HEAT EXCHANGER WITH RISING OR DESCENDING FUNNEL

Abstract: 1. Heat exchangers consisting of winded tube, surrounded by an ascending or sinking shaft (2, 3) which in its not directly the heat exchanger enclosing zone (3) is consisting of one or several shafts, that exhibit a smaller inner diameter than outer diameter of the heat exchanger (1) thereby characterized, that the heat exchanger (1) is winded spirally for intensification of the free convection, the ascending or sinking shaft (2, 3) holds in its zone (3) that does not enclose directly the heat exchanger, altogether almost the same inner crossectional area as the passage area of the heat exchanger (1) for the storage medium, and the heat exchanger (1) is arranged at the shaft end (2).

Description: Wärmetauscher mit Sink- oder Steigschacht Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum direkten Aufheizen oder Abkühlen eines Speichermediums, vorzugsweise in Brauchwasser- oder Heizungs Pufferspeichern. Bei derartigen Wärmetauschern ist eine möglichst hohe Ubertragungsleistung bei möglichst kleiner Temperaturdifferenz zwischen Speichermedium und Eühl- bzw. Heizwasseraustritt gefordert. Bedingt durch die in der Praxis begrenzt grossen Behälteröffnungen und aus Kostengründen muss dieses Leistungsoptimum bei einer beschränkten Grösse des Wärmetauschers erreicht werden. Ublicherweise werden wegen der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des Speichermediums auf der Aussenseite des Wärmetauscherrohres Rippenrohre eingesetzt, durch deren grosse Aussenoberfläche der niedrige Alpha-Wert der Aussenseite wenigstens teilweise kompensiert wird. Jedoch steigt die erzielbare Leistungssteigerung nicht linear mit der Vergrösserung der Oberfläche, weil insbesondere bei den angestrebten geringen Temperaturdifferenzen nur eine sehr geringe Konvektion vorhanden ist und andererseits ein von der Rippenhöhe abhängiger sog. Rippenwirkungsgrad wirksam wird. Die Leistungsfähigkeit kann somit durch zwangsweises Umströmen des Rippenrohres über eine Pumpenanordnung weiter verbessert werden (siehe Druckschrift 50.040. 977 der Firma Sulo). Diese Ausführung bedingt jedoch einen vergleichsweise hohen Energieaufwand für die dafür eingesetzten Umwälzpumpen. Weiter ist bekannt, Wärmetauscher mit Rohren zu umgeben, um eine gleichmässige Erwärmung des Behälterin haltes zu vermeiden und eine, insbesondere für den Brauchwasserbereich sehr vorteilhafte, Wärmeschichtung zu erzeugen (Franz. Patentschrift Nr. 7509432, Gebrauchsmuster GM 78 00 493). Jedoch sind diese Rohre in Anordnung und Ausführung nicht geeignet, die Leistungsfahigkeit des Wärmetauschers zu steigern, dies ist auch nicht beabsichtigt. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Effizienz von Wärmetauschern in Behältern zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die natürliche thermische Konvektion um den Wärmetauscher durch vom oberen zum unteren Behälterbereich reichende Steig- oder Sinkschächte, die einen in etwa gleichen Durchflussquerschnitt wie das Wärmetauscherbündel aufweisen, entscheidend erhöht wird. Der Zuflussbereich zum Wärmetauscher soll aus einer möglichst grossen, vorzugsweise waagerechten Fläche bestehen. Die Konvektionswirkung kann durch teilweises oder ganzes Ausfüllen der nicht unmittelbar vom Wärmetauscher beeinflussbaren Durchlass- & erschnittsflä- chen innerhalb des Sinkschachttrichters weiter gesteigert werden. Vorteilhaft ist weiterhin eine möglichst geringe Höhe des Wärmetauscherbündels, weil dadurch sowohl die Eigenreibung des Behältermediums als auch störende Turbulenzen verringert werden, welche die Konvektionsströmung behindern. Die Vorteile dieses Sinkschachtprinzips beruhen auf einem durch die höhere Konvektionsgeschwindigkeit erheblich verbesserten Alpha-Wert der Aussenoberfläche. Damit wird die Leistung des Wärmetauschers ohne Fnergie- aufwand oder grösseres Bauvolumen stark erhöht, ferner besteht die Möglichkeit zur Verwendung preisgünstigerer niedrig berippter Rohre. Die Erfindung ermöglicht es daher, kleine, leichte und preisgünstige Wärmetauscher ohne energetischen vund hohen apparativen Aufwand mit hoher lieistungsfähigkeit auszustatten. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. y 1: Der Wärmetauscher (1) befindet sich im trichter förmigen Eopfteil.(2) des Sinkschachtes (3). Der freie Querschnitt des vorzugsweise spiral förmig gewickelten Wärmetauschers wird durch eine Sperre (4) verschlossen, so dass das ganze durch die Konvektion umgewälzte Wasser die Rip penrohre bestreicht. Vorteilhaft ist hierbei die Anordnung des Verschlussdeckels an dem, dem Sink schacht zugewandten Ende des Wärmetauschers und die etwas konische Ausbildung der Seitenwand des Kopfteiles (2), weil dadurch ein grösserer Teil des Wärmetauschers mit tbermisch noch unbeein flusstem Speichermedium beaufschlagt werden kann, so dass in einem grösseren Bereich des Wärmetau schers die max. mögliche Temperaturdifferenz zwischen Wärmetauscher und Speichermedium ge nutzt werden kann. Die gezeigte Anordnung dient zum Abkühlen des Speichermediums, zum Aufheizen kehrt sich die Anordnung um.

Claims: Patentansprüche 1. Wärmetauschersystem vorzugsweise aus spiralförmig aufgewickeltem Rohr, umgeben von einem Steig- oder Sinkschacht zur Verstärkung der freien Konvektion, dadurch gekennzeichnet, dass der Steig- oder Sink schacht in seinem nicht direkt den Wärmetauscher umschliessenden Bereich aus einem oder mehreren Schäch ten besteht, die einen kleineren Innendurchmesser als der Aussendurchmesser des Wärmetauscherbündels aufweisen und vorzugsweise insgesamt einen annähernd gleichen Innenquerschnitt wie der Durchlassquerschnitt des Wärmetauscherbündels für das Speichermedium be sitzen und der Wärmetauscher an dem Schachtende ange ordnet ist. 2. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steig- bzw. Sinkschächte vom an nähernd obersten zum annähernd untersten Behälter bereich reichen. 3. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Wärmetauscherbündel im Verhältnis zu seinem Durchmesser eine geringere Höhe aufweist. 4. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass alle überflüssigen freien Durchlass Querschnitte des Wärmetauschers durch geeignete Sperren verschlossen sind. 5. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Seitenwand des Kopfteiles konisch ausgebildet ist.

Inventors: NIXEL, FRITZ
Applicants: CHEMOWERK BAYERN GMBH
Application year: 1982
Main classification: F24H1
IPC codes: F24H1