WO2013092601A2 - Modularer wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Wärmetauscher aufweisend eine Verbindungsplatte und wenigstens zwei benachbart angeordnete Wärmetauschermodule mit jeweils einem Fluidkanal, dessen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung in Richtung der Verbindungsplatte ausgerichtet sind, wobei die Verbindungsplatte wenigstens einen Verbindungskanal aufweist, der eine hydraulische Verbindung zwischen den Fluidkanälen von zwei Wärmetauschermodulen ausbildet, und wobei die benachbarten Wärmetauschermodule und die Verbindungsplatte einen Brennraum radial einfassen, wobei die Wärmetauschermodule an den Brennraum angrenzen.

Description

BESCHREIBUNG

Modularer Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen modularen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Wärmetauscher sind in vielfältiger Form im Stand der Technik bekannt. Sie dienen der Wärmeübertragung zwischen zwei unterschiedlich temperierten Medien, ohne dass diese Medien sich gegenseitig direkt berühren, also eine direkte Kontaktfläche aufweisen. Als Medien kommen verschiedene Fluide zum Einsatz. So existieren speziell ausgelegte Wärmetauscher für zwei flüssige Medien, oder für zwei gasförmige Medien oder für ein gasförmiges und ein flüssiges Medium. Mit Hilfe von Wärmetauschern ist es insbesondere möglich, zwei Medien chemisch voneinander zu trennen, deren unterschiedliche Fluidkreisläufe jedoch thermisch derart zu koppeln, dass eine hohe Wärmeübertragungsleistung zwischen den Medien erreicht wird. In vielen Prozessen ist es für die Effektivität der Wärmeübertragung notwendig, eines der Medien zu kühlen und/oder eines der Medien zu erwärmen. So soll zum Beispiel in Heizeinrichtungen mit einer Verbrennung in einem Brennraum eine möglichst hohe Wärmeübertragung von einem Gas, dem Verbrennungs- bzw. Heizgas, auf ein flüssiges Wärmeträgerfluid übertragen werden. Aufgrund der großen Bandbreite an Heizbedarf in Gebäuden werden hierfür Wärmetauscher in den verschiedensten Größen gefertigt. Die Baugröße steigt korrelierend mit der zu übertragenden Wärme.

Nachteilig an den bekannten Wärmetauschern ist, dass für jede Baugröße separate Werkzeuge bereitgestellt werden müssen. Zudem sind die Formgebungen der Wärmetauscher aufgrund der im Inneren vorgesehenen Fluidkanäle oft sehr komplex. Beispielsweise ist es bekannt, Wärmetauscher aus einem einzigen Block zu fertigen, was die Ausbildung der Fluidkanäle sehr schwierig macht. Über die notwendigen Technologien für die Fertigung moderner Wärmetauscher aus Aluminiumblöcken verfügen beispielsweise nur wenige Unternehmen. Entsprechend hoch sind sowohl die Kosten für die Fertigungswerkzeuge als auch die Fertigungskosten selbst. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Wärmetauscher zu entwickeln, der mit preiswerteren Werkzeugen sowie niedrigen Fertigungskosten rasch und dennoch individuell herstellbar ist. Er soll eine hohe Wärmeübertragungsleistung aufweisen und für einen Einsatz in einer Heizeinrichtung geeignet sein. Zusätzlich soll er eine hohe Qualität und eine einfache Handhabbarkeit aufweisen. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung betrifft einen modularen Wärmetauscher aufweisend eine Verbindungsplatte und wenigstens zwei benachbart angeordnete Wärmetauschermodule mit jeweils einem Fluidkanal, dessen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung in Richtung der Verbindungsplatte ausgerichtet sind, wobei die Verbindungsplatte wenigstens einen Verbindungskanal aufweist, der eine hydraulische Verbindung zwischen den Fluidkanälen von zwei Wärmetauschermodulen ausbildet, und wobei die benachbarten Wärmetauschermodule und die Verbindungsplatte einen Brennraum radial einfassen, wobei die Wärmetauschermodule an den Brennraum angrenzen.

Die Aufteilung des Wärmetauschers in Wärmetauschermodule und die Verbindungsplatte ermöglicht es, die Komplexität der einzelnen Bauteile erheblich zu reduzieren. Damit können die Einzelteile mit in der Summe preiswerteren Werkzeugen hergestellt werden. Es kommen für die Fertigung auch deutlich mehr Fertigungsunternehmen in Betracht, wodurch der Wettbewerb erhöht und die Fertigungskosten entsprechend reduziert werden. Weiterhin sind Werkzeuge nicht mehr nur für eine Baugröße eines einzigen Wärmetauschers nutzbar. Vielmehr können beispielsweise baugleiche Wärmetauschermodule zu unterschiedlich großen Wärmetauschern zusammengefügt werden. Somit sind zumindest für eine Spannweite von Baugrößen Gleichteile aus gleichen Werkzeugen verwendbar.

Der gesamte Wärmetauscher bildet ferner ein Baukasten-System, dass einfach zu handhaben ist, gleichzeitig aber die individuelle Zusammenstellung eines an die jeweiligen Bedürfnisse angepassten Wärmetauschers ermöglicht.

Für die Verbindungsplatte kann vorgesehen sein, ein spezielles Einzelteil für jede Baugröße bereitzustellen. Es könnten jedoch auch Verbindungsplattenmodule vorgesehen werden, die benachbart angeordnet sind und so eine individuelle Verbindungsplatte ausbilden. Die Verbindungsplatte kann beispielsweise so ausgestaltet werden, dass die Verbindungsplatte eine Basisplatte mit Löchern umfasst, wobei die Verbindungskanäle alle auf einer Seite der Basisplatte angeordnet sind und jeweils wenigstens zwei Löcher hydraulisch verbinden. Die Verbindungskanäle könnten insbesondere auf der von den Wärmetauschermodulen abgewandten Seite der Basisplatte angeordnet sein. Bevorzugt ist die Basisplatte eben. Eine derartige Verbindungsplatte ist durch einfache Fertigung der Basisplatte aus einem Flachmaterial mit anschließendem Zusammenfügen mit den Verbindungskanälen fertigbar. Letztere könnten beispielsweise auf der Basisplatte aufgeklebt oder materialschlüssig verbunden sein. Für letzteres bieten sich Schweißverbindungen an.

Durch die Fluid- und Verbindungskanäle kann ein Fluid geleitet werden. Bevorzugt ist das Fluid Wasser oder ein anderes Wärmeträgermedium. Gleichzeitig ist in dem Brennraum eine Verbrennung durchführbar, sodass heißes Gas durch den Brennraum strömt, dessen Wärme über die Wärmetauschermodule auf das Fluid übertragbar ist. Um Wärmeverluste zu verringern, kann dabei vorgesehen werden, dass der Wärmetauscher eine thermische Außenisolierung (Wärmedämmung) aufweist.

Zur Kühlung der Basisplatte während eines Brennerbetriebs, könnte jeweils eine Kanalwand der Verbindungskanäle von der Basisplatte ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise durch einen einseitig geöffneten Hohlkörper realisierbar, welcher mit der offenen Seite mit der Basisplatte verbunden ist, und dabei mit der Öffnung wenigstens zwei Löcher der Basisplatte umfasst. Außerdem können die Verbindungskanäle schleifenförmig oder quer auf der Basisplatte angeordnet sein, sodass eine große Oberfläche der Basisplatte Kanalwände ausbildet. Hierdurch steigt einerseits die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers; andererseits wird die Verbindungsplatte gekühlt und es entstehen nur geringe thermische Spannungen sowie Verformungen.

Vorzugsweise verbindet jeder Verbindungskanal eine Austrittsöffnung eines Wärmetauschermoduls hydraulisch mit der Eintrittsöffnung eines angrenzenden Wärmetauschermoduls. Hierdurch ist ein Kreislauf ohne Parallelschaltung der Fluidkanäle erzielbar. Dies verringert Konvektionsströme des Fluids und eine möglichst große Wärmeübertragungsleistung wird erreicht. Neben den Verbindungskanälen weist die Verbindungsplatte zusätzlich einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Durch diese ist der Wärmetauscher schließlich in einen externen Fluidkreislauf integrierbar. Der Fluideingang ist bevorzugt mit nur einer Eingangsseite eines Fluidkanals eines Wärmetauschermoduls verbunden, sowie der Fluidausgang bevorzugt nur mit einer Ausgangsseite eines Fluidkanals eines Wärmetauschermoduls. Weiterhin ist die Ausgestaltung der Fluidkanäle aufgrund der verringerten Komplexität kaum eingeschränkt. Vielmehr ist es möglich, die Fluidkanäle zu optimieren, sodass die Wärmetauschleistung des Wärmetauschers besonders hoch ist. Die Gestaltung der Fluid- und Verbindungskanäle kann dabei gezielt so erfolgen, dass eine thermisch gleichmäßige Ausdehnung des Wärmetauschers erfolgt. Außerdem sind thermische stark erwärmte Zonen mit vorsehbaren Kanälen besonders gut kühlbar.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Fluidkanäle der Wärmetauschermodule einen Abschnitt mit einer halbkreisförmigen Richtungsänderung aufweisen. Hierdurch sind sie mit einer ebenen Platte verbindbar, weil dann sowohl die Eintrittsöffnung als auch die Austrittsöffnung des Fluidkanals in die gleiche Richtung weisen. Durch eine halbkreisförmige Richtungsänderung ergäbe sich ein halbkreisförmiger oder U-förmiger Querschnitt des Brennraums.

Die große Gestaltungsfreiheit der Fluidkanäle ermöglicht ferner die Realisierung eines sehr geringen Strömungswiderstands für durchströmendes Fluid. Dabei können die Fluidkanäle zum Beispiel einen rechteckigen, runden, ovalen oder elliptischen Leitungsquerschnitt haben. Insbesondere durch einen rechteckigen Querschnitt sind Materialverdickungen im Bereich der wärmeübertragenden Flächen vermeidbar, auch wenn der Brennraum eine glatte tubusförmige Wandung aufweist. Außerdem sind breite Dichtflächen zwischen den Modulen vorsehbar.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungsplatte und die Wärmetauschermodule können somit einen in einer Richtung quer zur Stapelrichtung der Wärmetauschermodule geschlossenen Ringkörper ausbilden, wobei im Zentrum des Ringkörpers ein hohler Innenraum ausgebildet ist, welcher in Richtung der Stapelrichtung oben und unten eine Öffnung aufweist und in radialer Richtung geschlossen ist. Dieser Innenraum kann z.B. den Brennraum für einen Heizbrenner ausbilden. Die Wärmetauschermodule an den Öffnungen können dabei eine andere Gestaltung aufweisen als die zwischen ihnen angeordneten Wärmetauschermodule. Die abweichende Gestaltung ist gegebenenfalls notwendig, um zusätzliche Funktionen erfüllen zu können. Hierzu zählen z.B. die Anbindung von einem Brenner oder einem Gasauslasskanal oder die Ausbildung einer Standfläche. Denkbar ist auch die Oberfläche der einzelnen Module unterschiedlich zu gestalten. Die Baugröße des Wärmetauschers ergibt sich primär durch die Anzahl der mittleren Wärmetauschermodule. Damit ist eine modulare Anpassung des Wärmetauschers an die geforderte Wärmeübertragungsleistung, insbesondere auch an verschiedene Verbrennungseinrichtungen, möglich. Es sind damit für alle Verbrennungseinrichtungsgrößen Wärmetauscher mit passenden Modulkombinationen zu geringen Kosten herstellbar, die allesamt aus nur wenigen Systemkomponenten zusammengestellt werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht weiter vor, dass die benachbarten Wärmetauschermodule mit Dichtflächen aneinandergrenzen. Durch die Ausbildung von Dichtflächen kann der Brennraum für Gas undurchdringbar ausgebildet werden. Dichtflächen haben eine hohe Temperaturbeständigkeit und unterliegen nur einer geringen Alterung bei thermischer Wechselbeanspruchung. Außerdem kann die Wärme auch von einem Wärmetauschermodul auf ein benachbartes übertragen werden. Die thermische Wärmeverteilung ist so im gesamten Wärmetauscher besonders gleichmäßig und thermische Spannungen gering.

Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Dichtung zwischen zwei benachbart angeordneten Wärmetauschermodulen angeordnet sein. Eine Dichtung kann sowohl für sich genommen alleine zwei benachbarte Wärmetauschermodule abdichten. Sie kann aber auch jeweils gegenüberliegende Dichtungen ergänzen. Durch eine Dichtung sind insbesondere weniger präzise Dichtflächen notwendig, wodurch die Fertigungskosten weiter reduziert werden. Außerdem können bei einer weichen Ausgestaltung der Dichtung thermische Verformungen ausgeglichen werden, sodass die Abdichtung stets zuverlässig gewährleistet ist.

Um eine stabile Ausbildung des Wärmetauschers zu erzielen, kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauschermodule über Spannmittel miteinander verbunden sind. Die Spannmittel sind somit geeignet, die Wärmetauschermodule zusammenzuhalten. Bevorzugt sind die Wärmetauschermodule von einem Spannmittel relativ zueinander von einer Druckkraft beaufschlagt. Auf diese Weise können die Wärmetauschermodule zusammengepresst werden, sodass beispielsweise die Dichtflächen oder die Dichtungen zwischen den Wärmetauschermodulen dicht sind. Das Spannmittel könnte zum Beispiel eine Spannfeder oder eine Spannschraube sein.

Ergänzt werden kann der Wärmetauscher dadurch, dass an dessen ersten Ende ein erstes Abschlussmodul angeordnet ist, wobei das erste Abschlussmodul eine Austrittsöffnung für den Brennraum aufweist. Das erste Abschlussmodul kann dabei ebenfalls einen Fluidkanal aufweisen, der über einen Verbindungskanal der Verbindungsplatte mit einem Wärmetauschermodul stromungsverbunden ist. Durch einen solchen Kanal ist auch das erste Abschlussmodul von Fluid durchströmbar und somit kühlbar. Entsprechend wird eine höhere Wärmeübertragungsleistung erzielt. Für verschiedene Wärmetauschergrößen können außerdem gleiche erste Abschlussmodule vorgesehen werden, was wiederum Werkzeug- und Fertigungskosten gering hält.

Eine weitere Ergänzung des Wärmetauschers sieht vor, dass an dessen zweitem Ende ein zweites Abschlussmodul angeordnet ist, wobei am zweiten Abschlussmodul eine Verbrennungseinrichtung anordenbar ist. Dieses zweite Abschlussmodul könnte hierfür Befestigungseinrichtungen aufweisen, um die Verbrennungseinrichtung an diesem fixieren zu können. Außerdem kann ein Brennerkopf oder eine Brenneroberfläche regelmäßig in den Brennraum hineinragen, sodass letzterer im Bereich des Brenners freizuhalten ist. So könnten zum Beispiel im zweiten Abschlussmodul angeordnete Finnen weniger stark in den Brennraum ragen als Finnen der Wärmetauschermodule.

Das zweite Abschlussmodul ist in Aufbaurichtung während eines Wärmetauscherbetriebes bevorzugt geodätisch oben angeordnet. Es könnte dabei ebenfalls ein Wärmetauschermodul mit einem Fluidkanal mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung sein. Insbesondere ist es zweckmäßig, den Fluidkanal in Richtung der Schichtung der Wärmetauschermodule höher als die anderen Wärmetauschermodule auszubilden, damit Platz für die Verbrennungseinrichtung, insbesondere deren Brennerkopf, vorhanden ist.

Die Verbrennungseinrichtung kann ferner eine Deckplatte mit einer Dichtfläche aufweisen, die auf dem zweiten Abschlussmodul befestigt ist, sodass die Dichtfläche mit einer Dichtfläche des zweiten Abschlussmoduls korrespondiert. Es könnte jedoch auch eine Dichtung zwischen der Deckplatte und dem Abschlussmodul angeordnet sein. Zusätzlich weist die Verbrennungseinrichtung typischerweise einen Brenner und ein Gebläse auf.

Das im Betrieb geodätisch unten angeordnete Abschlussmodul, d.h. bevorzugt das erste Abschlussmodul, sollte einen Kondenswasserfang aufweisen. Hiermit lässt sich an den kühlen Oberflächen des Brennraums entstehendes Kondenswasser auffangen und ableiten. Sofern die Verbindungsplatte keinen Fluideingang und Fluidausgang aufweist, könnten diese auch an den Abschlussmodulen angeordnet sein. Dabei werden der Fluideingang bevorzugt am unteren Abschlussmodul und der Fluidausgang am oberen Abschlussmodul angeordnet. Ebenso würde im umgekehrten Fall der Fluideingang an der Verbindungsplatte bevorzugt unten und der Fluidausgang oben angeordnet.

Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers sieht die Erfindung vor, dass die Wärmetauschermodule in den Brennraum ragende, beispielsweise rippen- oder nageiförmige Finnen aus gut wärmeleitendem Material aufweisen. Dadurch ist die Oberfläche des Brennraums, welche von Gas (Verbrennungs- bzw. Heizgas) umströmbar ist, vergrößerbar. Entsprechend steigt die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers erheblich. Die Finnen können dabei parallel zur Stapelrichtung der Wärmetauschermodule verlaufen, um eine gute Entformbarkeit bei der Herstellung zu erreichen. Außerdem wird die Strömung des Gases im Brennraum so wenig behindert. Die Finnen könnten jedoch auch schräg zur Stapelrichtung ausgerichtet sein. Damit wäre der Gasstrom in Rotation versetzbar. Hierdurch ließe sich die Verbrennung optimieren.

Um eine möglichst hohe Wärmeübertragungsleistung zu erreichen, sollten die Wärmetauschermodule, die Verbindungsplatte, die Verbindungskanäle, die Finnen und die Basisplatte aus gut wärmeleitendem Material hergestellt sein, insbesondere aus Aluminium oder Eisen.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines modularen Wärmetauschers mit einer

Verbrennungseinrichtung;

Fig. 2 zwei unterschiedlich ausgeführte Wärmetauschermodule; und

Fig. 3 eine Verbindungsplatte.

Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines modularen Wärmetauschers 1 mit einer Verbrennungseinrichtung 60. Der modulare Wärmetauscher 1 weist eine Verbindungsplatte 20 und fünf benachbart angeordnete Wärmetauschermodule 10 mit jeweils einem Fluidkanal auf. Die Eintrittsöffnungen 12 und die Austrittsöffnungen 13 der Fluidkanäle sind dabei in Richtung der Verbindungsplatte 20 ausgerichtet. Die Verbindungsplatte 20 verfügt über mehrere Verbindungskanäle 21 , die jeweils eine hydraulische Verbindung zwischen den Fluidkanälen von zwei Wärmetauschermodulen 10 ausbilden. Dabei fassen die benachbarten Wärmetauschermodule 10 und die Verbindungsplatte 20 einen Brennraum 30 radial ein und jedes Wärmetauschermodul 10 grenzt an den Brennraum 30 an.

Weiterhin ist an einem ersten Ende E1 des Wärmetauschers 1 ein erstes Abschlussmodul 40 angeordnet, welches eine Austrittsöffnung 41 für den Brennraum 30 aufweist. Das Abschlussmodul 40 hat einen Kondenswasserfang 42, sowie eine in Richtung des benachbart angeordneten Wärmetauschermoduls zeigende Dichtung 70.

Am zweiten Ende E2 des Wärmetauschers 1 ist ein zweites Abschlussmodul 50 angeordnet. Dieses ist ebenfalls als Wärmetauschermodul ausgebildet und verfügt daher ebenfalls über einen Fluidkanal mit einer Eintrittsöffnung 12 und einer Austrittsöffnung 13 entsprechend der anderen Wärmetauschermodule 10. Am zweiten Abschlussmodul 50 ist die Verbrennungseinrichtung 60 angeordnet. Die Verbrennungseinrichtung 60 umfasst eine Deckplatte 61 mit einer Dichtfläche 62, welche mit einer gegenüberliegenden Dichtfläche 51 des benachbarten zweiten Abschlussmoduls 50 korrespondiert. Außerdem verfügt sie über einen Brenner 63 und ein Gebläse 64. Zwischen den benachbarten Modulen 10, 40, 50 sind jeweils Dichtungen 70 angeordnet. Durch die explodierend dargestellte Position der Verbrennungseinrichtung 60 erkennt man an dem zweiten Abschlussmodul 50 angeordnete Finnen 14, welche in den Brennraum 30 ragen. Die Finnen 14, die Wärmetauschermodule 10 und das zweite Abschlussmodul 50 bestehen jeweils aus gut wärmeleitendem Material.

Zwischen den benachbarten Modulen 10, 40, 50 sind jeweils Dichtungen 70 vorgesehen. Dabei sind die Wärmetauschermodule 10 sowie das zweite Abschlussmodul 50 über Spannmittel 80 miteinander verbunden. Insbesondere ist das Spannmittel 80 eine Spannfeder 81. Jedes Modul 10, 50 verfügt über eine Öse, durch welche das Spannmittel 80 in Stapelrichtung hindurchgeführt ist. Die Öse ist dabei auf der dem Brennraum 30 abgewandten Seite der Module 10, 50 angeordnet. Durch eine von den Spannmitteln 80 erzeugte Druckkraft F sind die Wärmetauschermodule 10 und das zweite Abschlussmodul 50 relativ zueinander verspannt und die Dichtungen 70 können den Brennraum 30 abdichten.

Man erkennt, dass die Verbindungsplatte 20 ein spezielles Einzelteil für die gezeigte Baugröße des Wärmetauschers 1 ist. Sie umfasst eine ebene Basisplatte 24 mit Löchern (25, vgl. Fig. 3), wobei die Verbindungskanäle 21 sowie ein Fluideingang 22 und ein Fluidausgang 23 alle auf einer Seite der Basisplatte 24 angeordnet sind. Dies ist insbesondere die von den Wärmetauschermodulen 10 abgewandte Seite der Basisplatte 24. Die Verbindungskanäle 21 verbinden jeweils zwei Löcher (25) der Basisplatte 24 hydraulisch. Die Verbindungsplatte 20 ist aus einem Flachmaterial gefertigt, auf welches anschließend die Verbindungskanäle 21 , der Fluideingang 22 und der Fluidausgang 23 aufgeschweißt sind. Dabei verbindet jeder Verbindungskanal 21 eine Austrittsöffnung 13 eines Wärmetauschermoduls 10 hydraulisch mit der Eintrittsöffnung 12 eines benachbarten Wärmetauschermoduls 10. Hierdurch ist ein Strömungskanal K ohne Verzweigungen, beziehungsweise ohne Parallelschaltung von Fluidkanälen 1 1 , ausgebildet.

Die Verbindungsplatte 20, die Wärmetauschermodule 10 und die Abschlussmodule 40, 50 können auch als Gussbauteile beispielsweise aus Aluminium oder Eisen gefertigt sein. Zu dem Strömungskanal K zählen auch der Fluideingang 22, der mit einer Eintrittsöffnung 12 des am ersten Ende E1 angeordneten Wärmetauschermoduls 10 strömungsverbunden ist, und der Fluidausgang 23, welcher mit einer Austrittsöffnung 13 des Fluidkanals des zweiten Abschlussmoduls 50 strömungsverbunden ist. Durch den in Bild- und Montagerichtung oben angeordneten Fluideingang 22 und den unten positionierten Fluidausgang 23 ist der Wärmetauscher 1 in einen Fluidkreislauf integrierbar.

Wie am oben angeordneten zweiten Abschlussmodul 50 erkennbar ist, haben die Fluidkanäle 1 1 von diesem und die der Wärmetauschermodule 10 einen Abschnitt mit einer halbkreisförmigen Richtungsänderung. Hierdurch sind sie mit der ebenen Basisplatte 24 verbindbar, da sowohl die Eintrittsöffnungen 12 als auch die Austrittsöffnung 13 der Fluidkanäle in die gleiche Richtung weisen. Durch die halbkreisförmige Richtungsänderung ergibt sich ein U-förmiger Querschnitt des Brennraums 30. Auch die Querschnittsfläche der Module 10, 40, 50 ist U-förmig. Durch die U-Form der Module 10, 40, 50 bilden diese gemeinsam mit der Verbindungsplatte 20 einen in einer Richtung quer zur Stapelrichtung geschlossenen Ringkörper aus. In dessen Zentrum ist ein hohler Innenraum ausgebildet, welcher in Richtung der Stapelrichtung oben und unten eine Öffnung aufweist und in radialer Richtung geschlossen ist. Dieser Innenraum bildet den Brennraum 30.

Schließlich kann ein Fluid durch die Fluid- und Verbindungskanäle 21 geleitet werden. Gleichzeitig ist in dem Brennraum 30 eine Verbrennung mit der Verbrennungseinrichtung 60 durchführbar, sodass heißes Gas durch den Brennraum 30 strömt, dessen Wärme über die Wärmetauschermodule 10 und das zweite Abschlussmodul 50 auf das Fluid übertragbar ist. Fig. 2 zeigt zwei unterschiedlich ausgeführte Wärmetauschermodule, von denen zum Beispiel das untere auch als (z.B. zweites) Abschlussmodul 50 ausgebildet sein kann, das üblicherweise am zweiten Ende E2 eines Wärmetauschers angeordnet ist. Beide haben jeweils einen Fluidkanal 1 1 , deren Eintrittsöffnungen 12 und Austrittsöffnungen 13 in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. In Stapelrichtung hat sowohl das Wärmetauschermodul 10 als auch das zweite Abschlussmodul 50 einen U-förmigen Querschnitt. Von dieser U- Form wird ein Brennraum 30 radial eingefasst.

Klar zu erkennen sind rechteckige Strömungsquerschnitte der Fluidkanäle 1 1. Hierdurch ist eine glatte Wand innerhalb des Brennraums 30 ausbildbar, ohne dass Materialverdickungen in den Modulen 10, 50 vorhanden sind.

Weiterhin weist das zweite Abschlussmodul 50 in Stapelrichtung angeordnete Dichtflächen 51 auf. Eine dieser Dichtflächen 51 korrespondiert mit einer Dichtfläche 15 des Wärmetauschermoduls 10. Mittels des rechteckigen Strömungsquerschnitts der Fluidkanäle 1 1 sind die Dichtflächen 15, 51 besonders breit.

Wie man erkennt, verfügen das Wärmetauschermodul 10 und das zweite Abschlussmodul 50 über in den Brennraum 30 ragende Finnen 14 aus gut wärmeleitendem Material. Diese sind parallel zur Stapelrichtung ausgerichtet und vergrößern die Oberfläche des Wärmetauschermoduls 10 und des zweite Abschlussmoduls 50 im Brennraum 30.

Damit am zweiten Abschlussmodul 50 eine Verbrennungseinrichtung anordenbar ist, ragen die Finnen 14 von diesem nicht so tief in den Brennraum 30 hinein wie die Finnen 14 des Wärmetauschermoduls 10. Außerdem hat das zweite Abschlussmodul 50 eine Höhe in Stapelrichtung, die von der Höhe des Wärmetauschermoduls 10 abweicht. Diese ist auf die Anforderungen der Verbrennungseinrichtung ausgelegt und in der gezeigten Darstellung größer als die des Wärmetauschermoduls 10. Die Höhe des Wärmetauschermoduls 10 ist hingegen auf die gewünschte Staffelungsgröße unterschiedlich großer Wärmetauscher ausgelegt. Je geringer dessen Höhe ist, desto geringer sind die Unterschiede der Baugrößen der Wärmetauscher, die mit den Wärmetauschermodulen 10 zusammensetzbar sind. Die dargestellten Module 10, 50 sind beispielsweise kostengünstig durch Umformung eines Vierkantrohres sowie anschließender Befestigung der Finnen 30 am Innenradius der U- Form fertigbar. Sofern notwendig, können die Dichtflächen 15, 51 durch Planen, z.B. mit einer Planmaschine, nachbearbeitet werden.

Fig. 3 zeigt eine Verbindungsplatte 20. Diese besteht aus einer ebenen Basisplatte 24 mit Löchern 25, wobei jeweils zwei Löcher 25 durch einen Verbindungskanal 21 verbunden sind. Eines der verbundenen Löcher 25 wird jeweils mit einer Eintrittsöffnung 12 eines Fluidkanals eines Wärmetauschermoduls, und das andere Loch 25 mit der Austrittsöffnung 13 eines Fluidkanals eines benachbarten Wärmetauschermoduls verbunden. Außerdem weist die Verbindungsplatte 20 einen Fluideingang 22, der mit einer Eintrittsöffnung 12 eines Fluidkanals eines Wärmetauschermoduls verbindbar ist, und einen Fluidausgang 23 auf, der mit einer Austrittsöffnung 13 eines Fluidkanals eines Wärmetauschermoduls verbindbar ist.

Dabei sind die Verbindungskanäle 21 , der Fluideingang 22 und der Fluidausgang 23 alle auf einer Seite der Basisplatte 24 angeordnet. In montiertem Zustand eines Wärmetauschers sind die Verbindungskanäle 21 auf der den Wärmetauschermodulen abgewandten Seite der Basisplatte 24 angeordnet. Eine derartige Verbindungsplatte 20 ist durch einfache Fertigung der Basisplatte 24 aus einem Flachmaterial mit anschließendem Zusammenfügen mit den Verbindungskanälen 21 fertigbar. Letztere sind auf der Basisplatte aufgeschweißt.

Zur Kühlung der Basisplatte 24 während eines Brennerbetriebs, ist jeweils eine Kanalwand 26 der Verbindungskanäle von der Basisplatte 24 selbst ausgebildet. Hierfür sind die Verbindungskanäle 21 in Richtung der Basisplatte 24 vor deren Montage zunächst offen ausgebildet. Um diese Öffnung herum, sind die Verbindungskanäle 21 mit der Basisplatte 24 verbunden. Wie zu erkennen ist, sind die Verbindungskanäle 21 schleifenförmig auf der Basisplatte 24 angeordnet, sodass eine große Oberfläche der Basisplatte 24 Kanalwände 26 ausbildet. Das heißt, dass die verbundenen Löcher 25 gerade nicht auf direktestem Wege verbunden sind, sondern die Verbindungskanäle 21 gezielt länger ausgebildet sind. Entsprechend kann die Basisplatte 24 im Brennerbetrieb besonders viel Wärme auf ein durch die Verbindungskanäle 21 strömendes Fluid übertragen, wodurch die Basisplatte 24 letztlich auch gekühlt wird. BEZUGSZEICHENLISTE

I Modularer Wärmetauscher 50 zweites Abschlussmodul

51 Dichtfläche

10 Wärmetauschermodul

I I Fluidkanal 60 Verbrennungseinrichtung

12 Eintrittsöffnung 61 Deckplatte

13 Austrittsöffnung 62 Dichtfläche

14 Finnen 63 Brenner

15 Dichtflächen 64 Gebläse

20 Verbindungsplatte 70 Dichtung

21 Verbindungskanal

22 Fluideingang 80 Spannmittel

23 Fluidausgang 81 Spannfeder

24 Basisplatte

25 Loch E1 erstes Ende

26 Kanalwand E2 zweites Ende

F Druckkraft

30 Brennraum K Strömungskanal

40 erstes Abschlussmodul

41 Austrittsöffnung für den Innenraum

42 Kondenswasserfang

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Modularer Wärmetauscher (1 ) aufweisend eine Verbindungsplatte (20) und wenigstens zwei benachbart angeordnete Wärmetauschermodule (10) mit jeweils einem Fluidkanal (1 1 ), dessen Eintrittsöffnung (12) und Austrittsöffnung (13) in Richtung der Verbindungsplatte (20) ausgerichtet sind, wobei die Verbindungsplatte (20) wenigstens einen Verbindungskanal (21 ) aufweist, der eine hydraulische Verbindung zwischen den Fluidkanälen (1 1 ) von zwei Wärmetauschermodulen (10) ausbildet, und wobei die benachbarten Wärmetauschermodule (10) und die Verbindungsplatte (20) einen Brennraum (30) radial einfassen, wobei die Wärmetauschermodule (10) an den Brennraum (30) angrenzen.

2. Wärmetauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Wärmetauschermodule (10) mit Dichtflächen (15) aneinandergrenzen.

3. Wärmetauscher (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (70) zwischen zwei benachbart angeordneten Wärmetauschermodulen (10) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschermodule (10) über Spannmittel (80) miteinander verbunden sind.

5. Wärmetauscher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen erstem Ende (E1 ) ein erstes Abschlussmodul (40) angeordnet ist, wobei das erste Abschlussmodul (40) eine Austrittsöffnung (41 ) für den Brennraum (30) aufweist.

6. Wärmetauscher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen zweitem Ende (E2) ein zweites Abschlussmodul (50) angeordnet ist, wobei am zweiten Abschlussmodul (50) eine Verbrennungseinrichtung (60) anordenbar ist.

7. Wärmetauscher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschermodule (10) in den Brennraum (30) ragende

Finnen (14) aus gut wärmeleitendem Material aufweisen.