WO1997021968A2 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher Download PDF

Info

Publication number
WO1997021968A2
WO1997021968A2 PCT/EP1996/005491 EP9605491W WO9721968A2 WO 1997021968 A2 WO1997021968 A2 WO 1997021968A2 EP 9605491 W EP9605491 W EP 9605491W WO 9721968 A2 WO9721968 A2 WO 9721968A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
fluid
channel
flow
supply fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/005491
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO1997021968A3 (de
Inventor
Johannes Dickgreber
Aloysius Dickgreber
Original Assignee
Johannes Dickgreber
Aloysius Dickgreber
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johannes Dickgreber, Aloysius Dickgreber filed Critical Johannes Dickgreber
Priority to AU13690/97A priority Critical patent/AU1369097A/en
Publication of WO1997021968A2 publication Critical patent/WO1997021968A2/de
Publication of WO1997021968A3 publication Critical patent/WO1997021968A3/de

Links

Classifications

    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007—Water heaters
    • 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
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/28—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes
    • F24H1/287—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes with the fire tubes arranged in line with the combustion chamber
    • 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
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for heating a heat transfer fluid, in which a warm fluid delivery fluid of a heat exchanger with separate channels for the Warmeannon ⁇ and the heat transfer fluid flows through.
  • heat exchangers of the type mentioned are e.g. used in boilers. With such heat exchangers there is basically the problem of optimizing the heat transfer from the heating gases to the water serving as the heat transfer fluid. It should also be noted that the heat exchangers should be as small and compact as possible for economic reasons.
  • ⁇ S " DE 36 02 608 A 1 shows a double tube, round in cross-sections, for use for cooling hot hydraulic fluids in engines.
  • This round double tube has an all-round running on both round tubes and when viewed in the longitudinal direction a the radial
  • the invention has for its object to provide a device C " which has optimal heat transfer properties, which optimally cools down the heat supply fluid even under full load conditions, is compact and can be produced inexpensively.
  • the channels are formed by a double tube, that the inner tube form the channel for the heat supply fluid and the jacket space between the inner and outer tubes form the channel for the heat transfer fluid in that the tubes are plate-shaped approximately
  • the corresponding edge sides of the inner tube and jacket tube described can in each case be spaced apart or coincide as side walls to form common ones.
  • the device according to the invention thus has a heat exchanger
  • 2-Tscherplatte which has three channels: the plate-shaped heat supply fluid channel, and the two large-area heat transfer port fluid plate channels. Since the double tube is bent once or several times, all three channels have deflections, preferably by 180 °, so that the three-channel
  • 3C structure of the heat exchanger plate is also fully retained in the common deflection area.
  • the heat transfer fluid plates change the positions "above the heat supply fluid channel” and “below the 7th half of the heat supply fluid channel” after a 180 ° deflection.
  • the two heat transfer fluid plates may be edge-side to one or both sides with each other, so that in these cases not a two-part counter-flow of the heat carrying fluid takes place, but an undivided counter ⁇ "Ström the heat transfer fluid the plate-shaped
  • the heat supply fluid channel flows around on three sides or on all sides, and this also in the area of the bends or the 180 "deflection.
  • the three possible cross sections of the heat exchanger plate thus point around the plate-shaped heat supply fluid channel
  • the mass flow of the heat supply fluid from the mass flow 2_0 d of the heat transport fluid is not only on the top and bottom of two separate transport fluid partial flows but on an undivided mass flow either on three sides, i.e. on the top, bottom and one edge side, or on all sides, i.e. on the top -, underside and both edge sides, in countercurrent flow around 2 £ " , a division of the heat transport fluid flow by a simple branching of the lower inflow pipe is not necessary. In this case, a simple pipe connection is sufficient.
  • distribution pipes are preferably placed on the lower branch pipe or the upper branch pipe in such a way that they are welded end-to-end onto the end of one heat transfer fluid plate or the end of the other heat transport fluid plate " ⁇ 5 " which of course each have a flow passage to the pipe branches and on the other hand have holes on their welded-on longitudinal sides as passages to the heat transfer fluid plates.
  • the terminal manifolds described herein is just one required. Ermögli ⁇ chen a countercurrent also described above in the terminal region, three-channel Heat exchanger plate.
  • the heat supply fluid channel is, even when a combustion chamber or a heating gas chamber is connected upstream of the heat exchanger plate described, from the entry of the combustion or heating chamber at the flange and further via the channel-shaped connection to the plate-shaped ⁇ heating gas channel, the middle layer of the heat exchanger plate described, and in the further course of the plate-shaped heating gas channel up to the outlet nozzle there is always an undivided channel which causes an undivided flow of the heating fluid or heating gas -
  • 2.0 ström is always undivided and plate-shaped in the area of the internal delivery fluid channel.
  • Heat exchanger plate be common, identical partitions.
  • the bend or bends are necessary because the laminar IS " partial flows of the heat supply fluid flow, which cause a heat stratification, due to the turbulence that arises ⁇ lenzen be destroyed.
  • This profiling of the heat transfer walls, which are located between the fluid flows flowing in countercurrent, is structured transversely to the flow directions and is wave-like or partially circular or curvilinear in cross-section in such a way that on the two opposite sides, they delimit the heat-supply fluid channel on the surface Heat transfer walls in the profile section of partially circular or
  • the two large-area outer walls of the two heat transfer fluid plates which are identical to the two large area outer walls of the three-channel heat exchanger plate described above, can be used for greater turbulence in the heat transport fluid flow, which promotes heat absorption. is also to be profiled, in particular, in a wave-like manner transversely to the direction of flow.
  • the wave-like or part-circular or curvilinear profiling is dimensioned such that the specific length of one meter of the heat supply fluid
  • 2 ⁇ channels depending on the type of profile and especially in the case of the combination of cylindrical and cuboidal flow spaces, has approximately seven to nine cylindrical and correspondingly cuboidal flow spaces lying transversely to the direction of flow.
  • cylindrical flow spaces is about five to seven centimeters and corresponding to the diameter about ten to fourteen centimeters.
  • the specific length of one meter (Im) of the heat supply fluid channel also has about seven to nine now columnar flow spaces .
  • the diameter of the cross section of the cylindrical portion of this columnar space is also about ten to fourteen centimeters.
  • the outer radius of the cross sections of these columns, which runs through the lateral edge intersections of the column cross sections, is between approximately five and twelve centimeters, depending on the type of profile.
  • the successive, transverse C flow spaces can also be arranged offset from one another, whereby additional reversals are introduced.
  • This principle of the lateral displacement of the flow spaces or the asymmetrical displacement of the passages can be applied to all types of wave-like or partially circular or curved profile, that is also to the profile type with only one type of columnar flow spaces and the pointed, angular profile ribs.
  • the cheapest profile of all different possible, more or less special profiles is the j C ⁇ point symmetrical, standard corrugated sheet. With this profiling, there are round profile ribs on the surfaces of the heating duct walls and also only one type of transverse, columnar flow spaces. _0
  • Profiled pipes have the disadvantage in comparison to profiled plate channels that they have a lower capacity in relation to the mass flow to be implemented and are accordingly more expensive in terms of material and processing.
  • the three-channel heat exchanger plate according to the invention is preferably installed in an approximately horizontal position, but in principle vertical installation is also possible.
  • the described components of the three-channel mecanical plate, the two heat transfer fluid plates, of which one side forms the partition wall for internal heat supply fluid passage may inexpensive high quality incorporating square ⁇ "" and long lifetime can be produced.
  • the device according to the invention in the simplest case, for example, approximately 3 mm thick steel sheets are obtained which are given their ready-to-install shape by simple bending and folding.
  • the lateral sealing of the plate-shaped channels takes place during the manufacture of the heat exchanger by welding and / or with the aid of the same or different side plates or plate-shaped pieces which can be screwed on, welded on or otherwise tightly fastened.
  • the desired length is then cut from this "endlessly" profiled sheet metal, bent as required by the 180 ° deflections and laterally between
  • the profiling is also carried out in the 180 ° deflection area in such a way that the profiling is "endless"
  • One of the side plates can preferably be removed from the heat exchanger construction, so that the heat supply fluid channel can be opened laterally during maintenance and when
  • a variant of the heat exchanger described is when the heat exchanger is designed such that it can be opened laterally by means of a vertically running separating seam, and in this state the heat transfer fluid plates are laterally
  • plastic or ceramics as a material for the production can be provided with profiled or non-profiled heat transfer walls, e.g. when used as a corrosion-resistant primary metal or ceramic heat exchanger operated below the dew point or when used
  • the heat exchanger according to the invention is preferably connected downstream of a heating or combustion chamber into which the hot fluid is introduced or in which it is obtained by combustion.
  • the preferably lying columnar combustion chamber of the boiler is preferably surrounded by a water-carrying cylindrical, cuboid or otherwise columnar jacket.
  • connection of the combustion chamber to the plate-shaped heating gas channel of the heat exchanger is preferably carried out by means of a channel-shaped connector which is trapezoidal in the frontal longitudinal section or rectangular or otherwise of a similar type in the front longitudinal section.
  • connection of the water-carrying jacket of the combustion chamber to the heat transfer fluid plates, the two water-carrying plates of the three-channel heat exchanger plate described above is carried out via channel-shaped connecting pieces in the frontal longitudinal section or rectangular in the frontal longitudinal section and / or with the aid of connecting pipes or other connecting pieces.
  • a pressure sensor I 5 ⁇ for the generation of a control or regulating signal is installed in a primary boiler, which is connected directly or indirectly to a primary boiler heat exchanger, for regulating the mass flow of the heat supply fluid in the interior of the heat supply fluid channel.
  • the heat exchanger according to the invention can therefore also be used as a condenser in heating systems, whereby it consists of
  • FIG. 1 is a schematic, lateral longitudinal section through a boiler with a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic, lateral longitudinal section through a further embodiment of a heat exchanger according to the invention used in a heating boiler
  • FIG. 3 is a schematic, lateral longitudinal section through a third embodiment of a heat exchanger according to the invention applied in a boiler, s ⁇
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through a fourth or fifth or sixth embodiment of a heat exchanger according to the invention used in a boiler
  • Fig. 5 is a schematic section through a boiler according to FIG. 1 along the line V-V.
  • the heating boiler heat exchanger shown in FIG. 1 consists of the heating boiler heat exchanger head consisting of a cylindrical combustion chamber 1, and of a water-conducting jacket space 2 surrounding the combustion chamber with attached return pipe socket and burner flange and of the heat exchanger 43 or 44 and 1Q according to the invention from the channel-shaped connecting piece 32 between the boiler heat exchanger head and the heat exchanger 43 or 44 according to the invention.
  • the heating gases generated in the combustion chamber 1 pass through the heating gas channel 32a of the channel-shaped connecting piece 32 into the plate-shaped heating gas channel 3, the inner channel of the three-channel heat exchanger plate 43, and pass through the three 180 "deflections 7 on their way through the heating gas channel. 8 and 9 until they emerge from the exhaust pipe narrowing to the pipe.
  • the heat transport fluid here water, flows via the connecting pipe 26 and the subsequent branching into the two separate or laterally connected heat transport fluid plates 10 and 11, each consist of two sheet-like sheets and an enclosed heat transfer port fluid flow channel and which limit the internal heating gas channel 3 up and down and in the case of the edge-side connection of the two heat transfer fluid plates 10 and 11, the heating gas channel 3 not only at the top and bottom but also at least surrounded on one edge.
  • the two heat transfer fluid plates 10 and 11 bent three times by 180 ° form the two outer structural components of the three-layer heat exchanger plates 43 and 44 bent three times by 180 ".
  • FIG. 1 thus shows three 180 ° deflections 45 of the three-channel, here three times bent heat exchanger plate 44.
  • insulating spaces 24 are present between the vertically superposed floors of the heat exchanger plate 43, which are provided with insulating material e.g. Mineral wool can be filled.
  • insulating material e.g. Mineral wool
  • FIG. 1 The construction shown in FIG. 1 is given additional stability by the sheet metal strips 25 used.
  • FIG. 1 shows the basic element of the heat exchanger 43 according to the invention, here a three-channel heat exchanger plate 44 bent three times by 180 °, that is to say having the 2Q three 180 "deflections 45, which has two heat transport fluid plates 10 and 11 as construction components which are made of plan, non-profiled, only in the deflection area bent steel sheets.
  • the embodiment shown in FIG. 2 shows heat transfer walls 27 of the heat transfer fluid plates 10 and
  • 2_C channel 3 is in turn limited by the profiled heat transfer walls 27, which are the walls of the heat transfer fluid plates 10 and 11 facing the heating gas channel 3.
  • differently sized flow spaces are located in the heating gas duct, namely larger, cylindrical
  • FIG. 4 Such an example of a cross-sectionally circular or curvilinear profile is shown in FIG. 4 with profiled heat transfer walls 42. Point 47 marks the single-edged, pointed profile rib in this profile.
  • the walls 29 of the heat transfer fluid plates 10 and 11 facing away from the heating gas channel are also profiled C ⁇ namely wave-like, so that an optimal, turbulent flow behavior of the heat transfer fluid is generated.
  • the profiling can run on both walls of the two heat transport fluid plates 10 IQ and 11, which is not shown in the exemplary embodiment in FIG. 3.
  • the load-bearing structure corresponds to that shown in FIG. 2. Otherwise, three different profiles of the heat transfer walls that limit the plate-shaped heating gas channel are shown in FIG.
  • the heat transfer walls 42 are profiled in a partially circular or curvilinear cross-section such that single-edged, pointed profile ribs 47 and only one type of columnar flow spaces 49 occur in the plate-shaped heating gas channel.
  • the heat transfer walls 40 have a wave-like profile with blunt, round profile ribs 41 and also only one type of columnar heating gas channel flow spaces 39.
  • the heat transfer walls 48 show a profile in which the smaller heating channel flow spaces 30 are vertically offset from the larger 31.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Wärmetauscher (43, 44) mit plattenförmigem Doppelrohr (10, 11), wobei das Innenrohr den Kanal für das Wärmelieferfluid und der Mantelraum zwischen Innen- und Aussenrohr den bzw. die Kanäle für das Wärmetransportfluid bilden. Die plattenförmigen Rohre sind mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausgebildet, wobei mindestens die grossflächigen Aussenseiten des Innenrohres und die ihnen gegenüberliegenden, grossflächigen Innenseiten des Aussenrohres zueinander beabstandet sind. Das Wärmetransportfluid wird im Gegenstrom zum Wärmelieferfluid geführt. Das plattenförmige Doppelrohr ist ein- oder mehrfach umgebogen. Es erfolgt so auch im Bereich der Umbiegung eine konsequente Aufrechterhaltung des Gegenstromprinzips. Eine quer zur Strömung ausgerichtete Profilierung der wärmeübertragenden, grossflächigen Seitenwände (27) der Strömungskanäle schafft im Wärmelieferfluidkanal querliegende, säulenförmige Turbulatorräume, welche untereinander mit Durchgängen bzw. Öffnungen verbunden sind, die kleinere Strömungsquerschnitte besitzen.

Description

5-
Wärmetauscher
Beschreibung
f5" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmetransportfluids, bei der ein Warmelieferfluid einen Wärmetauscher mit getrennten Kanälen für das Warmeliefer¬ fluid und das Wärmetransportfluid durchströmt. Wärmetau¬ scher mit getrennten Kanälen für die am Wärmetauschprozeß
2.0 beteiligten Fluide sind Stand der Technik.
Herkömmliche Wärmetauscher der genannten Art werden z.B. bei Heizkesseln eingesetzt. Bei solchen Wärmetauschern be¬ steht grundsätzlich das Problem einer Optimierung der Wär- 2iTmeübertragung von den Heizgasen auf das als Wärmetransport- fluid dienende Wasser. Dabei ist auch zu beachten, daß die Wärmetauscher aus wirtschaftlichen Gründen möglichst klein und kompakt sein sollten.
*2)C Als nächstliegender Stand der Technik zeigt die
DE 41 40 953 A 1 einen Lufterwärmungsapparat, der einen kastenförmigen Strömungsraum aufweist, in dem mehrere, pa¬ rallele, runde Rohre den zweiten Strömungsraum bilden.
^S" Die DE 36 02 608 A 1 zeigt ein in den Querschnitten rundes Doppelröhr zur Anwendung für die Kühlung von heißen, hydraulischen Flüssigkeiten in Motoren. Dieses runde Dop¬ pelrohr weist an beiden runden Rohren eine rundum verlau¬ fende und wenn in Längsrichtung betrachtet eine die Radial-
<+C ebenen regelmäßig verändernde Profilierung auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung C" zu schaffen, die optimale Wärmeübergangseigenschaften hat, die das Warmelieferfluid auch unter Vollastbedingungen opti¬ mal herunterkühlt, kompakt ist und p r e i s w e r t herge¬ stellt werden kann.
[0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kanäle durch ein Doppelrohr gebildet sind, daß das Innenrohr den Kanal für das Warmelieferfluid und der Mantelraum zwi¬ schen Innen- und Außenrohr den Kanal für das Wärmetransport- fluid bilden, daß die Rohre plattenformig mit annähernd |Crechteckigem Querschnitt ausge-bildet sind und daß minde¬ stens die großflächigen Außenseiten des Innenrohres und die ihnen gegenüberliegenden großflächigen Innenseiten des Aus¬ senrohres zueinander beabstandet sind, wobei das Wärmetrans¬ portfluid im Gegenstrom zum Warmelieferfluid strömt.
IG
Die entsprechenden Kantenseiten des beschriebenen Innenroh¬ res und Mantelrohres können jeweils beabstandet sein oder als Seitenwände zu gemeinsamen zusammenfallen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also eine Wärmetau-
2-Tscherplatte auf, die drei Kanäle besitzt: den plattenförmi¬ gen Wärmelieferfluidkanal , und die beiden großflächenseiti- gen Wärmetrans-portfluidplattenkanäle. Da das Doppelrohr einmal oder mehrfach umgebogen ist, weisen alle drei Kanäle Umlenkungen, vorzugsweise um 180°, auf, sodaß die dreikana-
3C lige Struktur der Wärmetauscher-platte auch in dem gemeinsa¬ men Umlenkungsbereich voll erhalten bleibt. Bei horizonta¬ lem Einbau der Wärmetauscherplatte wechseln die Wärmetrans¬ portfluidplatten nach einer 180°-Umlenkung jeweils die Posi¬ tionen "oberhalb des Wärmelieferfluidkanales" und "unter- '7. ζ halb des Wärmelieferfluidkanales" . Die beiden Wärmetransportfluidplatten können kantenseitig einseitig oder beidseitig miteinander verbunden sein, sodaß in diesen Fällen nicht ein zweigeteilter Gegenstrom des Wärmetransportfluids erfolgt, sondern ein ungeteilter Gegen- ζ" ström des Wärmetransport-fluids den plattenförmigen
Wärmelieferfluidkanal dreiseitig oder allseitig umfließt, und das auch im Bereich der Umbiegungen, bzw. der 180"-Umlen¬ kung. Die drei möglichen Querschnitte der Wärmetauscherplat¬ te zeigen also um den plattenförmigen Wärmelieferfluidkanal
10 zwei flächenseitige, plattenförmige Wärmetransportfluidkanäle oder einen U-flächen-förmigen oder einen peripherrechteck- flächensektorförmigen Wärmetransportfluidkanal . Im Falle der hier beschriebenen, seitlichen Verbindung der Wärmetransportfluidplatten besteht diese einseitige oder l'C" beidseitige kantenseitige Verbindung auch im Bereich der Umbiegung bzw. der 180"-Umlenkung, falls eine erfindungsge¬ mäße Wärmetauscherplatte umgebogen ist.
Wenn der Massenstrom des Wärmelieferfluides vom Massenstrom 2_0 des Wärmetransportfluides nicht nur an der Ober- und Unter¬ seite von zwei getrennten Transportfluidteilströmen sondern von einem ungeteilten Massenstrom entweder dreiseitig, also an Ober-, Unter- und einer Kantenseite, oder allseitig, also an Ober-, Unter- und beiden Kantenseiten, im Gegenstrom um- 2£" strömt wird, ist eine Zweiteilung des Wärmetransportfluid- stromes durch eine einfache Verzweigung des unteren Ein¬ strömrohres nicht erforderlich. In diesem Falle ist eine ein¬ fache Rohranbindung ausreichend.
Im Falle der zweigeteilten Ausgestaltung des Einströmrohres ^Cwerden bevorzugt jeweils an das untere Abzweigrohr bzw. das obere Abzweigrohr Verteilerohre gesetzt in der Weise, daß sie endständig auf jeweils das Ende der einen Wärmetrans¬ portfluidplatte bzw. das Ende der anderen Wärmetransport- fluidplatte endkantenseitigverlaufend aufgeschweißt sind, ^5" die natürlich zum einen jeweils zu den Rohrabzweigen einen Strömungsdurchgang haben und zum anderen an ihren aufge¬ schweißten Längsseiten als Durchgänge zu den Wärmetransport- fluidplatten Bohrungen besitzen. Ist im Falle der dreiseitigen oder allseitigen Ummantelung des Wärmelieferfluidkanales durch den Wärmetransportfluid- ζ" kanal der Einströmrohrstutzen ungeteilt, dann ist nur ein wie zuletzt beschriebenes Verteilerrohr notwendig. Die hier beschriebenen endständigen Verteilerrohre ermögli¬ chen einen Gegenstrom auch im endständigen Bereich der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscherplatte.
(0 Bei der beschriebenen Vorrichtung ist der Wärmelieferfluid¬ kanal auch dann, wenn eine Brennkammer bzw. eine Heizgas¬ kammer der beschriebenen Wärmetauscherplatte vorgeschaltet ist, vom Eintritt der Brenn- bzw. Heizkammer am Flansch und weiter über die kanalförmige Anbindung an den plattenförmi- l <^ gen Heizgaskanal, der mittleren Lage der beschriebenen Wär¬ metauscherplatte, und im weiteren Verlauf des plattenförmi¬ gen Heizgaskanales bis zum Austrittsstut-zen immer ein un¬ geteilter Kanal, der einen ungeteilten Strom des Wärmelie¬ ferfluides bzw. Heizgases bedingt. Dieser Wärmelieferfluid-
2.0 ström ist im Bereich des innenliegenden Lieferfluidkanales immer ungeteilt und plattenformig.
Die Außenwände der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte, die wenn durch die 180"-Umlenkung umgebogen die Positionen "oben" und "un-ten" von Etage zu Etage wechseln, sind zwecks
2.b eines homogeneren Wärmeüberganges vom Lieferfluid in das Transportfluid voneinder getrennt und vorzugsweise auch mit Isoliermaterial voneinander ab-geschirmt.
Zwecks wirtschaftlicherer Materialnutzung und wegen kompak¬ terer Bauweise können diese ober-, bez. unterseitigen Außen-
"IQ wände der ubereinanderliegenden Lagen der beschriebenen
Wärmetauscherplatte gemeinsame, identische Trennwände sein.
Durch die plattenförmige Führung des Wärmetransportfluides im Gegenstrom zum plattenförmigen Strom des Wärmelieferflui- 3J*des unter konsequenter Beibehaltung dieser im Querschnitt annähernd rechteckigen Stromführungen auch im Bereich der Umlenkung bzw. der Um-lenkungen wird der unter diesen Bedin¬ gungen mögliche Wärmeübergang optimiert und an den physika¬ lisch idealen Wärmeübergang angenähert. Die annähernd rechteckigen Querschnitte der Strömungskanäle im Bereich der Umlenkungen sollten mindestens so groß sein,
C wie die kleinsten Querschnitte des Wärmelieferfluidkanales bzw. des oder der Wärmetransportfluidkanäle. Dadurch werden die an dieser Stelle ungewollten Strömungswiderstände im In¬ neren dieser Strömungskanäle minimiert, was für die optimale Auslegung der Leistung der Gebläse bzw. Förderpumpen wichtig i D ist.
Der spezifische Wärmeübergang zweier Fluide im Gegenstrom ist unter idealen Bedingungen um die Hälfte besser als der spezifische Wärmeübergang zweier Fluide im Kreuzstrom.
(_> Durch die plattenförmige Ausgestaltung und Verlängerung der Kanäle, die beliebig bis zur technischen und materialökono¬ mischen Optimierung möglich ist, können aufgrund der großen Wärmeübergangs-flächen zwischen dem Strom des Wärmeliefer- fluides und dem Strom des Wärmetransportfluides entspre-
*2Q chend hohe Wärmemengen übertragen werden.
Für einen noch besseren Wärmeübergang sind die Umbiegung bzw. die Umbiegungen, bevorzugt die 180°-Umlenkung bzw die 180°- Umlenkungen notwendig, weil dadurch die laminaren IS" Teilströme des Wärme-lieferfluidstromes, die eine Wärme¬ schichtung verursachen, aufgrund der entstehenden Turbu¬ lenzen zerstört werden.
Die Verkürzung der Wärmeübergangsflächen - und somit eine ~^ Q, kompaktere, kleinere Bauweise des Gerätes - des schon durch das Gegenstromprinzip optimierten Wärmetauschers mit glatten Trennwänden zwischen Warmelieferfluid und Wärmetransport- fluid wird durch eine Profilierung dieser Wärmeübergangs- wände erreicht, welche die flächigen Seitenbleche der "*,5~Wärmetransportfluidplatten sind, die den innenliegenden Kanal des Wärmelieferfluides bzw. den Heizgaskanal bilden. Zur Erzeugung von Wärmeübergangsfördernden Turbulenzen ver¬ läuft die Profilierung quer zur Strömungsrichtung der Fluidströme, die im Gegenstrom fließen. Diese Profilierung der Wärmeübergangswände, die sich zwi¬ schen den im Gegenstrom fließenden Fluidströmen befinden, ζ~ ist quer zu den Strömungsrichtungen strukturiert und wellen¬ artig oder im Querschnitt teilkreisförmig bzw.krummlinig dergestalt, daß gegenüberliegend an den beiden, den Wärme¬ lieferfluidkanal flächenseitig begrenzenden Wärmeüber¬ gangswänden im Pro-filquerschnitt teilkreisförmige bzw.
(Q krummlinige, ge-genüberliegende Ausbauchungen in die Wärme¬ transportfluidkanäle bzw. den Wärmelieferfluidkanal hinein resultieren.
Dadurch werden quer zur Strömungsrichtung liegende Strö¬ mungsräume, sogenannte Turbulatorräume, im Wärmelieferfluid-
/i> kanal gebildet, welche unterschiedliche Querschnitte haben, wobei entweder jeweils größere, säulenförmige z.B. zylin- derförmige Strömungsräume voneinander durch kleinere, säulenförmige z.B. quaderförmige Strömungsräume oder jeweils gleichgroße, säulenförmige Strömungsräume voneinander durch XD spitzkantige, blendenartige oder rundwul-stige Verengungen getrennt sind.
Diese Struktur des Heizgaskanales mit periodisch auftreten¬ der Erweiterung bzw. Verringerung des Strömungsquerschnittes
2_S"durch runde Ausbauchungen der Wände des Wärmelieferfluidka¬ nales bzw.durch ein-kantige, mehrkantige oder runde Einbuch¬ tungen in den plattenförmi-gen Wärmelieferfluidkanal hinein erzeugt im Massenstrom des Wärme-lieferfluides unterschied¬ liche Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke.
3C Die Strömung eines gasförmigen Wärmelieferfluides durch die Abfolge von querliegenden zylinderförmigen und quaderförmi¬ gen Räumen hat einen Wechsel von Gaskompression und Gasex¬ pansion zur Folge. Beim Eintritt des Massenstromes in den quaderförmigen Raum erfolgt eine Gaskompression und somit
"l^" eine Erhöhung der kinetischen Ener-gie und entsprechend eine Temperaturerhöhung, also eine Temperaturdifferenzerhöhung und eine Förderung des Wärmeüberganges zum Transportfluid hin. Beim Einströmen in den größeren, zylinderförmigen Raum geschieht eine Turbulenz verursachende Gasexpansion und auf- C grund der Volumenerweiterung eine Herabsetzung der Strömungs¬ geschwindigkeit. Durch die so erzeugte Turbulenz und also durch die Verhinderung von laminaren Gasschichtungen mit einem Wärmegradienten bei gleichzeitiger Verlangsamung des Gasmassenstromes wird die Wärmeabgabe des Wärmelieferflui- (0 des an die wärmeleitende Trenn-wand zum Wärmeübergang in das wärmeaufnehmende Wärmetransportfluid optimal gefördert. Die Wärme des Heizgasmassenstromes wird durch diese perio¬ disch aufeinanderfolgenden Kompressions- und Expansions¬ schritte gleichsam ausgewrungen und an das Wärmetransport-
|J>~ fluid abgegeben.
Mathematisch können diese dynamischen Gaszustände im Heiz¬ gaskanal durch eine vereinigte Ableitung von Allgemeiner Gasgleichung und Bernoulli ' scher Gleichung annäherungsweise dargestellt werden.
2.0 Die zwei großflächigen Außenwände der zwei Wärmetransport- fluidplatten, die identisch sind mit den beiden großflächi¬ gen Außenwänden der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscherplatte, können zwecks größerer Turbulenz im Wärmetransportfluidstrom, welche für die Wärmeaufnahme för-
Figure imgf000009_0001
ist, ebenfalls insbeson-dere wellenartig quer zur Strömungsrichtung profiliert sein.
Ein noch wirksameres teilkreisförmiges, bzw. krummliniges Plattenprofil ist, wenn die zwei im oben beschriebenen Pro¬ fil zur Strö-mung querlaufenden Längsschnittflächen des
^0 Wärmelieferfluidkanales, die gleichzeitig begrenzende Seitenflächen des quaderförmigen Strömungsraumes sind, miteinander zum Quaderförmigen Raum hin zur Deckung gebracht werden. Dadurch verschwindet der quaderförmige Strömungs¬ raum, es liegt anstatt der zur Strömungsrichtung querverlau- iϊ~fenden, im Querschnitt stumpfen Profilrippe eine im Quer¬ schnitt spitze Profilrippe vor. Anstatt zweier verschieden¬ artiger Strömungsräume, nämlich quaderförmiger und zylin¬ derförmiger, liegt nur eine Art von Strömungsräumen vor, nämlich säulenförmige. Bei dieser zuletzt beschriebenen, teilkreisartigen bzw. krummlinigen Profilierung mit spitzen Profilrippen funktioniert das oben beschriebene Prinzip der
£~ periodisch aufeinanderfolgenden Gaskommpression und Gasex¬ pansion noch besser, weil aufgrund des anstatt kanalförmi- gen, quaderförmigen Durchganges zwischen den größeren, zylinderförmigen Strömungsräumen jetzt zwischen den säulen¬ förmigen Strömungsräumen an den spitzen, einkantigen und
ID gegenüberliegenden Profilrippen der beiden flächigen Heiz¬ gaskanalwände ein rechteckblendenartiger Durchgang vorliegt, der zwar die Gaskompression und Gasexpansion und somit die gewünschten Turbulenzen zuläßt, aber wodurch gleichzeitig die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, die sich negativ
[ ς" auf den Wärmeübergang auswirkt, bezogen auf die Zeit und den Raum minimiert wird.
Die wellenartige oder teilkreisförmige bzw. krummlinige Pro¬ filierung ist von den Maßen her so dimensioniert, daß die spezifische Länge von einem Meter des Wärmelieferfluid-
2θ kanales je nach Art des Profiles und speziell im Falle der Kombination von zylinder-förmigen mit quaderförmigen Ξtrö- mungsräumen etwa sieben bis neun zylinderförmige und ent¬ sprechend quaderförmige quer zur Strömungs-richtung liegende Strömungsräume aufweist. Der Radius des Quer-schnittes der
2.S"zylinderförmigen Strömungsräume beträgt etwa fünf bis sieben Zentimeter und entsprechend der Durchmesser etwa zehn bis vierzehn Zentimeter.
Im Falle anderer wellenartiger, teilkreisförmiger bzw. krummliniger Profile wie z.B. wie oben beschrieben mit einer Profilierung, die nur eine Sorte von säulenförmigen Strö¬ mungsräumen besitzt, hat die spezifische Länge von einem Meter (Im) des Wärmelieferfluidkanales auch etwa sieben bis neun jetzt säulenförmige Strömungsräume. Der Durchmesser des Querschnittes des zylindrischen Anteiles dieses säulenförmi- sΛ«fgen Raumes beträgt ebenfalls etwa zehn bis vierzehn Zentime¬ ter. Der Außenradius der Querschnitte dieser Säulen, der die seitlichen Kantenschnittpunkte der Säulenquerschnitte durch¬ läuft, liegt je nach Profilart zwischen etwa fünf und zwölf Zentimeter. Für eine noch bessere Turbulenz im Massenstrom des Wärmelie- ferfluides können die aufeinanderfolgenden, querliegenden C Strömungsräume auch zueinander versetzt angeordnet sein, wo¬ durch zusätzliche Umkehrungen eingeführt werden. Dieses Prinzip der seitlichen Versetzung der Strömungsräume bzw. der unsymmetrischen Versetzung der Durchgänge kann auf alle Typen der wellenartigen bzw. teil-kreisförmigen bzw. krümm¬ t linigen Profilierung angewendet werden, also auch auf den Profiltyp mit nur einer Sorte säulenförmiger Strömungsräume und den spitzen, kantigen Profilrippen. — Das preisgünstigste Profil aller verschiedenen möglichen, mehr oder oder weniger speziellen Profilierungen ist das jC~ punktsymmetrische, handelsübliche Wellblech. Bei dieser Profilierung sind an den Flächen der Heizkanalwände runde Profilrippen und auch nur eine Sorte von querliegenden, säulenförmigen Strömungsräumen. _0 Verschiedene Profilierungen mit niedriger Profiltiefe bei heizgasführenden Rohren sind Stand der Technik. Profilierte Rohre haben im Vergleich zu profilierten Plattenkanälen den Nachteil, daß sie bezogen auf den durchzusetzenden Massen¬ strom eine geringere Kapa-zität besitzen und entsprechend b teurer in puncto Material und Verarbeitung sind.
Die erfindungsgemäße, dreikanalige Wärmetauscherplatte auch, wenn ein- oder mehrfach umgebogen, wird bevorzugt in etwa horizontaler Lage eingebaut, grundsätzlich ist jedoch auch ein vertikaler Einbau möglich.
Die beschriebenen Bestandteile der dreikanaligen Wärmetau¬ scherplatte, die zwei Wärmetransportfluidplatten, von denen jeweils eine Seite die Trennwand zum innenliegenden Wärmelieferfluidkanal bildet, können preiswert mit hoher Qua- ^""lität und langer Lebensdauer hergestellt werden. Für die Produktion der erfindungsmäßigen Vor-richtung werden im einfachsten Falle z.B. etwa 3mm dicke Stahlbleche, die ihre einbaufertige Formgebung durch einfaches Umbiegen und Abkan¬ ten erhalten. Die seitliche Abdichtung der plattenförmigen Kanäle erfolgt ζ~ bei der Herstellung des Wärmetauschers durch Verschweißung und/oder mit Hilfe von gleichen oder verschiedenen Seiten¬ platten bzw. plat-tenförmigen Stücken, die aufgeschraubt, aufgeschweißt oder sonstwie dicht befestigt werden können.
(fr Im Falle der wellblechartigen oder auch spezielleren Profi¬ lierung der plattenförmigen Wärmeübergangswände, die den Wärmelieferfluid-kanal großflächig begrenzen, können z.B. 3mm dicke, speziell profi-lierte oder handelsüblich profi¬ lierte Bleche eingesetzt werden, die längsprofiliert sind
|$~wie zum Beispiel im einfachsten Falle des punktsymmetri¬ schen Wellbleches. Die handelsüblichen, längsprofilierten Bleche werden auf die erforderlichen Längen mittels Quer¬ teilanlagen abgelängt und dann bei der Herstellung des Wärmetauschers entsprechend weiterverarbeitet.
Um aber die Zahl der Schweißnähte zu reduzieren, ist es besser, auf ein "endlos" aufgerolltes und auf die gewünsch¬ te Breite geschnittenes Blech "endlos" mit einem entspre¬ chenden Rollprofilie-rungswerkzeug das gewünschte Profil 2_b~ aufzubringen.
Von diesem "endlos" profilierten Blech wird dann die gewünschte Länge abgeschnitten, entsprechend, wie die 180°- Umlenkungen es erfordern, umgebogen und seitlich zwischen
^0 Blechstreifen, bzw Blechplatten fixiert und zugeschweißt oder sonstwie abgedichtet, sodaß gas- bzw. flüssigkeits¬ dichte, plattenförmige Kanäle ent-stehen. Zweckmäßigerweise läßt man die Profilierung auch im 180°-Umlenkungsbereich durchlaufen, in der Weise, daß die "endlos" profilierten
"l«f Bleche nur entsprechend umgebogen werden. Vorzugsweise ist eine der seitlichen Platten von der Wärme¬ tauscherkonstruktion abnehmbar, sodaß der Wärmelieferfluid¬ kanal bei einer Wartung seitlich zu öffnen und bei Ver-
C~ schmutzung bequem gereinigt werden kann.
Eine Variante des beschriebenen Wärmetauschers ist, wenn der Wärmetauscher mittels einer vertikal verlaufenden Trenn¬ naht seitlich aufklappbar gestaltet wird und in diesem Zu¬ stande die Wärmetransportfluidplatten seitlich durch Ver-
\Q schweißung verschlossen sind, der Wärmelieferfluidkanal aber auf diese Weise geöffnet, und eine Wartung des Innenraumes vorgenommen werden kann. Dabei wird in die Trennaht eine Dichtung aus Mineralfasermaterial oder aus sonstigem, hochtemperaturbeständigem Dichtstoff eingelegt. Diese Varian- lS~te hat den Vorteil, daß nicht nur die beiden großflächigen sondern auch beide Kantenseiten des Wärmelieferfluidkanales im Gegenstrom vom Wärmetransportfluid umströmt werden.
Die Verwendung von anderen Metallen als Stahlblech oder
2.0 Kunststoff oder Keramik als Werkstoff für die Herstellung ist je nach Verwen-dung des Wärmetauschers mit profilierten oder nichtprofilierten Wärmeübergangswänden, z.B. bei Ver¬ wendung als unter dem Taupunkt betriebenem korrosionsfesten, primärem Metall- oder Keramikwärmetauscher oder bei Verwen-
2_b düng als dem primären Heizkessel-wärmetauscher nachgeschal¬ teten Kondensator, ebenfalls möglich.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird vorzugsweise einer Heiz- oder Brennkammer nachgeschaltet, in die das Warmelie¬ ferfluid eingeleitet oder in der es durch Verbrennung er-
~\ 0 zieugt wird. Beim Einsatz des Wärmetauschers in einer Hei¬ zungsanlage ist die bevorzugt liegend-säulenförmige Brenn¬ kammer des Heizkessels vor-zugsweise von einem wasserfüh¬ renden zylindrischen, quaderförmigen oder sonstwie säulen¬ förmigen Mantel umgeben.
3.")" Die Anbindung der Brennkammer an den plattenförmigen Heiz¬ gaskanal des Wärmetauschers erfolgt dabei vorzugsweise mit¬ tels eines kanal-förmigen im frontalen Längsschnitt trapez¬ förmigen oder im fronta-len Längsschnitt rechteckigförmigen oder sonstwie gearteten Anschlußstückes. Die Anbindung des wasserführenden Mantels der Brennkammer an die Wärmetransportfluidplatten, die zwei wasserführenden ζ Platten der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscher¬ platte erfolgt über kanalförmige im frontalen Längsschnitt trapezförmige oder im frontalen Längsschnitt rechteckige Anschlußstücke und/oder mit Hilfe von Verbindungsrohren oder sonstigen Anschlußstücken.
10
Erfindungsgemäß wird in einem einem primären Heizkesselwär¬ metauscher unmittelbar oder mittelbar nachgeschalteten Kon¬ densator zur Regelung des Massenstromes des Wärmelieferflui¬ des im Inneren des Wärmelieferfluidkanales ein Drucksensor I 5~ für die Erzeugung eines Steuer- bzw. Regelsignales instal¬ liert.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann also auch als Konden¬ sator in Heizungsanlagen eingesetzt werden, wobei es aus
OQ strömungs- und wärmetechnischen Gründen sinnvoll ist, den Druck des in den als Kondensator genutzten Wärmetauscher einströmenden Wärmeliefer-fluides bzw. Heizgases zu regeln. Zur Erzeugung des entsprechenden Steuer- bzw. Regelsignales wird dann im Inneren des Heizgaskanales ein Drucksensor
'2.ST installiert.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft veranschau¬ licht und wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen im 30 Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch einen Heizkessel mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher,
Fig. 2 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsge¬ mäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel, Fig. 3 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel, s~
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte bzw. ünfte bzw. sechste Ausführungsform eines erfin¬ dungsgemäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel,
ID
Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Heizkessel gemäß Fig. 1 längs der Linie V-V.
Der in Fig. 1 dargestellte Heizungskesselwärmetauscher be¬ isteht aus dem Heizkesselwärmetauscherkopf bestehend aus einer zylinderförmigen Brennkammer 1, und aus einem die Brennkammer umgebenden, wasserführenden Mantelräum 2 mit angesetztem Rücklaufrohrstutzen und Brennerflansch und aus dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher 43 bzw. 44 und 1Q aus dem kanalförmigen Anschlußstück 32 zwischen dem Heiz¬ kesselwärmetauscherkopf und dem erfindungsgemäßen Wärme¬ tauscher 43 bzw. 44.
Die in der Brennkammer 1 erzeugten Heizgase gelangen durch den Heizgaskanal 32a des kanalförmigen Anschluß -JJTstückes 32 in den plattenförmigen Heizgaskanal 3, dem in¬ neren Kanal der dreikanaligen Wärmetauscherplatte 43, und passieren auf ihrem Weg durch den Heizgaskanal die drei 180"-Umlenkungen 7, 8 und 9, bis sie aus dem sich zum Rohr verengenden Abgasstutzen austreten. T)C Das Wärmetransportfluid, hier Wasser, strömt über das Anschlußrohr 26 und die nachfolgende Verzweigung in die zwei voneinander ge-trennten oder seitlich verbundenen Wärmetransportfluidplatten 10 und 11, die jeweils aus zwei tafelförmigen Blechen und einem eingeschlossen Wärmetrans- ^S portfluidströmungskanal bestehen und die den innenliegenden Heizgaskanal 3 nach oben und unten begrenzen und im Falle der kantenseitigen Verbindung der zwei Wärmetransportfluid¬ platten 10 und 11 den Heizgaskanal 3 nicht nur flächig oben und unten sondern auch mindestens an einer Kante umgeben. Die zwei dreimal um 180° umgebogenen Wärmetransportfluidplat¬ ten 10 und 11 bilden die beiden äußeren Konstruktionskompo- £" nenten der dreilagigen, dreimal um 180" umgebogenen Wärmetau¬ scherplatte 43 bzw. 44. Fig. 1 zeigt also drei 180°-Umlen- kungen 45 der dreikanaligen, hier dreimal umgebogenen Wärme¬ tauscherplatte 44.
/(? Auf seinem Weg durch die Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 passiert das Wasser die 180°-Umlenkungen 18, 19, 20, 21, 22 und 23 bis es durch die Strömungskanäle 35~des Anschlußstük- kes 32 in den die Brennkammer umgebenden Mantel 2 gelangt, an der Brennkammer 1 entlangströmt und den Heizkessel am l b Kesselvorlaufstutzen 36 ver-läßt. Wie aus Fig. 1 auch deut¬ lich wird, wechseln die Wärmetrans-portfluidplatten 10 und 11 bedingt durch die 180"-Umlenkungen 45 der Wärmetau¬ scherplatte 43 ihre Positionen "oberhalb des Heizgaska- nales" und "unterhalb des Heizgaskanales" von Etage zu
2.0 Etage. Zwischen den vertikal ubereinanderliegenden Etagen der Wärmetau-scherplatte 43 sind in der in dieser Abbil¬ dung Fig. 1 gezeigten Ausführung Isolierräume 24 vorhan¬ den, die mit Isoliermaterial z.B. Mineralwolle ausgefüllt werden können.
'2S Die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion erhält zusätzliche Stabilität durch die eingesetzten Blechstreifen 25.
Fig. 1 zeigt das Grundelement des erfindungsgemäßen Wärme¬ tauschers 43, hier eine dreimal um 180° umgebogene, also die 2Q drei 180"-Umlenkungen 45 aufweisende, dreikanalige Wärmetau¬ scherplatte 44, die zwei Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 als Konstruktionskomponenten besitzt, die aus planen, nicht-profilierten, nur im Umlenkungsbereich umgebogenen Stahlblechen bestehen. Demgegenüber zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 Wärmeübergangswände 27 der Wärmetransportfluidplatten 10 und
*j~ 11, die zum Heizgaskanal hin liegen und eine quer zu den Strömungsrichtungen teilkreisförmig bzw. krummlinige ausge¬ buchtete Profilierung dergestalt aufweisen, daß daraus in dem durch diese so profilier-ten Wände 27 gebildeten, plat¬ tenförmigen Heizgaskanal verschieden große Strömungsräume,
10 nämlich größere zylinderförmige 33 und klei-nere quaderför¬ mige 34 resultieren. Die einzelnen Etagen der dreimal um 180° umgebogenen Wärmetauscherplatte 44 und also die plat¬ tenförmigen Wärmetransportfluidströmungskanäle der Wärme¬ transportfluidplatten 10 und 11 sind in diesem Ausführungs- jy beispiel Fig. 2 durch eine gemeinsame Trennwand 28 von¬ einander getrennt, wobei also bei diesem Ausführungsbeispiel auf die Isolierzwischenräume 24 (s. Fig.l) verzichtet wurde.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der Heizgas-
2_C kanal 3 wiederum durch die profilierten Wärmeübergangswände 27, welche die zum Heizgaskanal 3 hin liegenden Wände der Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 sind, begrenzt. Auch bei dieser Ausführung liegen im Heizgaskanal unter¬ schiedlich große Strömungsräume nämlich größere, zylinder-
'2-5" förmige 33 und klei-nere quaderförmige Strömungsräume vor. Daraus resultieren zweikan-tige, stumpfe Profilrippen an der Oberfläche der profilierten Wärmeübergangswände 27. Dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetau¬ schers gemäß Fig. 3 ist auch in einer Variation mit einkan-
^C tigen, spitzen Profilrippen herstellbar. Dieses andere Pro¬ fil der Wärmeüber-gangswände 27 wird deutlich, wenn die gedachten, rechteckförmigen Längsschnittflächen 46 zwischen den verschiedenartigen Srömungs-räumen 33 und 34 zur Quader¬ seite hin ineinander überführt und zur Deckung gebracht wer-
'^S'clen. Ein solches Beispiel eines im Querschnitt teilkreis¬ förmigen, bzw. krummlinigen Profiles ist in Fig. 4 mit profilierten Wärmeübergangswänden 42 dargestellt. Punkt 47 markiert die in diesem Profil einkantige, spitze Profil¬ rippe. In Abb. 3 sind die dem Heizgaskanal abgewandten Wände 29 der Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 ebenfalls profiliert C~ nämlich wellenartig, sodaß ein optimales, turbulenzreiches Strömungsver-halten des Wärmetransportfluides erzeugt wird.
Im Bereich der 180"-Umlenkungen 45 kann die Profilierung an jeweils beiden Wänden der zwei Wärmetransportfluidplatten 10 IQ und 11 durchlaufen, was allerdings an dem Ausführungsbei¬ spiel in Fig.3 nicht dargestellt ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform entspricht die tragende Konstruktion dem in Fig. 2 gezeigten, •ύ Ansonsten werden in Fig. 4 drei verschiedene Profilierungen der Wärmeübergangswände, die den plattenförmigen Heizgaska¬ nal begrenzen, dargestellt.
Die Wärmeübergangswände 42 sind im Querschnitt teilkreisför- 2Qmig bzw. krummlinig so profiliert, daß einkantige, spitze Profilrippen 47 und nur eine Sorte von säulenförmigen Strö¬ mungsräumen 49 im plattenförmigen Heizgaskanal auftreten.
Die Wärmeübergangswände 40 weisen eine wellenartige Profi- X^lierung mit stumpfen, runden Profilrippen 41 und ebenfalls nur eine Sorte von säulenförmigen HeizgaskanalStrömungs¬ räumen 39 auf.
Im unteren Bereich von Fig. 4 zeigen die Wärmeübergangs- Λ^ wände 48 eine Profilierung, bei der die kleineren Heizka¬ nalströmungsräume 30 gegenüber dem größeren 31 vertikal versetzt sind.
Die in Fig. 4 dargestellten Profilierungen der den Heizka- ^S~nal begrenzenden Wärmeübergangswände können natürlich auch in der Konstruktionsweise des erfindungsgemäßen Wärmetau¬ schers wie in Fig.3 gezeigt verwirklicht werden. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schnitt ist das Ausfuhrungsbei- " spiel aus Fig. 1 entlang der Linie V-V dargestellt. In die¬ ser Schnittdarstellung ist schematisch ein trapezförmiger Schnitt durch ein entsprechendes Anschlußstück 32 zu erken¬ nen, welches die Brennkammer 1 an den Heizgaskanal 3 des Wärmetauschers 43 anbindet.
Wärmetauscher
Bezugszeichenliste
1 Brennkammer
2 Mantelräum
3 plattenförmiger Wärmelieferfluidkanal
7 180"-Umlenkung des Wärmelieferfluidkanales
Q M II M ll
Q II II II II
10 Wärmetransportfluidplatte
11 Wärmetransportfluidplatte
18 bis 23 180"-Umlenkungen der Wärmetransport- fluidplatten 10 und 11 24 Isolierraum
26 Anschlußrohr
27 teilkreisförmig bzw. krummlinig profilierte Wärmeüber¬ gangswand mit zweikantigen, stumpfen Profilrippen
28 gemeinsame, nicht profilierte Außenwand zweier anein¬ anderliegender Plattenabschnitte der umgebogenen Wärmetauscherplatte 43 bzw. 44
29 nicht gemeinsame, profilierte Außenwände zweier nicht aneinanderliegender Plattenabschnitte der umgebogenen Wärmetauscherplatte 43 bzw. 44
30 kleinerer Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3
31 größerer Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3
32 Anschlußstück
32a Wärmelieferfluidkanal des Anschlußstückes 32
33 zylinderförmiger Strömungsraum
34 quaderförmiger Strömungsraum
35 Wärmetransportfluidkanäle des Anschlußstückes 32
36 Heizkesselvorlaufrohrstutzen
37 Flansch
38 Wärmelieferfluidausströmrohrstutzen (Abgasrohrstutzen) säulenförmiger Strömungsraum im Heizgaskanal 3 (Wärmelieferfluidkanal 3) wellenartig profilierte Wärmeübergangswand mit im Quer¬ schnitt runden, stumpfen Profilrippen runde, stumpfe Profilrippe teilkreisförmig bzw. krummlinig profilierte Wärmeübergangswand mit einkantigen, spitzen Profilrippen erfindungsgemäße Wärmetauscherplatte erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit dreimal um 180° umgebogener, dreikanaliger Wärmetauscherplatte 43 180"-Umlenkung der dreikanaligen Wärmetauscherplatte 43 bzw. des Wärmetauschers 44 gedachte, rechteckige Längsschnittflächen einkantige, spitze Profilrippe speziell krummlinig profilierte Wärmeübergangswand säulenförmiger Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3

Claims

WärmetauscherPatentansprüche
1. Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmetransportfluids, bei der ein Warmelieferfluid einen Wärmetauscher mit getrennten Kanälen für das Warmelieferfluid und das Wärmetransportfluid durchströmt, wobei die Kanäle durch ein Doppelröhr gebildet sind, bei dem das Innenrohr den Kanal für das Warmelieferfluid und der Mantelraum zwi¬ schen Innen- und Außenrohr den Kanal oder die Kanäle für das Wärmetransportfluid bilden, die Rohre plattenformig C mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind und mindestens die großflächigen Außenseiten des Innen¬ rohres und die ihnen gegenüberliegenden, großflächigen Innenseiten des Außenrohres zueinander beabstandet sind und wobei das Wärmetransportfluid im Gegenstrom zum S~ Warmelieferfluid strömt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Doppelrohr ein- oder mehrfach umgebogen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umbiegungen als 180"-Umlenkungen ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine der großflächigen Außenseiten des Wärmelieferfluid¬ kanales und/oder der plattenförmigen Wärmetransportfluid- kanäle eine quer zur Strömungsrichtung des Wärmeliefer- fC fluides bzw. des Wärmetransportfluides verlaufende Profilierung aufweist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß, die beiden,
5" gegenüberliegenden, großflächigen Seiten des Wärmeliefer- fluidkanales Profilierungen aufweisen, deren Profilrippen versetzt zu den Profilrippen der jeweils anderen Seite angeordnet sind.
IC
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß, die beiden, gegenüberliegenden, großflächigen Seiten des Wärmeliefer- fluidkanales Profilierungen aufweisen, wobei die Kanten bzw. Scheitellinien der Profilrippen genau gegenüberlie- h gen, sodaß die gedachten Verbindungsflächen zwischen den Kanten bzw. Scheitellinien der jeweils gegenüber¬ liegenden Profilrippen im rechten Winkel (90°) zur Strö¬ mungsrichtung stehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden gegenüberliegenden, großflächigen Seiten des Wärmelieferfluidkanales Profilierungen aufweisen, deren im Querschnitt ein- oder mehrkantige oder rundwülstige
2b Profilrippen im Wärmelieferfluidkanal liegen und säulen¬ förmige oder zylinderförmige Strömungsräume bilden, die jeweils durch kleinere, quaderförmige Strömungsräume mit kleinerem Strömungsquerschnitt oder durch einkantige, im Querschnitt spitze, blendenartige oder rundwülstige
1)0 Verengungen mit also kleinerem Strömungsquerschnitt vonei¬ nander getrennt werden, und wobei die Strömungs quer- schnitte der quaderförmigen Strömungsräume in der Höhe so klein sind bzw. die Strömungsquerschnitte der ein¬ kantigen, blendenartigen oder rundwülstigen Veren- 3i gungen in der Höhe so klein sind, daß die erzeugte Turbulenz bei Verhinderung laminarer Fluidschichtungen nach Durchströmung dieser quaderförmigen Strömungsräume bzw. dieser Verengungen den gesamten Fluidstrom durch¬ mischt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a - 5 d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie einer
Heiz- oder Brennkammer nachgeschaltet ist, in die das Warmelieferfluid eingeleitet oder in der es durch Verbren¬ nung erzeugt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Heiz- oder Brennkammer von einem das Wärmetransportfluid führenden Mantelräum umgeben ist.
<5~
10.Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Heiz- und/oder
Brennkammer zylindrisch ausgebildet ist.
11.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 , d a - 2C d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anbin¬ dung der Heiz- oder Brennkammer an den Wärmeliefer- fluidkanal des Wärmetauschers mittels eines im Längs¬ schnitt trapezförmigen oder rechteckförmigen Anschlu߬ stückes erfolgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anbin- ζ~ düng des Mantelraumes an die Wärmetransportfluidkanä- le des Wärmetauschers mittels eines im Längsschnitt trapezförmigen oder rechteckförmigen Anschlußstückes und/oder mittels Verbindungsrohren erfolgt.
IC
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Quer¬ schnitte der Kanäle im Bereich der Umbiegungen des Wär¬ melieferfluidkanales und der Wärmetransportfluidplatten mindestens flächengleich mit den kleinsten Querschnitten
•-> der entsprechenden, plattenförmigen Kanäle sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Quer¬ schnitte der Kanäle im Bereich der 180"-Umlenkungen des
2t-' Wärmelieferfluidkanales und der Wärmetransportfluidplat¬ ten mindestens flächengleich mit den kleinsten Quer¬ schnitten der entsprechenden, plattenförmigen Kanäle sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , d a - 2b~ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vor¬ richtung aus Metall, Keramik oder Kunststoff besteht.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Wärme¬ re lieferfluidkanal ein Drucksensor installiert ist, der ein Steuersignal zur Regelung eines Gebläses liefert, das vor oder hinter dem Wärmelieferfluidkanal angeord¬ net ist.
17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Kondensator.
PCT/EP1996/005491 1995-12-11 1996-12-08 Wärmetauscher WO1997021968A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU13690/97A AU1369097A (en) 1995-12-11 1996-12-08 Heat exchanger

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1995146190 DE19546190C1 (de) 1995-12-11 1995-12-11 Wärmetauscher
DE19546190.8 1995-12-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO1997021968A2 true WO1997021968A2 (de) 1997-06-19
WO1997021968A3 WO1997021968A3 (de) 1997-07-24

Family

ID=7779796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1996/005491 WO1997021968A2 (de) 1995-12-11 1996-12-08 Wärmetauscher

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1369097A (de)
DE (1) DE19546190C1 (de)
WO (1) WO1997021968A2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10158148A1 (de) * 2001-07-05 2003-02-27 Ruhrgas Ag Warmwasserbereiter für Brauch- und Heizungswasser
DE102010010671A1 (de) 2010-03-08 2011-09-08 David Breen Waermetauscher
NL2012066C2 (nl) 2014-01-09 2015-07-13 Intergas Heating Assets B V Warmtewisselaar, werkwijze voor het vormen daarvan en gebruik daarvan.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1805165A (en) * 1930-02-14 1931-05-12 Louis S Denney Hot water heater
EP0123994A1 (de) * 1983-04-28 1984-11-07 Etablissement Agura Kondensatheizkessel mit einem mäanderförmigen Wärmeaustauschteil
DE8220601U1 (de) * 1982-07-19 1987-12-10 Weigelt, Arno-Wolfgang, Ing.(Grad.), 7250 Leonberg Wärmetauscher
DE3912628A1 (de) * 1989-04-18 1990-10-25 Helmut Zink Waermetauscher

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3602608A1 (de) * 1986-01-29 1987-07-30 Wahler Gmbh & Co Gustav Rohrwaermetauscher
DE4140953A1 (de) * 1991-12-12 1993-06-17 Richard Vetter Fuer warmwasserheizkessel bestimmter roehrenwaermetauscher

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1805165A (en) * 1930-02-14 1931-05-12 Louis S Denney Hot water heater
DE8220601U1 (de) * 1982-07-19 1987-12-10 Weigelt, Arno-Wolfgang, Ing.(Grad.), 7250 Leonberg Wärmetauscher
EP0123994A1 (de) * 1983-04-28 1984-11-07 Etablissement Agura Kondensatheizkessel mit einem mäanderförmigen Wärmeaustauschteil
DE3912628A1 (de) * 1989-04-18 1990-10-25 Helmut Zink Waermetauscher

Also Published As

Publication number Publication date
AU1369097A (en) 1997-07-03
WO1997021968A3 (de) 1997-07-24
DE19546190C1 (de) 1997-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2725239A1 (de) Waermeaustauschsystem und metalltafel fuer ein waermeaustauschsystem
DE10326381B4 (de) Turbulenzerzeuger
WO2005012820A1 (de) Wärmeübertrager sowie verfahren zu dessen herstellung
DE4220823C1 (en) Two section car heat-exchanger - has lugs bent out from fins common to both sections to form partition between them preventing airflow in that direction
DE69837557T2 (de) Plattenwärmetauscher
DE2706090A1 (de) Plattenaustauscher
DE102008037762A1 (de) Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium
WO1997021968A2 (de) Wärmetauscher
DE3618225C2 (de)
EP1625339B1 (de) Wärmetauscher
DE19547928C2 (de) Plattenwärmetauscher
EP2438382B1 (de) Gliederheizkessel
EP2250448A1 (de) Gliederheizkessel aus gusseisen oder aluminium
DE2364598A1 (de) Bodenheizung fuer wohn- und freiflaechen
WO2019201720A1 (de) Wärmetauscherelement, wärmetauschermodul und wärmetauschersystem
EP1588114A1 (de) Luft-wasser-wärmetauscher mit teilwasserwegen
EP0177904A2 (de) Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen
DE102010024613B4 (de) Plattenwärmetauscher
DE4222663C2 (de) Heizregister, insbesondere für Trockeneinrichtungen
DE69805841T2 (de) Flüssigkeitserhitzer
DE19719263A1 (de) Flachrohrverdampfer mit vertikaler Längserstreckungsrichtung der Flachrohre bei Kraftfahrzeugen
EP1888992B1 (de) Heizkörper
DE102004054006B4 (de) Wärmetauscher
DE2102976B2 (de) Als Verdampfungskondensator ausgebildeter Plattenwärmetauscher
DE4229146C1 (de) Gasheizkessel

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BB BG BR BY CA CH CN CZ DE DK EE ES FI GB GE HU IL IS JP KE KG KP KR KZ LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK TJ TM TR TT UA UG US UZ VN AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): KE LS MW SD SZ UG AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BB BG BR BY CA CH CN CZ DE DK EE ES FI GB GE HU IL IS JP KE KG KP KR KZ LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK TJ TM TR TT UA UG US UZ VN AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): KE LS MW SD SZ UG AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1996943902

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1996943902

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: JP

Ref document number: 97521725

Format of ref document f/p: F

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase