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"Varmeveksler" Warmetauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher,
der eine Anzahl parallel geschalteter Rohre hat, die an ihren Enden an einen Eintritt
bzw. einen Austritt für eine Flflssigkeit angeschlossen und in einem Gehäuse untergebracht
sind, welches mit einem Eintritt und einem Austritt für eine zweite Flüssigkeit
versehen ist. Solche Wärmetauscher werden unter anderem in Zentralheizungsanlagen
zur Erzeugung heissen Gebrauchswassers benutzt, doch ist die Erfindung nicht auf
diesen Anwendungszweck begrenzt.
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Bei Wårmetauschern ist eb für das Leistungsvermögen wichtig, für
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der wärmetauschenden Medien längs der Trennwand
oder -wände zu sorgen, da der Wärmeübergang mit der StrömungsgeschwindigkeLt anwächst.
Angesichts dessen ist der erfindungsgemässe Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohre zu einem langgestreckten Käfig mit relativ schmalen Spalten zwischen
den einzelnen Rohren zusammengestellt sind und dass der Eintritt für die zweite
Flüssigkeit am einen Ende des Käfigs in diesen so hineingeführt ist, dass seine
MUndung in Länggrichtung des Käfigs zeigt.
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Das einströmen der zweiten FlUssigkeit-in das Innere des von den
Rohren gebildeten Käfigs bewirkt, dass die Flussigkeit dazu gezwungen wird, durch
die relativ schmalen Spalte in den den Käfig umgebenden Teil des Gehäuses hinauszuströmen,
d.h dass die Fltssigkeit dazu gezwungen wird, die Rohre mit hoher Geschwindigkeit
zu umspUlen. Ferner tritt an der MUndung des Flüssigkeitseintritts im Käfig ein
Unterdruck auf, der an dieser-Stelle ein Strömen von PlUssigkeit aus dem Gehäuse
in den Käfig hinein bewirkt, und diese einströmende Flüssigkeitsmenge wird zu der
zugeführten Flüssigkeitsmenge addiert, welches die Geschwindigkeit des den Käfig
verlassenden Flflssigkeitsstromes und damit den Wärmeübergang noch zusätzlich erhbht.
Auch in Betriebsperioden, in denen dem Gehause von aussen her keine FlUssigkeit
zugeführt
wird, findet eine gewisse interne Zirkulation zwischen
dem Inneren des Käfigs und dem den Käfig umgebenden Volumen des Gehäuses statt und
die auf diese Weise zirkulierende FlUssigkeitsmenge umspUlt die Rohre aufgrund der
relativ schmalen Passagen zwischen diesen mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit.
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Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung sind die Rohre
haarnadelfermig gebogen und mit ihren offenen Enden in einer Rohrplatte befestigt,
die wiederum abnehmbar am einen Ende des Gehäuses festgespannt ist. Der Rohrkäfig
bildet hierdurch eine leicht herausnehmbare Einheit, welches ein mechanisches Säubern
der Aussenseiten der Rohre ermöglicht.
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Es ist zweckmässig, dass die in der Rohrplatte befestigten Enden
der Rohre auf einem Teilkreis liegen und so angeordnet sind, dass die Enden sukzessiver
Rohre relativ zueinander um einen konstanten Winkel versetzt sind, wobei sämtliche
Rohre die gleiche Sehne des Kreises Uberspannen und sukzessiv abnehmende Länge haben,
Die Rohre lassen sich hierdurch alle gleich und unter Verwendung desselben Biegewerkzeuges
herstellen, indem man sie nach dem Biegen auf verschiedene längen zuschneidet, so
dass die umgebogenen Enden beim Montierten in der Rohrplatte axial- gegeneinander
versetzt ineinander liegen.
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ErfindungsgemSss kann wenigstens auf der einen lotrechten Seite des
Rohrkäfigs ein grdsserer Zwischenraum zwischen zwei Rohren gelassen sein, welcher
Zwischenraum mit Hilfe einer abnehmbaren, in der Hauptsache lotrechten Leitplatte
verschlossen ist. Hierdurch wird an dem von der Rohrplatte abgekehrten Ende des
Rohrkäfigh ein entsprechender Zwischenraum gebildet, durch den ein Zufuhrrohr fUr
die zweite Flussigkeit in den Käfig hineingefuhrt werden kann. Wenn die Leitplatte,
wie vorgeschrieben, abnehmbar ist, wird ausserdem der Zugang zu den dem Käfiginneren
zugekehrten Flächen der Rohre zwecks des bereits erwShnten Säuberns nach dem Herausnehmen
des Käfigs aus dem Gehäuse erleichtert.
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Auf der gegenUberliegenden Seite des Käfigs kann ebenfalls ein Zwischenraum
zwischen zwei Rohren vorgesehen sein und dieser Zwischenraum ist dann mit einer
permanent befestigten Leitplatte verschlossen. Hierdurch wird zwischen den Rohren
und den beiden Leitplatten eine lotrechte FlUssigkeits.
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säule eingeschlossen, die nur oben und unten mit der im Gehäuse befindlichen
FlUssigkeit in Verbindung steht, welches die bereits erwähnte Flüssigkeitszirkulation
in denjenigen Perioden begUnstigt, in denen keine Zufuhr der zweiten Flüssigkeit
geschieht.
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Der Eintritt der zweiten Flüssigkeit kann durch ein Winkelrohr stattfinden,
dessen eine Schenkel rechtwinklig zur LEngsrlchtunE des Käfigs in das Gehause und
dessen anderer Schenkel zwischen don beiden Rohren in den
Käfig
hineingefuhrt ist, an denen die abnehmbare Leitplatte befestigt ist, so wie es bereits
oben angedeutet worden ist. Der Mittelpunkt des Teilkreises kann in bezug auf die
Mittellinie des Gehäuses seitlich versetzt sein, da man dadurch den ersten Schenkel
der.Rohrbiegung ungefUhr in der lotrechten Mittelebene des Gehäuses anbringen kann.
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Der Abstand zwischen den beiden Schenkeln jedes Rohres kann an der
Rohrplatte grösser als am entgegengesetzten Ende des Gehäuses sein, welches bei
waagerechtem Verlauf der Achse des Wärmetauschergehäuses im Falle einer Abweichung
von der genau waagerechten Lage der Gefahr entgegenwirkt, dass sich Lufttaschen
in den geschlossenen Enden der Rohre bilden.
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Um die angestrebte interne Zirkulation im Gehäuse noch zu verstärken,
kann die MUndung des Eintritts fur die zweite FlUssigkeit wie die DUse einer Wasserstrahlpumpe
geformt sein.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der teilweise schematischen
Zeichnung näher erklärt. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausfubrungsform
des erfindungsgemässen Wärmetauschers, Fig. 2 eine Ansicht des Wärmetauschers in
der vom Pfeil II in Fig.- 1 angedeuteten Richtung, Fig. 3 eine Seitenansicht des
herausnehmbaren Rohrheizkörpers, Fig. 4 eine-Ansicht des Heizkerpers in der durch
den Pfeil in in Fig. 3 angedeuteten Richtung und Fig. 5 eine entsprechende Ansicht
in der durch den Pfeil V angedeuteten Richtung.
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Der auf der Zeichnung veranschaulichte WSrmetauscher ist speziell
fur die Erzeugung heissen Gebrauchswassers in Zentralheizungsanlagen berechnet und
-wird nachstehend- unter dieser Voraussetzung beschrieben, obwohl er sich auch zum
Erhitzen oder Abkühlen anderer FlUssigkeiten verwenden lässt.
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Der wärmetauscher hat ein äußeres Gehäuse, das aus einem zylindrischen
oder hauptsächlich zylindrischen Mantel 1 und zwei gewölbten Stirnwänden 2 und 3
besteht. Die Stirnwand 2 ist geschlossen, während die Stirnwand 3 mit einer zentralen
Offnung versehen ist, längs welcher ein Flansch 4 befestigt ist. Ein im Inneren
des Gehäuses befindlicher HeizkDrper, der generell mit 5 bezeichnet ist, ist zwischen-dem
Flansch 4 und einem Blindflansch 6 mit Hilfe einer Anzahl Bolzen 7 festgespannt.
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Der Heizkörper 5 ist aus einer Anzahl, in der gezeigten AusfUhrungsform
sechs, Rohren 8-13 zusammengesetzt, die die Haarnadelform gebogen und an -ihren
offenen Enden z.B. durch Schweissen an einer kreisförmigen Rohrplatte -14
befestigt
sind. Die Rohrplatte 14 ragt zwischen die beiden zusammengespannten Flansc1ze 4
und 6 hinaus vnd zwischen beiden Flanschen und der Rohrplatte sind plane Dichtungsringe
angebracht. Der ringf6nnige Blindflansch 6 ist auf seiner nriclr aussen gekehrten
Seite mit einer aufgeschweissten Platte 15 verschlossen, die zwei einanden hauptsächlich
diametral gegenüberliegende Öffnungen 16 utid 17 aufweist, welche für den Anschluss
nicht gezeigter Zu-und Abführungsleitung für Heisswasser vom Kessel der Zentralheizungsanlage
bestimmt sind An der Innenseite der Platte 16 ist eine diametrale Rippe 18 festgeschweisst,
die den zwischen der Platte 16 und der Rohrplatte 14 befindlichen Raum flüssigkeitsdicht
in zwei Verteilerkammern 19 und 20 aufteilt. In Hohe der Rippe 18 ist an der Innenseite
der Rohrplatte 14 eine diametrale Rippe 21 befestigt, die die Platte versteift.
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Wie am besten aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, sind die Rohre
8-13 des Heizkörpers in einer solchen Weise gebogen, dass ihre offenen Enden an
der Rohrplatte, und zwar in Punkten eines Teilkreises auf dieser Platte, befestigt
werden können, und der Abstand zwischen den Rohrenden in Querrichtung ist ftlr jedes
Rohr der gleiche und entspricht bei der gezeigten Ausführungsform einem Mittelpunktswinkel
von etwa 1600. Wie gezeigt, sind ferner die einzelnen Rohre relativ zueinander um
einen konstanten Winkel versetzt, und dieser Winkel ist so gewählt, dass zwischen
den Aussenseiten zwier benachbarter Rohre nur ein relativ schmaler Spalt in längsrichtung
des Heizkörpers 5 verbleibt. Die einzelnen Rohre haben ausserdem sukzessiv abnehmende
Längen, so dass die Biegungen der Rohre axial gesehen voneinander freikommen. Wegen
dem oben erwähnten Mittelpunktswinkel, der kleiner als 1800 ist, liegen das axial
gesehen äusserste Rohr 8 und das innerste Rohr 13 des von den Rohren gebildeten
Käfigs ausserdem dichter nebeneinander auf der einen Seite als auf der entgegengesetzten
Seite. Der Heizkörper 5 ist schliesslich so im Gehäuse des Wärmetauschers befestigt,
dass die Schenkel der beiden genannten Rohre 8 und 13 auf beiden Seiten des von
den Rohren gebildeten Käfigs lotrecht oder hauptsächlich lotrecht Ubereinanderliegen.
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Die beiden erwähnten Zwischenräume zwischen den Rohren 8 und 13 sind
auf dem grössten Teil der Lunge des Heizkörpers 5 mit Hilfe zweier Leitplatten ausgefullt,
von denen die erste Platte 22 zweckmässigerweise an den beiden Rohren festgeschweisst
sein kann> während die andere Platte 23, die den grössten der beiden Zwischenräume
verschliesst, abnehmbar an den Rohren befestigt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform
sind die längakanten der Platte 23 umgebogen und der mittlere Teil der Platte weist
einen Knick auf, so dass die Platte genUgend federt, um auf die beiden Rohre aufgeschoben
und
durch ihre Elastizität an diesen festgehalten zu werden.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstrecken sich die Leitplatten 22 und
23 von einer dicht an der Rohrplatte 14 befindlichen Stelle bis zur Biegung am Ende
des innersten Rohres 13. Am letztgenannten Ende des Heizkörpers 5 entsteht hierdurch,
wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, eine Öffnung, die gross genug ist, um
das EinfUhren eines Eintrittrohres 24 fur kaltes Gebrauchswasser in das Innere des
Heizkörpers zu erlauben. Das Rohr 24, siehe Fig. 1, ist winkelfermig und besteht
aus einem lotrechten Schenkel 24a, der durch den Mantel 1 des Gehäuse hindurchgeführt
ist und aus diesem herausragt, vgl. Fig. 2, und einem waagerechten Schenkel 24b,
der sich an den Enden der Leitplatten 22 und 23 vorbeierstreckt und ein StUck zwischen
die den Heizkörper 5 bildenden Rohre hineinragt. Lotrecht Uber der Öffnung im Mantel,
durch die das Rohr 24 hindurchgeführt ist, ist ein Austritestutzen 25 fUr das erhitzte
Gebrauchswasper vorgesehen. Da der Mittelpunkt des oben erwähnten Teilkreises in
der Rohrplatte 14, längs welchem die Rohre 8-13 befestigt sind, in bezug auf die
Mittellinie des Gehäuses 1 seitwärts versetzt ist, können das Eintrittrohr 24 und
der Austrittstutzen 25 fast zentral im Gehäuse angeordnet werden.
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Wenn der Wsrmetauscher in Betrieb ist, strömt das Kesselwasser, das
Wärme abgeben soll, durch die Rohre 8-13, und beim Entnehmen heissen Gebrauchs wassers
aus dem Wärmetauscher strömt eine entsprechende Menge kälteres Wasser durch das
Elntrlttrohr 24 in das Innere des rohrkäfigs 8-13J Belm Ausstrhnen des Wassers lurch
die Mtlndung des Rohrschenkels 24b, die gegehenenfalis wie die Diese einer Wasserstrahlpumpe
ausgebildet sein kann, wird das Wasser in der Umgebung mitgerissen, welches ein
Nachströmen von Wasser aus dem ringförmigen, den Heizkörper 5 umgebenden Raum in
das Innere des Heizkörpers bewirkt, und die auf diese Weise mitgerissene Wassermenge
strömt zusammen mit der von aussen her zugeführten durch die relativ schmalen Zwischenräume
den einzelnen Rohren wieder aus dem Heizkörper aüs. Hierdurch umspült das Wasser
die wärmeabgebenden Rohre mit erheblichen Geschwindigkeiten, so dass ein sehr effektiver
Wärmeübergang erzielt wird. Auch in denjenigen Betriebsperiodens in denen dem Wärmetauscher
kein Wasser entnommen wird, geht eine gewisse interne Zirkulation vor sich, da sich
die im Inneren des Heizkörpers 5 befindliche Wassermenge nach oben und zwischen
den Rohren hindurchbewegt, während gleichzeitig an der Unterseite des Heizkörpers
eine entsprechende Wassermenge zwischen den Rohren hindurch in das Innere des Heizkörpers
einströmt. Die beiden Leitplatten 22 und 23, die das Innere des Heizkörpers seitlich
begrenzen, begünstigen diese natürliche Zirkulation.
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In der Praxis hat es sich erwiesen, dass mit der beschriebenen Konstruktion
ein Wärmetauscher geschaffen ist, der ein schnelles Erhitzen des einströmenden kalten
Wassers ermöglicht, so dass er dazu imstande ist, mit einem verhältnismässig beschränkten
Wasservolumen selbst recht hohe Spitzenbelastungen zu schaffen. Je nach der verlangten
Leistung können mehrere Wärmetauscher zusammengebaut werden, und zwar können sie
hierbei in Abhängigkeit von den jeweiligen Verhältnissen sowohl auf der Kesselwasserseite
als auch auf der Begrauchswasserseite hintereinander- oder nebeneinandergeschaltet
werden. Ein oder mehrere Wärmetauscher lassen sich auch leicht in ein mit dem Kessel
gemeinsames Gehäuse einbauen, wobei der Wärmetauscher entweder Uber oder neben dem
Kessel angeordnet werden kann. Wenn der Wärmetauscher, wie gezeigt, mit waagerechter
Achse montiert wird, ist es vorteilhaft, dass die einzelnen, haarndelförmig gebogenen
Rohre in Richtung Rohrplatte etwas divergieren, z.B. 1-2°, da hierdurch die Bildung
von Luftsäcken an den umgebogenen Enden verhindert wird. Obwohl der Wärmetauscher
in der beschriebenen Ausführungsform so eingerichtet ist, dass das wärmeabgebende
Medium durch die relativ engen Rohre strömt, kann auch oas Gegenteil der Fall sein,
so dass diese Rohre das zu erhitzende Medium führen, da das Wesentliche fur das
Leistungsvermögen des Wärmetauschers ist, dass sowohl auf der Innen- als auch ';'Jf
tier Aussenseite der Rohre hohe Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden können.
Das Hauptprinzip der Erfindung Messe sich daher auch durch einen @@@ig verwirklichen,
der aus parallelen, zwischen zwei Rohrplatten verlaufenden Rohren besteht, loch
ist die gezeigte Konstruktion mit haarnadelformig gebogenen @ehren in konstruktiver
und betriebsmässiger Hinsicht vorteilhafter, unter anderem weil sich die Rohre sowohl
Innen als auch aussen so leicht mechanisch säubern lassen.