CYLINDRICAL HEAT EXCHANGER MANUFACTURED FROM PREFABRICATED COMPONENTS, IN PARTICULAR A CHIMNEY RECUPERATOR

Abstract: 1. Cylindrical heat exchanger manufactured of prefabricated components, especially chimney recuperator to be assembled to a selected length, comprising a plurality of heat exchange pockets (1) disposed in a circular arrangement, in axial planes, and spaced from each other in the direction of circumference of the exchanger, which heat exchange pockets (1) are connected to at least one inlet opening (9) and at least one outlet opening (10) and are surrounded by a cylindrical exterior envelope (6), a flow-preventing guide member (13) being provided in the thermally inactive space defined by the radially inner ends of the heat exchange pockets (1), characterised in that the heat exchange pockets (1) are connected to annular flow chambers (8) through a respective radial inlet conduct (2) and a respective radial outlet conduct (3) axially arranged one above the other, the annular flow chambers (8) being formed between the exterior envelope (6) and an inner cylindrical envelope (5) surrounding the heat exchange pockets (1) and formed by mutual connection of the walls of the inlet and outlet conducts and by their connection with jacket sheets (4), the annular flow chambers (8) being separated from each other by annular dividing walls (7), and the inlet and outlet conducts (9, 10) leading radialy or axially into a respective annular flow chamber (8).

Description: Zylindrischer, aus Fertigbauteilen gefertigter Wärmetauscher, insbesondere Schornsteinrekuperator Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur rekuperativen Wärmeausnutzung von Medien niedriger Temperatur, insbesondere der Wärme von Rauchgasen geeignet ist und die aus dünnen Blechen durch Pressen hergestellte Taschen oder Hohirippen enthält, aus denen durch die Änderung der Elementenanzahl und Anordnung den Ansprüchen entsprechende Einheiten mit unterschiedlichen Abmessungen und Heizflächengrössen aufgebaut werden können. Aus der Fachliteratur und aus der Praxis sind zahlreiche Versionen von aus Fertigbauteilen aufbaubaren Wärmetauschern bekannt. Auf die Erhöhung der in dem Einheitsvolumen unterbringbaren Heizflächen gerichtete Ausführungsformen von Wärmeaustauschern von zahlreichen Firmen - u.a. Kraftanlagen Heidelberg und Corner Schmidt - sind wohlbekannt. Eine ähnliche Lösung ist in der DE-A-3 102 623 beschrieben; bei dieser Lösung sind zum Fördern der Medien aus rechteckig oder Mellenlinienförmig gebogenen Blechen beidseitig verschlossene Kanäle mit kleinem Querschnitt ausgestaltet. Aus den derart ausgestalteten Elementen wird z.B. jedes zweite Element auf dem ersten senkrecht orientiert oder mit diesem einen spitzen Winkel einschliessend eingebaut, wobei aus den in gleicher Weise orientierten Elementen der Durchfluss- querschnitt für das eine bzw. das andere Medium ausgestaltet wird. Der Nachteil dieser bekannten Anlagen zeigt sich darin, dass die Anpassung der Vorrichtung an die wärmeabgebenden Systeme sowie die Ver teilung und Ansammlung der Medien die Gestaltung zahlrclcher - an dem Wärmeaustausch nicht teilnehmender - Elemente beanspruchen, wodurch sich der Herstellungsaufwand bedeutend erhöht. Die in der GB-A-2 048 452 spezifizierte Vorrichtung besteht aus zwei grossflächigen z.B. durch Pressen als das Spiegelbild voneinander auf das entsprechende Format ausgestalteten, z.B. durch Schweissen miteinander verbundenen dünnwandigen Blechhälften. Die doppelwandige Konstruktion, die für das eine an den Wärmeaustausch teilnehmende Medium einen Durchflussquerschnitt zwischen den beiden Blechen aufweist und an dem einen Ende mit einem Eintrittsstutzen und an dem anderen Ende mit einem Austrittsstutzen versehen ist, ist in Form einer Spirale gewunden. Die derart ausgestaltete Konstruktion wird in der Ebene der Spirale an beiden Enden verschlossen, und zwar so, dass an dem einen Ende die Mitte der Spirale freigelassen wird, z.B. für den Eintritt des wärmeabgebenden Mediums, das sich nun verteilend entlang des Mantels strömt und der Linie der Spirale folgt, die Mittelachse der Spirale immer mehr verlässt und aus dem System durch die sich zwischen den Mänteln befindende Öffnung in tangentialer Richtung austritt. Die für den Wärmeaustausch charakteristischen Eigenschaften der beschriebenen Vorrichtung sind für solche Medien günstig, bei denen das Volumen des wärmeabgebenden bzw. des värmeaufnehmenden Mediums stark voneinander abweichen; als solche sollen z.B. ein gasphasiges wärmeabgebendes und ein flüssiges rärmeavfnehmendes Medium erwähnt werden Aus dem Wesen der Konstruktion ergibt sich, dass die Durchflussquerschnitte an der Seite der Wärmeabgabe bzw. der Wärmeaufnahme wesentlich unterschiedlich sind; in dieser Weise können günstige Wärm eaus ta uschcharak teris tiken jedoch keinesfalls gewährleistet werden, wenn das Volumen der beiden Medien annähernd gleich ist. Die Anwendung der Konstruktion wird auch dadurch beeinträchtigt, dass das Abbiegen der doppelwandigen Konstruktion auf das spiralförmige For mat mit Schwierigkeiten verbunden ist; die aus gestaltbare Heizfläche wird durch die Möglichkeiten der Herstellung begrenzt, so dass das Anwendungsgebiet nicht gross ist. Die Lösung kann bloss Im Bereich niedrigerer Wärmeleistungen verwendet werden. Es besteht nicht die Möglichkeit, die Konstruktion als Gas-Gas-Wärmetauscher mit entsprechenden Wärmeaustauschparametern einzusetzen. In der DE-A-2 921 770 ist ein aus zwei spiegelbildlichen Hälften zusammengebautes, im allgemeinen durch Schweissen verbundenes Wärmetauscherelement spezifiziert. Die beiden Hälften bilden eine aus Metall und Kunststoff bestehende lamellare Konstruktion, die ähnlich wie die vorher beschriebene Konstruktion infolge des Verhältnisses zwischen den Durchflussquerschnitten erst dann erfolgreich angewendet werden kann, wenn das Verhältnis der lxolumina der an dem Wärmeaustausch teilnehmenden Medien den Anforderungen weitgehend genügt. Zu diesem Zwecke werden Zufuhr und Abfuhr des wärmeabgebenden Mediums besonders ausgestaltet. Die geschilderte Konstruktion kann hauptsächlich als Element kommunaler Heizungsanlagen und nur in einem niedrigen Temperaturbereich eingesetzt werden. Auf diese Tatsache weist übrigens neben der formellen Gestaltung auch der synthetische Überzug der umhüllenden Schale hin. Aus den aus der DE-B-3 011 011 erkennbaren Elementen können massbegrenzte, hinsichtlich der Wärmeübergabe günstige Kanäle mit gleichwertigen Durchmessern ausgestaltet werden. Die Kanäle, durch welche die an dem Wärmeaustausch teilnehmenden Medien hindurchströmen, werden durch die Bündelung von eine höchstpräzise Bearbeitung beanspruchenden profilierten Elementen ausgebildet. Der aus den in der Beschreibung spezifizierten Elementen zusammengebaute Wärmetauscher ist ausschliesslich zum Wärmeaustausch zwischen solchen Medien geeignet, bei denen der Unterschied zwischen den Temperaturen gering ist; die thermischen Spannungen dürfen keinesfalls zur Deformation der mit höchster Präzision bearbeiteten Elementen führen und auch die sich daraus ergebende Undichtigkeit muss vermieden werden. Die Anlage kann unter den Temperaturverhältnissen des Rauchgase und der Brennluft nicht Verwendung finden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Problem der Zufvhr bzw der Abfuhr der Medien überhaupt nicht gelöst wird. Der Erfindung wurde das Zlel gesetzt einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der aus Fertigbauteilen In Kreisform aufgebaut werden kann, bei dem die in dem Einheitsvolumen unterbringbare Heizfläche die grösstmögliche ist und der prinzipiell für jedwelche Paarung von Medien geeignet und verwendbar ist. Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen aus Fertigbauteilen zu sammengeba ut en zylindrischen Wärmetauscher, insbesondere auf einen in beliebiger Länge zusam menbaubaren Schornstelnrekupa tor, der U-förmige, den Innens trom gewährleistende Wärmeaustauschtaschen oder Hohirippen, einen Eintrittskanal bzw. einen Austrittskanal und/oder einen durch den Verbund mit dem Mantelblech ausgestalteten inneren umhüllenden Zylindermantel, einen rings des inneren umhüllenden Zylindermantels angeordneten zylindrischen Aussenmantel, zwischen dem inneren umhüllenden Zylindermantel und dem zylindrischen Aussenmantel wenigstens zwei Durchfiussräume und die Durchflussräume voneinander trennende ringförmige Trennwände aufweist; werden nun die Durchflussräume in Reihe und/oder parallel geschaltet, sind in Abhängigkeit von der Schaltung wenigstens eine kreisförmige und/oder ringförmige Eintrittsöffnung bzw. Austrittsöffnung vorhanden; in dem von den innen enden der Wärmeaustauschtaschen bestimmten Totraum der Wärmeübergabe ist wenigstens ein die Strömung dort verhinderndes Lenkelement angeordnet. Der erfindungsgemässe Wärmetauscher wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen: Figur 1 die Seitenansicht und den Halbschnitt eines parallelgeschalteten Wärmetauschers, Figur 2 die Draufsicht der Wärmeaustauschereinheit aus Fig. 1 Figur 3 einen in Reihe geschalteten Wärmetauscher, teilweise auf gebrochen zur Darstellung der Schaltung der Durchflussräume, Figur 4 die Verbindung der Eintritts- bzw. Austrittskanäle bei einer zweireihigen parallelen Schaltung, Figur 5 einen über einen ringförmigen Austrittskanal und Eintrittska nal verfügenden Wärmetauscher, teilweise aufgebrochen dar gestellt, und Figur 6 einen über eine untere ringförmige Eintrittsöffnung verfü genden Wärmetauscher, teilweise aufgebrochen dargestellt. In dem zylindrischen Wärmetauscher sind in einer, zwei oder mehreren Reihen übereinander die Wärmeaustauschtaschen 1 radial im Kreis angeordnet, die gepresst und zweckmässig aus zwei Hälften zusammengeschweisst sind, welche entsprechend Fig. 2 in geringem Abstand voneinander parallel zueinander verlaufen, und die in ihrem Inneren eine entsprechend der gestrichelten Pfeile in Fig. 1 U-förmig in vertikaler Ebene verlaufende Durchströmung gewährleisten. Die lf'ärmeaustausch- taschen 1 sind entsprechend Fig. 2 in Axialebenen in Umfangsrichtung des Wärmetauschers im Abstand voneinander angeordnet, so dass zwischen ihnen Strömungsräume für das den Wärmetauscher entsprechend Fig. 1 axial durchströmende wärmeabgebende Medium vorhanden sind. Um den Zufluss bzw. den Austritt des Mediums sicherstellen zu können, sind die Wärmeaustauschtaschen 1 jeweils mit einem Fintrittskanal 2 und einem Austrittskanal 3 versehen, die sich radial nach aussen trichterförmig erweitern und die über ein gestrecktes Sechskantprofil verfügen, dessen grösstes Breitenmass jenes der Wärmeaustauschtaschen 1 weitgehend übertrifft; die Kanäle sind so ausgebildet, dass das strömende Medium einem möglichst geringen Widerstand ausgesetzt ist. Bei einem zweireihigen Wärmetauscher sind die Wände der Eintrittskanäle 2 und Austrittskanäle 3 teilweise miteinander verbunden, teilweise schliessen sie sich an die Manteibleche 4 an"sodurch ein umhüllender Zylindermantel 5 entsteht, der auf diese Weise in Rlchtung der Mittellinie der Wärmeta usch ereinheit eine zylinderförmige Endfläche bildet. Selbstverständlich kann die Wärmetauscherelnheit auch so ausgestaltet werden, dass die Wärmetauschtaschen 1 nur in einer einzigen Reihe angeordnet sind, wodurch der umhüllende Zylindermantel 5 durch den Anschluss der Wände der Eintrittskanäle 2 und der Austrittskanäle 3 an die Mantelbleche 4 ausgestaltet wird. Der in dieser Weise ausgestaltete "Einsatz" wird mit einem zylindrischen Aussenmantel 6 umschlossen, der radial im Abstand von dem umhüllenden Zylindermantel 5 angeordnet ist, wonach zwischen dem umhüllenden inneren Zylindermantel 5 und dem zylindrischen Aussenmantel 6 ringscheibenförmige Trennwände 7 angeordnet werden, die in Radialebenen liegen, wodurch ringförmige Durchflussräume 8 entstehen. Durch die gegenseitige Verbindung der Durchfiussräume 8 kann ein parallelgeschalteter Wärmetauscher (Figur 1) oder ein in Reihe geschalteter Wärmetauscher (Figur 3) ausgestaltet werden; mit in mehr als zwei Reihen angeordneten Wärmeaustauschtaschen 1 kann auch eine kombinierte Schaltung ausgestaltet werden Die zweckdienlichen veränderlichen Schaltungsmöglichkeiten erlauben ein einen weiten Kreis umfassendes Anwendungsgebiet. In Abhängigkeit von der Schaltung der Durchflussräume 8 werden die Eintrittsöffnungen 9 und die Austrittsöffnungen 10 unterschiedlich angeordnet Bei der Parallelschaltung nach Fig 1 sind zwei Eintrittsöffnungen und eine Austrittsöffnung 10 vorhanden, und zwar In mit einen am häufigsten verxendeten Reduktor 11 versehener, geflanschter Ausführung. Bei der Reihenschaltung nach Fig. 3 sind eine Eintrittsöffnung 9 und eine Austrittsöffnung 10 vorgesehen. Wie es aus Fig. 2 wohl ersichtlich ist, liegen die radial inneren Enden der Wärmeaustauschtaschen 1 an einem Zylindermantel und begrenzen einen Totraum 12 der Wärmeübergabe. Um einen an der Wärmeausnutzung nicht teilnehmenden Mediumstrom vermeiden zu können, wird in dem Totraum 12 der Wärmeübergabe ein die Strömung 13 verhinderndes, zy lindrisch geformtes, oder aus mehreren Stücken zusammengesetztes kreisoder kegelförmiges etc. Lenkelement angeordnet. Die Eintrittsöffnungen 9 und die Austrittsöffnungen 10 können auch eine andere Form aufweisen. In Figur 5 ist ein Wärmetauscher dargestellt, bei dem die Eintrittsöffnung 9 und die Austrittsöffnung 10 zweckmässig entlang des ganzen Umfangs des zylindrischen Aussenmantels 6 ringförmig ausgestaltet sind, z.B. durch Perforieren des zylindrischen Aussenmantels 6. Figur 6 stellt einen Wärmetauscher dar, bei dem die Austrittsöffnung 10 in der traditionellen Kreisform ausgestaltet ist, während die Eintritts öffnung 9 an dem "Bodenteil" des Wärmetauschers in Ringform rings desselben ausgebildet ist. Durch den einander folgenden Einbau der Wärmetauscher in den Schornstein erhalten wir einen im Gegenstrom oder Gleichstrom arbeitenden Rekuperator mit entsprechender Wärmeaus- nützung; bei aus Blech gefertigten Schornsteinen kann die Konstruktion auch einen Teil des Schornsteinkörpers bilden.

Claims: Patentanspruch Zylindrischer, aus Fertigba uteilen gefertigter Wärmetauscher, insbesondere in beliebiger Länge zusammenbaubarer Schornsteinrekuperator, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktion U-förmige, die Innenströmung gewährleistende Wärmeaustauschtaschen (1) mit jeweils einem Eintrittskanal (2) und Austrittskanal (3) und/oder einen durch gegenseitigen Anschluss oder Verbund mit dem Mantelblech (4) gebildeten inneren umhüllenden Zy lindermantei (5) aufweist, dass rings des inneren umhüllenden Zylindermantels (5) ein zylindrischer Aussenmantel (6) vorhanden ist und zwischen dem inneren umhüllenden Zylindermantel (5) und dem zylindrischen Aussenmantel (6) wenigstens zwei Durchflussräume (8) gebildet sind, die mittels einer ringförmigen Trennwand (7) voneinander abgetrennt sind, dass bei in Reihe- und/oder Parallelschaltung der Durchflussräume (8) in Abhängigkeit von der Schaltungsueise wenigstens eine kreisförmige und/oder ringförmige Eintrittsöffnung (9) und Austrittsöffnung (10) vorhanden sind und dass in dem von den radial inneren Enden der Wärmeaustauschtaschen (1) bestimmten Totraum (12) der Wärmeübergabe ein die Strömung verhinderndes Lenkelement (13) angeordnet ist.

Inventors: KUHNE, MIKLOS, TIRCS, MUCSI GYORGYI, Kühne, Miklos
Applicants: TUZELESTECHNIKAI KUTATO ES FEJLESZTO VALLALAT
Application year: 1987
Main classification: F28D21
IPC codes: F28D9, F28D21