Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung einer Lamelle für einen Wärmeübertrager

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit von einer Vielzahl von Lamellen (32) besetzten Rohren (12). Es wird vorgeschlagen, Aussparungen (40, 41) in die Lamelle (12) im Bereich hoher Temperaturen einzubringen. Dadurch läßt sich eine gleichmäßigerere Temperaturverteilung und eine möglichst geringe maximale Temperaturdifferenz auf der Lamelle erzielen. Ferner wird vorgeschlagen, zur Herstellung der Lamelle (32) von einer einheitlichen Grundlamelle auszugehen und zur Anpassung an die Leistungsgröße des Wärmeübertragers innerhalb einer Wärmeübertragerbaureihe bzw. zur Beeinflussung des Wärmeflusses Aussparungen (40, 41, 48) nachträglich auszustanzen.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Wärmeübertrager dieser Gattung (AT-Pat. Anm. 2899/87) ist, um die Abgastemperatur auf eine zur Verhinderung einer Kondensatbildung ausreichende Höhe zu bringen, eine variable Anzahl lösbarer Lamellen vorhanden. Als weitere Maßnahme wird vorgeschlagen, die sich zwischen benachbarten Rohren erstreckenden Wandungen der Lamellen bereichsweise entfernbar zu gestalten, um ihre wärmeübertragende Fläche bedarfweise zu verringern und dadurch die Abgastemperatur zu erhöhen. Dazu sind Aussparungen in der Lamelle vorgesehen, die die ausbrechbaren Wandungsteile mit Ausnahme kleiner Stege umschließen und das mechanische Ausbrechen ermöglichen.

[0002] Diese Ausführung erfordert eine nachträgliche Bearbeitung des fertig montierten Wärmeübertragers. Außerdem werden unterschiedliche Lamellentypen wie festmontierte und lösbare Lamellen oder Lamellen mit ausbrechbaren Wandteilen benötigt.

Vorteile der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch die Aussparungen der Wärmefluß so beeinflussen läßt, daß sich ein vorbestimmbarer Temperaturgradient entlang der Lamelle in Strömungsrichtung ausbildet. Es lassen sich Bereiche stark abweichender Temperatur vermeiden und die maximale Temperaturdifferenz an den gegenüberliegenden Enden der Lamelle klein halten.

[0004] Ferner läßt sich auf diese Weise bei gegebener Abgastemperatur auch bei niedrigen Warmwasser- bzw. Heizwassertemperaturen ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur vermeiden.

[0005] Durch die in den Unteransprüchen enthaltene Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

[0006] Liegen die Aussparungen überwiegend im vom heißen Abgas angeströmen Bereich der Lamelle, führt dies zu einem kleinen Temperatgradienten in der Lamelle in Strömungsrichtung, so daß sich insbesondere über den Bereich der Lamellenhöhe eine geringe und gleichmäßige Bildung von Korrosionsprodukten ergibt. Dies gewährleistet eine lange Betriebszeit des Wärmeübertragers, bevor es zu einer Drosselung des Durchtrittsquerschnitts durch Zusetzen der Lamellenzwischenräume mit Kupfersulfat kommt.

[0007] Ein Steg zwischen den Aussparungen, der die anströmseitige Kante der Lamelle mit dem unteren Rand eines Warmwasserrohres direkt verbindet, erwirkt einen nicht unterbrochenen Wärmefluß in der Achse der Lamelle und verringert die Verzunderung am Lamellenfuß.

[0008] Durch Anpassung der Form der Aussparungen an die Form der Warmwasserrohre und durch Anbringen der Aussparungen in einem definierten, vorzugsweise konstanten Abstand vom Rand der Warmwasserrohre erhöht sich die Stabilität der Lamelle, die sich dadurch besser montieren und verlöten läßt.

[0009] Bewegen sich die Verhältnisse der Öffnungswinkel sowie die Verhältnisse vom Abstand einer Aussparung zum Rand eines Warmwasserrohres und dessen Radius in bestimmten Bereichen , läßt sich das Korrosionsverhalten durch Verringern des Temperaturgradienten in Strömungsrichtung des Abgases verbessern.

[0010] Eine Einsparung der Werkzeug- und Lagerkosten kann erzielt werden, wenn in eine einheitliche Grundlamelle Aussparungen zur Steuerung des Wärmeflusses gestanzt werden. Die Aussparungen können dabei in Größe, Form und Position so variiert werden, daß sich Lamellen für Wärmeübertrager verschiedener Leistungskategorien herstellen lassen.

Zeichnung

[0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile naher erläutert. Es zeigt Figur 1 einen Wärmeübertrager in Seitenansicht, Figur 2 eine Draufsicht des Wärmeübertragers, teilweise geschnitten nach Linie II-II in Figur 1. Figur 3 zeigt eine Lamelle und Figur 4 eine Gestaltung der Aussparungen. In Figur 5a bis e sind Ausführungen verschiedener Aussparungen dargestellt und Figur 5f zeigt eine Variante des Warmwasserrohres gemäß Figur 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0012] In einer typischen Anwendung zeigt Figur 1 einen Zweitkreis-Wärmeübertrager 10 mit einer in den Heizwasserrohren 12 geführten Brauchwasserrohrschlange 14. In die Brauchwasserrohrschlange 14 fließt das Wasser über einen Einlaß 15 durch eine obere Schlange 16, bestehend aus Rohren 17 und waagerechten Krümmern 18, über einen senkrechten Krümmer 19 in eine untere Schlange 20, bestehend aus Rohren 21 und waagerechten Krümmern (in der Zeichnung nicht zu sehen) und von dort über einen Auslaß 24 in das nicht dargestellte Brauchwassernetz.

[0013] Der Heizkreislauf, der ohne externe Umwälzung betrieben werden kann, besteht im wesentlichen aus einer Einlaßkammer 26, einer Sammel- bzw. Umlenkkammer 27, einer Auslaßkammer 28 und einem nicht dargestellten Heizungsnetz. Die Kammern 26 und 27 bzw. 27 und 28 sind jeweils über parallele Heizwasserrohre 12 miteinander verbunden.

[0014] Die Brauchwasserrohrschlange 14 ist mittels Kupferprofilschienen 30 gegen die Heizwasserrohre 12 abgestützt. Die Kupferprofilschienen 30 können beidseitig zwischen anströmseitigem Rand des Heizwasserrohres 12 und den Rohren 21 der unteren Schlange 20 und den Rohren 17 der oberen Schlange 16 und den abströmseitigen Ende der Heizwasserrohre 12 eingefügt sein (Figur 1) oder nur im anströmseitigen Bereich (Figur 5f), wobei die Rohre 17 der oberen Schlange 16 direkt an den abströmseitigen Rand der Heizwasserrohre 12 gepreßt werden. Durch das Einbringen der Kupferprofilschienen 30 fließt die Wärme direkt von den Lamellen 32 zu den Brauchwasserrohren 21, womit sich bei Zweikreiswärmeübertrager für Heizkreisläufe ohne externe Umwälzung Siedegeräusche vermeiden lassen.

[0015] Die Heizwasserrohre 12 sind umgeben von einer Vielzahl von Lamellen 32, welche Durchgänge 34 besitzen, die der Form der Heizwasserrohre angepaßt sind und diese in sich aufnehmen. Zwischen der abgasanströmseitigen Kante 36 und dem abgasanströmseitigen Rand 38 des Durchganges 34 befinden sich Aussparungen 40, 41, zwischen denen ein Steg 42 gebildet ist. Die Lamellen 32 können aus Kupfer oder anderen Materialien bestehen. Bei Verwendung von Kupfer kann die Wärmeausbreitung auf der Lamelle 32 durch die Aussparungen so behindert werden, daß sich trotz des hohen Wärmeleitkoeffizienten von Kupfer keine Bereiche mit Temperaturen unterhalb der Taupunktstemperatur bilden.

[0016] Die Form der Aussparungen 40, 41 ist der Form des abgasanströmseitigen Randes 38 angeglichen und verläuft im Abstand 44 zu diesem. Die von dem unteren Mittelpunkt 46 aus gesehenen Öffnungswinkel α₁ und α₂ begrenzen die Aussparungen 40, 41 sowie den Steg 42 in Umfangsrichtung.

[0017] In einer vorteilhaften Ausgestaltung betragen die Winkel α₁ = 20° und α₂ = 144°, der Radius r₁ = 6,8 mm und der Abstand 44, 3,2 mm.

[0018] In die Lamelle 32 sind weitere Aussparungen 48 an der abgasabströmseitigen Kante 50 eingebracht. Diese sind von dreieckiger Form, weisen mit einer Ecke in die Lamellenmitte und sind symmetrisch zwischen den Durchgängen 34 positioniert.

[0019] Die Größe der Fläche der Aussparungen 48 wird durch die Leistungsstärke des Wassererhitzers, in den der mit diesen Lamellen bestückte Wärmeübertrager eingebaut wird, bestimmt.

[0020] Die Figur 5 zeigt weitere mögliche Formen und Positionen für die den Wärmefluß steuernden Aussparungen 40, 41 und die Aussparung 48 zur Leistungsanpassung. Es zeigen die Figur 5a eine Aussparung 60 in Bogenform, die Figur 5b eine bogenförmige Aussparung 62 mit einem Steg und die Figur 5c eine bogenförmige Aussparung 64 mit zwei Stegen 65. In Figur 5d ist eine gerade Aussparung 66 und in Figur 5e sind mehrere gerade, im Bogen verteilte Aussparungen 68 dargestellt. Die zur Leistungsanpassung vorgesehene Aussparungen können von dreieckiger Form 70, rechteckiger Form 71 bis 73 oder runder Form 74 sein und lassen sich sowohl an der abgasanströmseitigen Kante 36, der abgasabströmseitigen Kante 50 als auch in der Mitte der Lamelle einbringen, wobei es nicht nötig ist, die Aussparungen 70 bis 74 immer zwischen den Durchgängen zu positionieren. Es ist auch möglich mehrere verschiedene Formen zu kombinieren.

[0021] Bei der Herstellung der Lamelle 32 werden ausgehend von einer Grundlamelle, in der nur die Durchgänge 34 eingebracht sind und die für sämtliche Wärmeübertrager einer Baureihe unterschiedlicher Leistungsstufen gleich ist, zur Steuerung des Wärmeflusses und/oder zur Leistungsanpassung Aussparungen geeigneter Form, Größe und Position nachträglich ausgestanzt.

Ansprüche

1. Wärmeübertrager, mit von einer Vielzahl von Lamellen besetzten Rohren und mit in die Lamellen eingebrachten, den Wärmeübergang beeinflussenden Aussparungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) in die Lamelle (32) im Bereich hoher Temperaturen eingebracht sind zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung und einer möglichst geringen maximalen Temperaturdifferenz auf der Lamelle (32).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) überwiegend im anströmseitigen Bereich (36) der Lamelle (32) vorgesehen sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) halbkreisförmig um die Warmwasserrohre (12) verteilt sind.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß um jedes Warmwasserrohr (12) mehrere Aussparungen (40, 41) verteilt sind.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aussparungen (40, 41) Stege (42) gebildet sind, wobei mindestens je ein Steg (42) die anströmseitige Kante (36) der Lamelle (32) mit dem dieser zugewandten Rand (38) eines Warmwasserrohres (12) direkt verbindet.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40, 41) regelmäßig verteilt sind und die Verhältnisse der Breiten der Aussparungen (40, 41) und der dazwischenliegenden Stegen (42) konstant sind.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Aussparungen (40, 41) der Form der Warmwasserrohre (12) angepaßt ist und die Aussparungen (40, 41) in einem konstanten Abstand vom Rand (38) der Warmwasserrohre (12) angebracht sind.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Mittelpunkt (46) eines Warmwasserrohres (12) aus gesehenen Öffnungswinkel α₁ und α₂ der Stege (42) und der Aussparungen (40, 41) in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis der Öffnungswinkel α₁ zu α₂ zwischen 1:7 und 1:10 liegt.

10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Abstand einer Aussparung (40, 41) zum Rand (38) eines Warmwasserrohres (12) und dem Radius des Warmwasserrohres 812) zwischen 1:1,5 und 1:2,5, vorzugsweise bei 1:2 liegt.

11. Wärmeübertrager, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen (48) zur Leistungsanpassung der Lamelle (32) an den Wärmeübertrager (10) vorgesehen sind.

12. Verfahren zum Herstellen einer Lamelle eines Wärmeübertragers, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Grundlamelle Aussparungen (40, 41, 48) zur Steuerung des Wärmeflusses und/oder zur Leistungsanpassung der Lamelle (12) an den Wärmeübertrager (10) gestanzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Größe, Form und Position der Aussparungen (40, 41, 48) entsprechend den Anforderungen an den Wärmeübertrager (10) in die Grundlamelle gestanzt werden.

Zeichnung