar, welche die Ringkörper insgesamt auf Block ziehen und so eine mechanische Gesamtanordnung bilden.A further advantageous embodiment of the invention provides that pipe elements are arranged between the connection openings of the respective annular body in order to create both a mechanical and a fluidic connection of the annular body to one another. Thus, the possibility is created to arrange the ring body with a greater distance from each other, wherein the individual annular bodies are fastened by the tubular elements and are held thereon. Thus, depending on the power requirement, a plurality of ring bodies can be connected to one another via the connection openings, the connection to the pipe elements being able to be effected by welding or by a mechanical joining connection, whereby O-ring seals can be provided for the fluidic sealing. An application of tie rods is conceivable, which pull the ring body in total on block and so form a mechanical overall arrangement.
Je nach Erfordernis können die Rohrelemente als gerade Rohrverbindungen ausgebildet sein oder gebogene oder gekröpfte Rohre umfassen, so dass auch Anschlussöffnungen miteinander verbunden werden, welche sich zwischen den Ringkörpern nicht gegenüber stehen. So ist es zum Beispiel möglich, Anschlussöffnungen miteinander zu verbinden, welche sich auf dem Ringkörper in einer 180° zueinander versetzten Position befinden.Depending on requirements, the pipe elements may be formed as straight pipe connections or comprise curved or bent pipes, so that connection openings are also connected to each other, which are not facing each other between the ring bodies. So it is possible, for example, connection openings to connect to each other, which are located on the ring body in a 180 ° offset position.
Der Ringkörper ist vorteilhafter Weise aus zwei Halbschalen gebildet, welche einen jeweiligen ringförmigen Hohlraum aufweisen, wobei die Halbschalen hohlraumseitig aufeinander gebracht sind, um den Strömungskanal zu bilden. Damit kann der Wärmetauscher fertigungstechnisch einfach ausgestaltet werden, in dem die Ringkörper aus Blechbauteilen hergestellt werden, welche in einer kreisrunden Halbschalenform jeweils gegenüberliegend so aufeinander gebracht werden, dass der innenseitige Hohlraum zur Bildung des Strömungskanals entsteht.The annular body is advantageously formed from two half-shells, which have a respective annular cavity, wherein the half-shells are brought to each other on the cavity side, to form the flow channel. Thus, the heat exchanger can be designed in terms of manufacturing technology, in which the annular bodies are produced from sheet metal components, which are each brought opposite each other in a circular half-shell shape so that the inside cavity for forming the flow channel is formed.
Die Halbschalen zur Bildung des Ringkörpers sind dabei mittels eines Fügeverfahrens druckdicht miteinander in Verbindung gebracht, wobei das Fügeverfahren insbesondere ein Schweiß- und/oder ein Lötverfahren und/oder ein Pressverfahren umfasst. Eine einfache Möglichkeit der Herstellung der Halbschalen zur Bildung des Ringkörpers kann im Umformverfahren des Blechmaterials gesehen werden, wobei das Umformverfahren Stanz- und Tiefziehverfahren betreffen kann. Damit ist eine sehr preiswerte und massenproduktionstaugliche Herstellung der Blechkomponenten des Wärmetauschers möglich, wobei die Halbschalen des Ringkörpers symmetrisch ausgebildet werden können, um die Teilevarianz zur Bildung des Wärmetauschers zu minimieren. Die geometrischen Ausbildungen der Halbschalen können jeweils im Stanz- und Tiefziehverfahren hergestellt werden, ohne weitere aufwendige Fertigungsschritte auszuführen. Somit ist lediglich ein Tiefziehvorgang mit abschließendem Scherschnitt ausreichend, wobei nachfolgend die Halbschalen aufeinander gebracht werden und miteinander verschweißt oder verlötet oder verpresst werden. Der Innen- und Außendurchmesser der Ringkörper ist je nach Leistungsbedarf in Bezug auf die Heizfläche oder Kühlfläche variabel, wobei in Anhängigkeit vom Leistungsbedarf des Wärmetauschers die Breite der Ringkörper an die Menge der Wärmeträgerflüssigkeit angepasst werden kann, welche pro Zeiteinheit die Ringkörper durchströmt.The half-shells for forming the ring body are pressure-tightly connected to each other by means of a joining process, the joining process comprising in particular a welding and / or a soldering process and / or a pressing process. A simple way of producing the half shells to form the annular body can be seen in the forming process of the sheet material, wherein the forming process may relate to stamping and deep drawing process. Thus, a very inexpensive and mass production suitable production of the sheet metal components of the heat exchanger is possible, wherein the half-shells of the annular body can be formed symmetrically in order to minimize the parts variance to form the heat exchanger. The geometric configurations of the half-shells can each be produced in the stamping and deep-drawing process, without carrying out further complicated production steps. Thus, only a deep-drawing process with a final shear cut is sufficient, wherein subsequently the half-shells are brought to one another and welded together or soldered or pressed. The inner and outer diameter of the annular body is variable depending on the power requirement with respect to the heating surface or cooling surface, wherein, depending on the power requirement of the heat exchanger, the width of the annular body to the amount of heat transfer fluid can be adjusted, which flows through the ring body per unit time.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anschlussöffnungen in der Einbaulage des Wärmetauschers bezogen auf eine in Richtung einer Unterseite wirkende Schwerkraft oberseitig angeordnet sind. Damit kann bei einer Kondensatbildung im gasförmigen Wärmeträgermedium oder in einem anderen zu entwärmenden oder aufzuheizenden Medium ungehindert nach unten ablaufen, ohne sich zu stauen und über einen Ablauf im umschließenden Gehäuse des Wärmetauschers nach außen abgeführt werden. Ebenso ist durch die oberseitige Anordnung der Anschlussöffnungen eine einwandfreie Entlüftung der Ringkörper für das durchströmende Medium wie Wasser, Öl oder Kältemittel gewährleistet, da die Luft in den Ringkörpern ungehindert nach oben entweichen kann und somit für ein gutes Durchströmen sorgt.An advantageous development of the invention provides that the connection openings are arranged on the upper side in the installation position of the heat exchanger relative to a force acting in the direction of a bottom gravity. This can proceed unhindered down at a condensate formation in the gaseous heat transfer medium or in another to be warmed or aufheizenden medium without stagnation and be discharged via a drain in the enclosing housing of the heat exchanger to the outside. Likewise, a perfect ventilation of the annular body for the medium flowing through, such as water, oil or refrigerant is ensured by the top-side arrangement of the connection openings, since the air in the ring bodies can freely escape upwards and thus ensures a good flow.
Vorteilhafterweise weist wenigstens eine der einen Ringkörper bildenden Halbschalen noppenartige Erhebungen auf, um einen Mindestabstand zum benachbarten Ringkörper zu schaffen. Die noppenartigen Erhebungen können in die aus Blechmaterial ausgebildeten Halbschalen eingestanzt bzw. eingeprägt sein, und sind über den Umfang des Ringkörpers gleichverteilt angeordnet. Werden nun wenigstens zwei Ringkörper parallel zueinander angeordnet, so berühren die noppenartigen Erhebungen der Halbschalen die jeweils angrenzende Halbschale, und ermöglichen die Einhaltung eines Mindestabstandes der Ringkörper zueinander. Dabei ist es ausreichend, auf jeweils nur einer Halbschale die noppenartigen Erhebungen vorzusehen, da diese für die Einhaltung eines Mindestabstandes zwischen zwei aneinander grenzenden Halbschalen hinreichend sind.Advantageously, at least one of the half-shells forming a ring body has knob-like elevations in order to provide a minimum distance to the adjacent ring body. The knob-like elevations may be stamped or stamped into the half-shells formed from sheet material, and are arranged distributed uniformly over the circumference of the annular body. Now, if at least two annular body arranged parallel to each other, the knob-like elevations of the half-shells touch the respective adjacent half-shell, and allow compliance with a minimum distance of the ring body to each other. It is sufficient to provide on each one half shell, the knob-like elevations, since they are sufficient for maintaining a minimum distance between two adjacent shells.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Ausführungsform ist es vorgesehen, dass im Strömungskanal ein Trennsteg angeordnet ist, welcher zwischen den Anschlussöffnungen eingebracht ist, um ein Durchströmen des Strömungskanals mit dem Wärmeträgermedium in eine umlaufende Richtung im Ringkörper vorzugeben. Der Trennsteg bewirkt eine fluidische Trennung zwischen den Anschlussöffnungen, so dass beim Einströmen des Wärmeträgermediums in den Innenraum des Ringkörpers dieses nicht sofort über die benachbarte Anschlussöffnung wieder austreten kann, sondern den Ringkörper in umlaufender Richtung vollständig durchströmt. Der Trennsteg kann als Metallelement in den Halbschalen angeordnet werden, wobei dieses beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung innerhalb des Strömungskanals in den Halbschalen befestigt wird. Der Trennsteg kann auch ein Kunststoff- oder ein anderes Dichtelement sein.According to a further embodiment improving the invention, it is provided that a separating web is arranged in the flow channel, which is introduced between the connection openings in order to flow through the Specify flow channel with the heat transfer medium in a circumferential direction in the ring body. The separating web effects a fluidic separation between the connection openings, so that when the heat transfer medium flows into the interior of the annular body, it can not escape again immediately via the adjacent connection opening, but completely flows through the annular body in the circumferential direction. The divider can be arranged as a metal element in the half-shells, which is fastened for example by a welded joint or a solder joint within the flow channel in the half-shells. The divider can also be a plastic or another sealing element.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Vertiefungen, welche in den Halbschalen auf dem Umfang verteilt eingeprägt sind, und welche an gegenüberliegende Vertiefungen der den Ringkörper bildenden zweiten Halbschale angrenzen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Halbschalen mittels Punktschweißungen miteinander zu verbinden, um ein Auswölben der Halbschalen unter Druckeinfluss des Wärmeträgermediums zu verhindern. Die Punktschweißungen werden innerhalb der Vertiefungen eingebracht, da sich die Halbschalen an den jeweiligen Ebenen in den Vertiefungen berühren bzw. aufeinander liegen. Wird nun der Ringkörper mit dem Wärmeträgermedium unter Druck gesetzt, so kann aufgrund der stabilitätserhöhenden Wirkung der Punktschweißungen verhindert werden, dass sich die Halbschalen auswölben bzw. dass es zu einem Platzen des Ringkörpers kommt. Die Vertiefungen sind dabei auf dem Umfang verteilt angeordnet und befinden sich etwa auf der halben Breite des Ringkörpers, so dass diese auf der Hälfte der Durchmesserdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite in radialer Richtung angeordnet sind. Damit ist weiterhin die Möglichkeit geschaffen, für die Bildung der Halbschalen ein vergleichsweise dünnes Blechmaterial zu verwenden, welches aufgrund der eingebrachten Punktschweißungen dem Ringkörper eine jeweils ausreichende Stabilität verleiht und zugleich zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers dient, um einen guten Wärmeübergang zwischen dem inneren und dem äußeren Wärmeträgermedium des Ringkörpers zu schaffen.A further advantageous embodiment of the present invention relates to depressions, which are impressed distributed in the half-shells on the circumference, and which adjoin to opposite recesses of the annular body forming the second half-shell. Thus, the possibility is created to connect the half shells by means of spot welds with each other to prevent bulging of the half shells under the influence of pressure of the heat transfer medium. The spot welds are introduced within the recesses, as the half shells touch each other at the respective levels in the recesses. Now, if the annular body is pressurized with the heat transfer medium, it can be prevented due to the stability-increasing effect of the spot welds that bulge the half-shells or that there is a bursting of the annular body. The recesses are arranged distributed on the circumference and are located approximately at half the width of the annular body, so that they are arranged on the half of the diameter difference between the inside and the outside in the radial direction. Thus, the possibility is still created to use a comparatively thin sheet material for the formation of the half shells, which gives the annular body each a sufficient stability due to the introduced spot welds and at the same time serves to increase the efficiency of the heat exchanger to a good heat transfer to create between the inner and outer heat transfer medium of the ring body.
Der Ringkörper ist durch eine Innenseite, eine Außenseite und die jeweils linke und rechte Seitenfläche begrenzt. Dabei tauscht das den Strömungskanal im Ringkörper durchlaufende Wärmeträgermedium Wärme mit der Umgebung des Ringkörpers aus, wobei über die Innenseite und/oder über die Außenseite eine Strahlungswärmeübertragung erfolgt. Eine Konvektionswärmeübertragung erfolgt hingegen über die Seitenflächen der Halbschalen. Dabei ist zu bemerken, dass eine Konvektionswärmeübertragung jeweils auch über die Innenseite sowie die Außenseite erfolgen kann, wo hingegen auch über die Seitenflächen eine Strahlungswärmeübertragung ermöglicht sein kann und die jeweiligen Formen des Wärmeübergangs nicht auf die genannten Bereiche begrenzt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die bevorzugten Wärmeübertragungen über die Innenseite und/oder die Außenseite betreffend die Strahlungswärmeübertragung und die Konvektionswärmeübertragung über die Seitenflächen lediglich als eine jeweils bevorzugte Form der Wärmeübertragung zu sehen. Die Innenseite begrenzt den umlaufenden Ring des Ringkörpers radial nach innen, und die Außenfläche begrenzt den umlaufenden Ring des Ringkörpers radial nach außen. Die Seitenflächen werden durch die Planflächen der Halbschalen gebildet, und begrenzen den Ringkörper jeweils seitlich. Dabei sind in den Seitenflächen die Anschlussöffnungen eingebracht, wohingegen die Fügeverbindung der beiden Halbschalen an der Innenseite bzw. an der Außenseite vorgesehen ist.The annular body is bounded by an inner side, an outer side and the respective left and right side surface. In this case, the heat transfer medium passing through the heat transfer medium in the annular body exchanges heat with the environment of the annular body, with radiant heat transfer taking place via the inside and / or outside. A convective heat transfer, however, takes place via the side surfaces of the half-shells. It should be noted that a convection heat transfer can also take place on the inside and the outside, where, however, via the side surfaces a radiant heat transfer can be made possible and the respective forms of heat transfer is not limited to said areas. In accordance with the present invention, the preferred heat transfers across the inside and / or outside of the radiant heat transfer and the convective heat transfer across the side surfaces are to be considered as merely a preferred form of heat transfer. The inner side bounds the circumferential ring of the annular body radially inwardly, and the outer surface bounded the circumferential ring of the annular body radially outward. The side surfaces are formed by the flat surfaces of the half-shells, and limit the ring body laterally. In this case, the connection openings are introduced in the side surfaces, whereas the joint connection of the two half-shells is provided on the inside or on the outside.
Vorteilhafterweise können der Ringkörper und/oder die Rohrelemente ein Edelstahl und/oder ein schwarzes Stahlblech aufweisen, wobei das schwarze Stahlblech insbesondere außenseitig eine schwarze Kunststoffbeschichtung umfasst. Edelstahl zeichnet sich dabei als ein rostfreies Material aus, und verhält sich gegenüber den meisten Wärmeträgermedien nicht reaktiv. Die Verwendung eines schwarzen Stahlbleches ist besonders für den Einsatz einer Wärmerückgewinnung bei Öl- oder Gasheizkesseln möglich, wobei nach dem Verschweißen der beiden Halbschalen auf der abgasberührten Seite eine geeignete Kunststoffbeschichtung aufgebracht wird.Advantageously, the annular body and / or the tubular elements may comprise a stainless steel and / or a black sheet steel, wherein the black sheet steel in particular comprises on the outside a black plastic coating. Stainless steel is characterized as a rust-free material, and is not reactive with most heat transfer media. The use of a black steel sheet is particularly useful for the use of heat recovery in oil or gas boilers possible, after the welding of the two half-shells on the abgasberührt side a suitable plastic coating is applied.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Ringkörper aus Graphit und/oder im Sinterverfahren, umfassend eine Keramik, hergestellt ist, wobei zur Verbindung der Halbschalen des Ringkörpers oder zur Verbindung der Ringkörper zu einem Wärmetauscher ein mechanisches Fügeverfahren verwendbar ist, und zwischen den Halbschalen Ringdichtungen zur fluidischen Abdichtung verwendbar sind. Bei einer derartigen Fertigungsmethode muss bei der späteren Verbindung eine Ringdichtung wie beispielsweise eine O-Ringdichtung als Dichtung eingesetzt werden, da fluidisch dichtende Fügeverfahren wie ein Schweißen der Halbschalen aufgrund der Materialauswahl entfallen.A further advantageous embodiment of the invention provides that the annular body is made of graphite and / or in the sintering process, comprising a ceramic, wherein for connecting the half shells of the annular body or for connecting the annular body to a heat exchanger, a mechanical joining method is used, and between the half-shells ring seals are used for fluidic sealing. In such a manufacturing method, a ring seal such as an O-ring seal must be used as a seal in the subsequent connection, since fluid sealing methods such as welding of the half shells due to the selection of materials omitted.
Am Ringkörper und/oder an den Rohrelementen können zusätzliche Wärmetauscherflächen in Form von Rippen oder dergleichen vorgesehen sein, um den Wärmeübergang zwischen dem innenseitigen und dem außenseitigen Wärmeträgermedium weiter zu verbessern. Die rippenförmigen Wärmeaustauschflächen können zugleich als mechanische Versteifungselemente zwischen den Ringkörpern bzw. zwischen den Rohrelementen und den Ringkörpern nutzbar gemacht werden.On the annular body and / or on the tubular elements additional heat exchanger surfaces in the form of ribs or the like may be provided in order to further improve the heat transfer between the inside and the outside of the heat transfer medium. The rib-shaped heat exchange surfaces can be made available at the same time as mechanical stiffening elements between the annular bodies or between the tubular elements and the annular bodies.
Auch ist die Form der Ringkörper nicht auf eine kreisrunde oder ovale Kontur beschränkt, z. B. ist auch eine rechteckige oder quadratische Außen- und/oder Innenkontur denkbar, die trotzdem als ringförmig angesehen wird. Auch bei diesen Formen strömt das innere Wärmeträgermedium in Umfangsrichtung durch den Ringkörper.Also, the shape of the ring body is not limited to a circular or oval contour, z. B. is also a rectangular or square outer and / or inner contour conceivable, which is still considered as annular. Even in these forms, the inner heat transfer medium flows in the circumferential direction through the annular body.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers;
- Fig. 2
- eine Ansicht des Wärmetauschers gemäß Figur 1;
- Fig. 3
- eine Ansicht des Wärmetauschers mit geradlinig ausgebildeten Rohrelementen zwischen den Ringkörpern;
- Fig. 4
- eine Ansicht des Wärmetauschers mit gebogenen Rohrelementen zwischen den Ringkörpern;
- Fig. 5 a
- eine Ansicht eines Ringkörpers;
- Fig. 5 b
- eine Seitenansicht des Ringkörpers gemäß Figur 5a;
- Fig. 6a
- eine Ansicht eines Ringkörpers mit einer geänderten Durchströmungsrichtung;
- Fig. 6b
- eine Seitenansicht des Ringkörpers gemäß Figur 6a;
- Fig. 7a
- eine Ansicht eines Ringkörpers mit geänderter Durchströmungsrichtung;
- Fig. 7b
- eine Seitenansicht eines Wärmetauschers mit vier zusammengefügten Ringkörpern;
- Fig. 8a
- eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ringkörpers mit einem Trennelement;
- Fig. 8b
- eine Seitenansicht des Ringkörpers gemäß Figur 8a; und
- Fig. 9
- eine Ansicht eines Ringkörpers mit einer rechteckigen Außenkontur.
- Fig. 1
- a perspective view of the heat exchanger;
- Fig. 2
- a view of the heat exchanger of Figure 1;
- Fig. 3
- a view of the heat exchanger with rectilinear tubular elements between the annular bodies;
- Fig. 4
- a view of the heat exchanger with bent tubular elements between the annular bodies;
- Fig. 5 a
- a view of a ring body;
- Fig. 5 b
- a side view of the ring body of Figure 5a;
- Fig. 6a
- a view of an annular body with a changed flow direction;
- Fig. 6b
- a side view of the ring body of Figure 6a;
- Fig. 7a
- a view of a ring body with a changed flow direction;
- Fig. 7b
- a side view of a heat exchanger with four assembled ring bodies;
- Fig. 8a
- a view of another embodiment of a ring body with a separating element;
- Fig. 8b
- a side view of the ring body of Figure 8a; and
- Fig. 9
- a view of an annular body with a rectangular outer contour.
Der in Figur 1 dargestellte Wärmetauscher 100 umfasst beispielhaft drei Ringkörper 10, welche über Rohrelemente 14 miteinander verbunden sind. Die Rohrelemente 14 erstrecken sich jeweils paarweise zwischen den Ringkörpern 10 und sind an diesen oberseitig angeordnet. Die Anschlüsse zur Zuleitung bzw. Abführung des Wärmeträgermediums, welches die Ringkörper bzw. die Rohrelemente durchströmt, sind nicht dargestellt. Die Ringkörper 10 werden durch die Rohrelemente 14 gehalten und parallel benachbart zueinander auf einem vorgegebenen Abstand fest angeordnet. Der Abstand zwischen den Ringelementen 10 bestimmt sich somit durch die Länge der Rohrelemente 14, durch welche zugleich das Wärmeträgermedium von Ringkörper zu Ringkörper strömen kann. Damit nehmen die Rohrelemente 14 sowohl die Aufgabe der mechanischen Verbindung der Ringkörper 10 zueinander wahr, und schaffen zugleich eine fluidische Verbindung zwischen den Ringkörpern 10. Die gesamte Einheit des Wärmetauschers 100 wird - wie in Figur 1 dargestellt - außenseitig mit dem Wärmeträgermedium umströmt, welches die Wärme mit dem Medium tauscht, das durch die Ringkörper hindurchströmt. Somit kann die dargestellte Einheit beispielsweise in die Feuerungsanlage einer Heizung oder in den Bereich der Abgaswärmerückgewinnung des Abgases einer Heizungsanlage installiert werden. Die Ringkörper 10 bieten aufgrund ihrer offenen bzw. freien Anordnung eine große Oberfläche zum Austausch bzw. zum Übergang der Wärme des umgebenden Mediums mit dem durchströmenden Medium, so dass ein hoher Wirkungsgrad des Wärmetauschers erzielbar ist.The
Figur 2 zeigt eine isometrische Ansicht des Wärmetauschers 100 gemäß Figur 1, wobei auch in dieser Darstellung drei Ringkörper 10 über jeweilige Rohrelemente 14 miteinander in Verbindung stehen. Der Strömungskanal, welcher sich innerhalb der Ringkörper 10 umlaufend erstreckt, ist durch gestrichelte Linien angedeutet.FIG. 2 shows an isometric view of the
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 100, wobei die Ringkörper 10 über Rohrelemente 14 miteinander verbunden sind, welche nicht vollständig oberseitig an den Ringkörpern 10 angeordnet sind. Vielmehr befinden sich die Rohrelemente 14 in einer um 180° versetzten Position zueinander, so dass die Durchströmung der Ringkörper 10 gemäß dieser Ausgestaltung anders geartet erfolgen kann. Beispielsweise ist es möglich, das Wärmeträgermedium in den Ringkörper 10 über ein Rohrelement 14 einzuleiten, so dass es sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Uhrzeigersinns den Ringkörper 10 durchströmt und auf der 180° versetzten Stelle wieder aus dem Ringkörper 10 ausgeleitet wird, um in den nächsten Ringkörper zu gelangen. Die Verbindung zwischen den Ringkörpern 10 wird jeweils über gleichlange und gerade ausgebildete Rohrelemente realisiert.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a
Gemäß des Ausführungsbeispiels in Figur 4 sind die Ringkörper 10 jeweils wieder dreifach parallel benachbart zueinander angeordnet, wobei die Rohrelemente 14 in einer gebogenen Form ausgebildet sind, und wechselweise die Anschlussöffnungen der Ringkörper 10 auf einem Winkel von beispielsweise 180° versetzt zueinander anströmen. Mittels der verschiedenartigen Ausbildungen der Rohrelemente 14 ist es möglich, die Durchströmung der Ringkörper 10 jeweils verschiedenartig auszubilden.According to the embodiment in Figure 4, the
In den Figuren 5a und 5b ist jeweils ein Ringkörper 10 dargstellt, wobei die Darstellung in Figur 5a aus Richtung der Seitenfläche erfolgt, wohingegen die Darstellung des Ringkörpers 10 in Figur 5b eine Seitenansicht umfasst. Der Ringkörper 10 ist aus einer ersten Halbschale 12 und einer zweiten Halbschale 13 gebildet, welche durch umlaufende Schweißnähte miteinander verbunden sind. Die Schweißnähte befinden sich sowohl auf dem Umfang in der Innenseite 17 des Ringkörpers 10, als auch auf der Außenseite 18. Seitlich begrenzt ist der Ringkörper 10 durch die Seitenflächen 19. Auf der in Figur 5a in der Draufsicht dargestellten Halbschale 12 sind Anschlussöffnungen 11 dargestellt, um eine Einlass- bzw. Auslassöffnung für das Wärmeträgermedium zu schaffen. An die Anschlussöffnungen 11 werden entweder die Rohrelemente (hier nicht dargestellt) angebracht oder die Anschlussöffnungen 11 werden von Ringkörper 10 zu Ringkörper 10 jeweils auf einander gebracht und nach Möglichkeit verschweißt.In FIGS. 5a and 5b, an
Zwischen den Anschlussöffnungen 11 befindet sich ein Trennsteg 16, welcher verhindert, dass das Wärmeträgermedium direkt zwischen den Anschlussöffnungen 11 hindurchfließen kann. Somit strömt in eine der Anschlussöffnungen 11 das Wärmeträgermedium ein und läuft in Umfangsrichtung durch den gesamten Ringkörper 10 hindurch und tritt auf der gegenüber liegenden Seite an der zweiten Anschlussöffnung 11 wieder aus.Between the
Auf dem Umfang verteilt sind Erhebungen 15 vorgesehen, welche noppenförmig aus der Planfläche der Halbschale 12 hervorstehen. Damit wird ermöglicht, dass bei einer aufeinander gebrachten Montage mehrerer Ringkörper in einer parallelen Anordnung zueinander ein Mindestabstand eingehalten werden kann. Die Erhebungen 15 sind mittels eines Stanz- bzw. Prägeverfahrens in das Blechmaterial eingebracht, wobei insgesamt acht Erhebungen 15 dargestellt sind. Dabei ist jedoch auch eine andere Anzahl von Erhebungen möglich, welche nicht zwingend gleichverteilt auf dem Umfang vorgesehen sein müssen. Zwischen den Erhebungen 15 sind vereinzelt Vertiefungen 20 ausgebildet, die derart tief in das Blechmaterial der Halbschalen 12, 13 eingebracht sind, dass sich diese bei einer aufeinander gebrachten Anordnung jeweils von Halbschale 12 zu Halbschale 13 berühren. Mittig in den Vertiefungen 20 sind Punktschweißungen vorgesehen, um eine Verbindung der Halbschalen 12, 13 über die Punktschweißverbindungen innerhalb der Vertiefungen 20 zu schaffen. Damit kann eine Erhöhung der Stabilität bzw. der Festigkeit der Ringkörper 10 erreicht werden. Insgesamt sind vier Vertiefungen 20 mit einem jeweiligen Winkel von 90° zueinander vorgesehen, wobei auch hierbei eine größere oder kleinere Anzahl von Vertiefungen 20 möglich ist. Die Vertiefungen 20 sowie die Erhebungen 15 sind jeweils mittig in der Ringbreite des Ringkörpers 10 angeordnet, so dass sich diese auf der Hälfte der Radiusdifferenz zwischen dem Außendurchmesser an der Außenseite 18 und dem Innendurchmesser an der Innenseite 17 befinden. Dabei ist auch eine andersartige Verteilung der genannten Merkmale möglich, so dass sich eine unsymmetrische Ausbildung des Ringkörpers 10 ergibt. Die Anschlussöffnungen 11 sind jeweils als Erhebungen aus den planen Seitenflächen 19 kragenförmig ausgebildet, so dass diese bei einem Aufeinanderfügen einen Mindestabstand der jeweiligen Halbschalen 12 und 13 der Ringkörper 10 ermöglichen. Sämtliche Ausführungen der vorgenannten Merkmale können durch Umformverfahren bzw. durch Präge-, Stanz- und Biegeverfahren hergestellt werden, wobei auch andere Fertigungsverfahren herangezogen werden können.On the
Die Figuren 6a und 6b sowie die Figuren 7a und 7b zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Ringkörpers 10, welcher eine geänderte Durchströmungsrichtung aufweist. Der Wärmetauscher 100 weist vier Ringkörper 10 auf, deren Halbschalen nach diesem Ausführungsbeispiel nur eine durchgestanzte Anschlussöffnung 11 umfassen. Bei der Verbindung mehrerer dieser Ringkörper 10 zu einem Wärmetauscher besteht die Möglichkeit, die einzelnen Ringkörper 10 wechselseitig zu durchströmen. Hierbei müssen mindestens zwei Ringkörper 10 miteinander verbunden werden, die dann jeweils gegensinnig durchströmt werden. Bei dieser Methode werden bei der Fertigung im Wechsel jeweils zwei Anschlussöffnungen 11 a verschlossen gehalten bzw. nicht gelocht, sodass eine Anschlussöffnung 11 geöffnet ist und eine Anschlussöffnung 11a verschlossen ist. Die gegenseitige Anschlussöffnung 11a und die gelochte Anschlussöffnung 11 werden mit dem jeweils nachfolgenden Ringkörper 10 und den entsprechenden Anschlussöffnungen 11 verbunden.Figures 6a and 6b and Figures 7a and 7b show an alternative embodiment of an
Um bei dieser Variante ein einwandfreies Entlüften zu gewährleisten, ist es erforderlich, am Trennsteg 16 eine Belüftungsöffnung 21 vorzusehen, durch die die Luft über die Anschlussöffnung 11 überströmen kann. Bei dieser Anordnung von Ringkörpern 10 ist ein anderer Fertigungsablauf anzuwenden, als bei einer Verbindung mit zwei gleichen Körpern. Die übrigen Merkmale des Ringkörpers 10 wie die noppenartigen Erhebungen 15 oder die Vertiefungen 20 für die Punktschweißverbindungen bleiben im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 5a und 5b unverändert.In order to ensure perfect venting in this variant, it is necessary to provide a
In der Figur 8a und 8b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ringkörpers 10 mit einem ringförmigen Trennelement 22 dargestellt. Dieses befindet sich in der Teilungsebene der beiden Halbschalen 12 und 13, und bildet eine teilende Wandung innerhalb des Strömungskanals im Ringkörper 10. Das Trennelement 22 kann dabei auf gleiche Weise beispielhaft durch ein Schweißverfahren gefügt sein, so wie die Halbschalen 12, 13 selbst auch aufeinander gefügt sind. Auf einer 180° gegenüberliegenden Seite der einzigen pro Halbschale 12, 13 ausgebildeten Anschlussöffnung 11 ist eine Durchgangsöffnung 23 in das Trennelement 22 eingebracht. Dabei entfällt der Trennsteg (Trennsteg 16, siehe Figur 5a, 5b). Durch das eingebrachte Trennelement 22 strömt das Wärmeträgermedium über eine Anschlussöffnung 11 von einer ersten Halbschale 12 in den Ringkörper 10 ein und durchströmt diesen auf 180°, woraufhin das Wärmeträgermedium durch die Durchgangsöffnung 23 strömt. Im zweiten Abschnitt des Strömungskanals der zweiten Halbschale 13 strömt das Wärmeträgermedium von der Durchgangsöffnung 23 wieder zurück zur 180° versetzt angeordneten Anschlussöffnung 11a, welche wie auch in der ersten Halbschale 12 in dieser nur einfach eingebracht ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Durchgangsöffnung 24 oberhalb der Anschlussöffnung 11 eingebracht, um eine Entlüftung der Ringkörpers 10 zu ermöglichen.FIGS. 8a and 8b show another embodiment of a
In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ringelementes 10 dargestellt, welches eine rechteckige bzw. quadratische Außenseite 18 aufweist. In Abhängigkeit des Einbauraumes kann die Kontur Vorteile aufweisen, zumal eine größere Oberfläche für einen Wärmeübergang zur Verfügung steht. Bezüglich der Anschlussöffnungen 11 und 11a sind diese pro Halbschale zweifach dargestellt, welche jedoch auch bei einem alternativen Ausführungsbeispiel nur einfach pro Halbschale vorgesehen sein können. Die Innenseite 17 ist in der Figur 9 als kreisrunde Kontur ausgebildet, welche jedoch ebenfalls als eckige oder ovale Kontur darstellbar ist.FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihren Ausführungen nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind eine Vielzahl von Varianten denkbar, welche von den dargestellten Lösungen ebenfalls bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen der Erfindung Gebrauch machen.The present invention is not limited in its embodiments to the specified embodiments. Rather, a variety of variants are conceivable, which also make use of the solutions shown in fundamentally different embodiments of the invention.
- 100100
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1010
- Ringkörperring body
- 1111
- Anschlussöffnungport opening
- 1212
- Halbschalehalf shell
- 1313
- Halbschalehalf shell
- 1414
- Rohrelementtube element
- 1515
- Erhebungsurvey
- 1616
- Trennstegdivider
- 1717
- Innenseiteinside
- 1818
- Außenseiteoutside
- 1919
- Seitenflächeside surface
- 2020
- Vertiefungdeepening
- 2121
- Belüftungsöffnungventilation opening
- 2222
- ringförmiges Trennelementannular separating element
- 2323
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 2424
- DurchgangsöffnungThrough opening
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