HEAT EXCHANGER

Abstract: 1. Heat exchanger having several concentrically spaced ring chambers (1) for the passage of a first heat exchange medium and annular or tubular passages (2) respectively defined by the ring chambers for a second heat exchange medium, characterized in that the ring chambers (1) being connected with each other have a distributing pipe (4) for the entry of the first heat exchange medium and a collecting pipe (5) for the exit of the first heat exchange medium and being divided by a common dividing wall (7) between distributing pipe (4) and collecting pipe (5) so that the first heat exchange medium entering through the distributing pipe (4) passes completely through the ring chambers and only than being discharged through the collecting pipe (5).

Description: Wärmetauschgr Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Ringkammer für den Durchgang eines ersten Wä.rmetauschmediums und einem konzentrisch als Rohr ausgebildeten Durchgang für ein zweites Wärmetauschmedium. Es sind bereits kastenförmig ausgebildete Rauchgaswärmetauscher bekannt, bei denen das Rauchgasabzugsrohr von Heizkesseln mit einer von Wasser durchströmten Rohrschlange umgeben ist. Derartige Wärmetauscher sind hinsichtlich des Wärmeübergangs, der Einsetzbarkeit für andere Zwecke und der Anpassbarkeit an gegebene Raumbedingungen beschränkt0 Ferner ist ein Rauchgasabzugsrohr für Feuerungsanlagen mit einem Wärmetauscher zur Rückgewinnung der in den Rauchgasen enthaltenen Wärmeenergie bekannt, der aus einem oder mehreren baukastenähnlich zusammensetzbaren Ringkammersegmenten, in denen die mittige Ausnehmung für den Durchlass des Rauchgases von einer Ringkammer für den Durchgang des Wärmetauschmediums umgeben ist, besteht. Ein optimaler Wärmeübergang ist Jedoch durch diese Bauweise nicht gegeben. Die Aufgabe der Erfindung besteht in einem Wärmetauscher, der durch spezielle Aufteilung der Wärmeaustauschflächen einen besonders günstigen Wärmeübergang liefert. Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen Wärmetauscher mit Ringkammer für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und einem konzentrisch als Rohr ausgebildeten Durchgang für ein zweites Wärmetauschmedium gelöst, der durch zwei oder mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete Ringkammern (1) für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums und von den Ringkammern begrenzte ringförmige ge bzw. rohrförmige Durchgänge (2) für das zweite Wärmetauschmedium gekennzeichnet ist. In spezieller Ausführungsform sind die Ringkammern (1) durch eine gemeinsame Trennwand (7) unterteilt und zum Eintritt bzw. Austritt des ersten Wärmetauschmediums mit einem Verteilungsstutzen (4) bzw. Sammelstutzen (5) verbunden. Vorzugsweise ist im Abstand zur Trennwand (7) Jeweils eine den oder die ringförmigen Durchgänge (2) abschliessende Verteilungswand (3) zur Verteilung des ersten Wärmetauschmediums auf die Ringkammern (1) angeordnet. Eine oder beide Stirnseiten des Wärmetauschers sind zweckmässig mit einem ringförmigen, abnehmbaren Deckel versehen, der eine bequeme Reinigung des Innenraums ermöglicht. Es ist besonders vorteilhaft, den Wärmetauscher in Form von über Nut- und Federeingriff (8) axial aneinanderfügbaren Einzelsegmenten unter Verbindung der entsprechenden Ringkammern und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge auszubilden. Dabei sind die Einzelsegmente zweckmässig durch aussen angebrachte Führungsrohre (6) zur Aufnahme von Befestigungsstangen miteinander verbindbar. Bei Verwendung eines Wärmetauschmediuns mit natürlichem Auftrieb, wie beispielsweise Rauchgas, wird an den Wärmetauscher beidseitig in Strömungsrichtung ein Uebergangs segment (9) angeschlossen, das nur eine Ringkammer (1) für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums aufweist. Bevorzugt enthalten die nach aussen gerichteten Stirnseiten des Ubergangssegments ein Anschlussstück (10) zum Kessel bzw. Kamin und einen mit dem Anschlussstück verbundenen und den Ringraum abschliessenden, abnehmbaren Deckel (11). Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Wärmetauschers unter Aufteilung des Wärmetauschvorgangs auf mehrere konzentrisch angeordnete Ringkammern wird ein erhöhter Wärme übergang gewährleistet, ohne dass der Gesamtquerschnitt des Wärmetauschers erhöht werden muss. Die Gliederbauweise des Wärmetauschers bietet die Möglichkeit, den Wärmetauscher in axialer Richtung beliebig zu vergrössern und den Jeweiligen Gegebenheiten genau anzupassen. Durch die Abdeckung der Stirnseite(n)des Wärmetauschers mittels leicht entfernbarem Deckel ist der Innenraum leicht zugänglich, was beispielsweise für die Reinigung sehr vorteilhaft ist. Der Wärmetauscher ist aus mindestens zwei konzentrisch angeordneten Ringkammern aufgebaut, die für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums bestimmt sind. Die Zahl der Ringkammern ist nicht beschränkt und kann unter BerUcksichtigung der Art des Wärmetauschmediums sowie dessen Strömungsdrucks beliebig erhöht werden. Zweckmässig erwiesen sich Ausbildungen von zwei bis zehn Ringkammern für den Durchgang der verschiedensten Fluide als erstes Wärmetauschmedium, Die Ringkammern sind miteinander verbunden, so dass das Wärmetauschmedium gleichzeitig sämtliche Ringkammern durchströmen kann. Die Ringkammern sind zweckmässig mit einem gemeinsamen Verteilungsstutzen für die Zuführung des ersten Wär metauschmediums und einem gemeinsamen Sammelstutze fr die Ableitung bzw. Weiterleitung des ersten Wärmetauschmediums. Damit das erste Wärmetauschmedium die Ringräume vollständig durchströmt und nicht unmittelbar über den Sammelstutzen wieder abgeführt wird, sind die Ringräume vorzugsweise durch eine gemeinsame Trennwand unterteilt, wodurch der Strömungsweg des ersten Wärmetauschmediums durch die Ringkammern vorgeschrieben wird. Die im Abstand voneinander angeordneten Ringkammern lassen in ihren Zwischenräumen ringförmige Durchgänge bzw. in dem von der Innenseite der innersten Ringkammer begrenzten Raum einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Durchgang frei, der von dem zweiten Wärmetauschmedium durchströmt wird. Der ringförmige Durchgang oder - bei Ausbildung von mehr als zwei Ringkammern - die ringförmigen Durchgänge sind den Ringkammern gegenüber abgeschlossen und vorzugsweise im Abstand zu der Trennwand durch eine Verteilerwand abgeschlossen, die noch in die äussere Ringkammer hineinreicht, um somit gleichzeitig das erste Wärmetauschmedium von der Eintrittsstelle in sämtliche Ringkammern zu lenken und nach ihrem Durchgang wieder dem Sammelstutzen zuzuleiten. Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann der Wärmetauscher so ausgebildet werden, dass Einzelsegmente in axialer Richtung zu beliebiger Länge aneinanderfügbar sind. Die Verbindung der Einzelsegmente erfolgt zweckmässig über Nut- und Federeingriff. Dabei werden die entsprechenden Ringkammern und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge aneinandergefügt. Während die Aufteilung des Innenraums in mindestens zwei bis beliebig viele Ringkammern mit entsprechend dazwischen liegenden ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgllngen aufgrund der vergrösserten Oberfläche einen optimalen Wärme übergang vom ersten Wärmetauschmedium zum zweiten Wärme tauschmedium liefert, ermöglicht die Segmentbauweise eine massgeschneiderte Anpassung an die Jeweiligen Gegebenheiten. Somit kann beispielsweise bei Vergrösserung einer Anlage oder einer Erhöhung der Heizleistung der Wärmetauscher variabel verlängert werden. Die Befestigung der einzelnen in axialer Richtung, beispielsweise über Nut- und Federeingriff, aneinandergefügten Einzelsegmente des Wärmetauschers erfolgt durch geeignete Befestigungsorgane, beispielsweise mittels Führungsrohren, durch die Befestigungsstangen hindurchgeführt werden. Der Wärmetauscher der Erfindung ist für sämtliche Fluid Wärmetauschmedien in den verschiedensten Kombinationen geeignet. Beispielsweise kann der erfindungsgemässe Wärmetauscher für den Wärmeaustausch zwischen den nachfolgend aufgeführten Medien in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden: Wasser - Wasser, Wasser - Luft, Wasser - Dampf, Sole Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Rauchgas - Luft, Rauchgas Wasser. Der Wärmetauscher kann sowohl zu Heiz- als auch zu Kühlzwecken eingesetzt werden. Der Wärmetauscher der Erfindung kann für Verfahren zur Wär merückgewinnung aus Abluft bzw. Abwässern in Industriebetrieben sowie bei Wärmerückgewinnungsanlagen z.B. in der Spanplatten- und Textilherstellung, in Autolackierereien, Giessereien, Galvanik- und Schweisstechniken usw. eingesetzt werden und aufgrund der Gliederbauweise den spezifischen Kundenwünschen angepasst werden. Ausserdem ist der Wärmetauscher durch das Ringkammernsystem ohne erheblichen Aufwand zu warten und zu reinigen. Der Wärmetauscher ist insbesondere in Verbindung mit Heizkesseln verwendbar, die feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe verfeuern, und wird als Rauchgaswärmetauscher zwischen dem Heizkesselaustritt und dem Kamineintritt eingesetzt. Derartige Rauchgaswärmetau- scher sind ausserdem auch hervorragend zum Einbau in offene Kamine und Kachelöfen geeignet. Für die Verwendung des Wärmetauschers der Erfindung in Verbindung mit Wärmetauschmedien mit natürlichem Auftrieb, je z.B. Rauchgas, wirdein Uber > angssegment zum Abgasrohrstut- zen des Heizkessels'8vorgesehen, das nur eine Ringkammer für das erste Wärmetauschjnedium, z.B. Wasser, aufweist, während das Rauchgas durch den von der Ringkammer umschlossenen zylindrischen Raum strömt. Durch den Anschluss des Ubergangssegments wird der Auftrieb oder Zug des Rauchgases nicht gehemmt und kann kontinuierlich unter Wärmeaustausch den Wärmetauscher durchströmen. Der Wärmetauscher der Erfindung kann aus den üblichen Materialien, beispielsweise Metallen, wie Gusseisen, Stahl, insbesondere V2A-Stahl, Kupfer oder Aluminium sowie deren Legierungen gefertigt sein. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen durch die Zeichnungen erläutert, worin Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wärmetauschers, Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungs gemässen Wärmetauschers in Gliederbauweise, Fig. 3 und 4 Ansichten, teilweise im Schnitt, eines Uber gangssegments und Fig. 5 ein Schema einer Heizungsanlage unter Einbau des erfindungsgemässen Wärmetauschers in Gliederbauweise wiedergeben. Fig. 1 zeigt im Querschnitt den Aufbau eines erfindungsgemässen Wärmetauschers mit zwei konzentrisch angeordneten Ringkammern 1 für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und einem dazwischenliegenden ringförmigen bzw. rohrförmigen oder zylindrischen Durchgang 2 für das zweite Wärmetauschmedium. Die Ringkammern 1 sind mit einem Verteilungsstutzen 4 und einem Sammelstutzen 5 für die ZufUh- rung bzw. Abführung des ersten Wärmetauschmediums verbunden. Die beiden Ringkammern 1 sind durch eine Trennwand 7 unterteilt, so dass das durch den Verteilungsstutzen 4 ein tretende erste Wärmetauschmedium die gesamten Ringkammern durchläuft und dann erst durch den Sammelstutzen 5 abströmt. Der zwischen den beiden Ringkammern 1 liegende ringförmige Durchgang 2 für das zweite Wärmetauschmedium ist gegenüber den Ringkammern im Abstand von der Trennwand 7 durch eine in die äussere Ringkammer hineinreichende Verteilungswand 3 abgeschlossen. Diese Verteilungswand hat neben dem Abschluss des ringförmigen Durchgangs noch die Funktion, das eintretende erste Wärmetauschmedium auf die beiden Ringkammern zu verteilen und nach Durchgang durch die Ringkammern auf den Sammelstutzen 5 hinzulenken. Über den äusseren Umfang des Wärmetauschers verteilt sind als Befestigungsorgane Führungsroh- re 6 zur Aufnahme von Befestigungsstangen angebracht. Fig. 2 gibt den Wärmetauscher der Erfindung in Gliederbauweise wieder. D.h. Einzelsegmente des mehrere Ringkammern aufweisenden Wärmetauschers sind in axialer Richtung so aneinandergefügt, dass die Ringkammern 1 und die ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge 2 einander entsprechen. Die hier gezeigten beiden Ringkammern 1, die selbstverständlich auf eine beliebige Anzahl erweitert werden können, sind Jeweils als geschlossene Ringkammern ausgebildet, die eine Trennwand 7 aufweisen und im Abstand von der Trennwand 7 auf der einen Seite mit dem Verteilungsstutzen 4 für das zuzuführende erste Wärmetauschmedium und auf der anderen Seite mit dem Sammelstutzen 5 zur Ableitung bzw. Weiterleitung des ersten Wärmetauschmediums in Verbindung stehen. Der zwischen den beiden Ringkammern 1 ausgebildete Ringraum 2 wird im Abstand von der Trennwand 7 durch eine Verteilungswand 3 abgeschlossen, so dass der Eintritt des ersten Wärmetauschmediums in den Ringraum 2 ausgeschlossen ist, andererseits das eintretende erste Wärmetauschmedium auf die beiden Ringräume verteilt wird. Die Einzelsegmente des Wärme tauschers werden über an den Ringkammern ausgebildeten Nutund Federeingrlff8fluiddicht aneinandergefügt. An der Aussenfläche des Wärmetauschers befinden sich Befestigungsrohre 6, die zur Aufnahme von Befestigungsstangen dienen, um die Einzelsegmente fest miteinander zu verbinden. Die Führungsroh- re 6 der Einzelsegmente sind aufeinandergefluchtet angeordnet, so dass der Einschub von Befestigungsstangen ermöglicht wird. Der Verteilungsstutzen 4 steht mit einem Anschlussbogen 12 in Verbindung, über den das erste Wärmetauschmedium, z.B. Wasser oder Luft, eingeführt wird. Das durch den Verteilungsstutzen 4 eingeführte erste Wärmetauschmedium durchströmt die Ringkammern 1, tritt über den Sammelstutzen 5 aus und wandert zum Verteilerstutzen 4 des nächsten Wärmetauschersegments, um dort die nächsten beiden Ringkammern 1 zu durchwandern. Dieser Strömungsweg setzt sich durch den gesamten zusammengesetzten Wärmetauscher fort. Das zweite Wärmetauschmedium, beispielsweise Rauchgas, durchströmt die von den Ringkammern freigelassenen Zwischenräume, nämlich den ringförmigen Durchgang 2 zwischen den beiden Ringkammern sowie den durch die innere Ringkammer gebildeten rohrförmigen bzw. zylindrischen inneren Durchgang 2. Durch die auf engem Raum durch Ausbildung mehrerer Ringkammern geschaffene grosse Oberfläche findet ein äusserst günstiger Wärmetausch zwischen den beiden Medien statt. Die Zahl der aneinanderfügbaren Glieder ist nicht beschränkt und kann den Jeweiligen Gegebenheiten genau angepasst werden Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Übergangssegment 9, das an den Wärmetauscher angeschlossen werden kann. Wesentlich ist dieses Anschlussstück bei Verwendung eines Wärmetauschmediums mit natürlichem Auftrieb oder Naturzug, wie beispielsweise Rauchgas. Aufgrund des tibergangssegments findet, da kein zusätzlicher Druck angewendet wird, eine bessere Durchströ mung des Wärmetauschers statt. Das Ubergangssegment weist im Gegensatz zum übrigen Teil des Wärmetauschers nur eine Ringkammer 1 für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums auf, während das zweite Wärmetauschmedium ausschliesslich durch den rohrförmigen Durchgang 2 strömt. Die nach aussen gerichtete Stirnseite des Ubergangssegments weist konzentrisch im Innern ein rohrförmiges Anschlussstück 10 auf, das zum Anschluss beispielsweise an den Heizkessel zur Zuführung von Rauchgas oder zum Anschluss an den Kamin bestimmt ist. Das Anschlussstück wird von einem ringförmigen, leicht abnehmbaren Deckel il umgeben, der beispielsweise verschraubt sein kann und nach Abnahme den Innenraum freigibt und damit eine leichte Reinigung ermöglicht. Die Verbindung des Über- gangssegments mit dem übrigen Wärmetauscher kann wiederum über Nut- und Federeingrff8sowie zur Befestigung Uber Füh rungsrohre 6, welche Befestigungsstangen aufnehmen können, erfolgen. In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung wiedergegeben, die den Einbau eines in Gliederbauweise ausgeführten erfin dungsgemässen Wärmetauschers a in eine Heizungsanlage zwischen Heizkessel b und Kamin c zeigt. Die Ringkammern des Wärmetauschers werden von dem über den Kreislauf d eingeführten ersten Wärmetauschmedium, z.B. Wasser, durchströmt, während die zwischen den Ringkammern liegenden ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge von dem aus dem Heizkessel austretenden Rauchgas im Gegenstrom unter Wärmeaustausch durchströmt werden. Die einerseits dem Heizkessel und andererseits dem Kamin zugekehrten beiden äusseren Segmente des Wärmetauschers sind als Ubergangssegmente 9 ausgebildet und weisen nur eine Ringkammer auf. Da die gezeigte Heizanlage mit Naturzug arbeitet, wird durch den Einsatz der Ubergangssegmente ein staufreier Durchgang des Rauchgases garantiert. Die Wärmetauschmedien können sowohl im Gleich-Kreuzstrom als auch im Gegen-Kreuzstrom geführt werden.

Claims: Patentansprüche 1. Wärmetauscher mit Ringkammer für den Durchgang eines ersten Wärmetauschmediums und einem konzentrisch als Rohr ausgebildeten Durchgang für ein zweites Wärmetauschmedium, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere konzentrisch im Abstand angeordnete, miteinander in Verbindung stehende Ringkammern (1) für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums und von den Ringkammern begrenzte ringförmige bzw. rohrförmige Durchgänge (2) fUr das zweite Wärmetauschmedium. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammern (1) durch eine gemeinsame Trennwand (7) unterteilt sind und der Eintritt bzw. Austritt des ersten Wärmetauschmediums über einen mit den Ringkammern (1) verbundenen Verteilungsstutzen (4) bzw. Sammelstutzen (5) erfolgt. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zur Trennwand (7) Jeweils eine den oder die ringförmigen Durchgänge (2) abschliessende Verteilungswand (3) zur Verteilung des ersten Wärmetauschmediums auf die Ringkammern (1) angeordnet ist. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er in Form von über Nut- und Federeingriff (8) axial aneinanderfügbaren Einzelsegmenten unter Verbindung der entsprechenden Ringkammern und ringförmigen bzw. rohrförmigen Durchgänge ausgebildet ist. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsegmente durch aussen angebrachte FUhrungsrohre (6) zur Aufnahme von Befestigungsstangen miteinander verbindbar sind. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Wärmetauschmediums mit natürlichem Auftrieb im Strömungsweg beidseitig ein Ubergangssegment (9) angeschlossen ist, das nur eine Ringkammer (1) für den Durchgang des ersten Wärmetauschmediums aufweist. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen gerichteten Stirnseiten des Ubergangs- segments ein Anschlussstück (10) zum Kessel bzw. Kamin und einen an das Anschlussstück angrenzenden und den Innenraum abschliessenden, abnehmbaren Deckel (11) aufweist.

Inventors: NIEDERMEIER, GEORG
Applicants: NIEDERMEIER, GEORG
Application year: 1984
Main classification: F28D7
IPC codes: F24D12, F28D21, F28D7