Wärmetauscher

Beschreibung

f5 ^" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmetransportfluids, bei der ein Warmelieferfluid einen Wärmetauscher mit getrennten Kanälen für das Warmeliefer¬ fluid und das Wärmetransportfluid durchströmt. Wärmetau¬ scher mit getrennten Kanälen für die am Wärmetauschprozeß

2.0 beteiligten Fluide sind Stand der Technik.

Herkömmliche Wärmetauscher der genannten Art werden z.B. bei Heizkesseln eingesetzt. Bei solchen Wärmetauschern be¬ steht grundsätzlich das Problem einer Optimierung der Wär- 2iTmeübertragung von den Heizgasen auf das als Wärmetransport- fluid dienende Wasser. Dabei ist auch zu beachten, daß die Wärmetauscher aus wirtschaftlichen Gründen möglichst klein und kompakt sein sollten.

^* 2 ₎ C Als nächstliegender Stand der Technik zeigt die

DE 41 40 953 A 1 einen Lufterwärmungsapparat, der einen kastenförmigen Strömungsraum aufweist, in dem mehrere, pa¬ rallele, runde Rohre den zweiten Strömungsraum bilden.

^S ^" Die DE 36 02 608 A 1 zeigt ein in den Querschnitten rundes Doppelröhr zur Anwendung für die Kühlung von heißen, hydraulischen Flüssigkeiten in Motoren. Dieses runde Dop¬ pelrohr weist an beiden runden Rohren eine rundum verlau¬ fende und wenn in Längsrichtung betrachtet eine die Radial-

<+C ebenen regelmäßig verändernde Profilierung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung C ^" zu schaffen, die optimale Wärmeübergangseigenschaften hat, die das Warmelieferfluid auch unter Vollastbedingungen opti¬ mal herunterkühlt, kompakt ist und p r e i s w e r t herge¬ stellt werden kann.

[0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kanäle durch ein Doppelrohr gebildet sind, daß das Innenrohr den Kanal für das Warmelieferfluid und der Mantelraum zwi¬ schen Innen- und Außenrohr den Kanal für das Wärmetransport- fluid bilden, daß die Rohre plattenformig mit annähernd _| Crechteckigem Querschnitt ausge-bildet sind und daß minde¬ stens die großflächigen Außenseiten des Innenrohres und die ihnen gegenüberliegenden großflächigen Innenseiten des Aus¬ senrohres zueinander beabstandet sind, wobei das Wärmetrans¬ portfluid im Gegenstrom zum Warmelieferfluid strömt.

IG

Die entsprechenden Kantenseiten des beschriebenen Innenroh¬ res und Mantelrohres können jeweils beabstandet sein oder als Seitenwände zu gemeinsamen zusammenfallen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also eine Wärmetau-

2-Tscherplatte auf, die drei Kanäle besitzt: den plattenförmi¬ gen Wärmelieferfluidkanal , und die beiden großflächenseiti- gen Wärmetrans-portfluidplattenkanäle. Da das Doppelrohr einmal oder mehrfach umgebogen ist, weisen alle drei Kanäle Umlenkungen, vorzugsweise um 180°, auf, sodaß die dreikana-

3C lige Struktur der Wärmetauscher-platte auch in dem gemeinsa¬ men Umlenkungsbereich voll erhalten bleibt. Bei horizonta¬ lem Einbau der Wärmetauscherplatte wechseln die Wärmetrans¬ portfluidplatten nach einer 180°-Umlenkung jeweils die Posi¬ tionen "oberhalb des Wärmelieferfluidkanales" und "unter- '7. ζ halb des Wärmelieferfluidkanales" .

Die beiden Wärmetransportfluidplatten können kantenseitig einseitig oder beidseitig miteinander verbunden sein, sodaß in diesen Fällen nicht ein zweigeteilter Gegenstrom des Wärmetransportfluids erfolgt, sondern ein ungeteilter Gegen- ζ ^" ström des Wärmetransport-fluids den plattenförmigen

Wärmelieferfluidkanal dreiseitig oder allseitig umfließt, und das auch im Bereich der Umbiegungen, bzw. der 180"-Umlen¬ kung. Die drei möglichen Querschnitte der Wärmetauscherplat¬ te zeigen also um den plattenförmigen Wärmelieferfluidkanal

10 zwei flächenseitige, plattenförmige Wärmetransportfluidkanäle oder einen U-flächen-förmigen oder einen peripherrechteck- flächensektorförmigen Wärmetransportfluidkanal . Im Falle der hier beschriebenen, seitlichen Verbindung der Wärmetransportfluidplatten besteht diese einseitige oder l ^' C ^" beidseitige kantenseitige Verbindung auch im Bereich der Umbiegung bzw. der 180"-Umlenkung, falls eine erfindungsge¬ mäße Wärmetauscherplatte umgebogen ist.

Wenn der Massenstrom des Wärmelieferfluides vom Massenstrom 2_0 ^d es Wärmetransportfluides nicht nur an der Ober- und Unter¬ seite von zwei getrennten Transportfluidteilströmen sondern von einem ungeteilten Massenstrom entweder dreiseitig, also an Ober-, Unter- und einer Kantenseite, oder allseitig, also an Ober-, Unter- und beiden Kantenseiten, im Gegenstrom um- 2£ ^" strömt wird, ist eine Zweiteilung des Wärmetransportfluid- stromes durch eine einfache Verzweigung des unteren Ein¬ strömrohres nicht erforderlich. In diesem Falle ist eine ein¬ fache Rohranbindung ausreichend.

Im Falle der zweigeteilten Ausgestaltung des Einströmrohres ^Cwerden bevorzugt jeweils an das untere Abzweigrohr bzw. das obere Abzweigrohr Verteilerohre gesetzt in der Weise, daß sie endständig auf jeweils das Ende der einen Wärmetrans¬ portfluidplatte bzw. das Ende der anderen Wärmetransport- fluidplatte endkantenseitigverlaufend aufgeschweißt sind, ^5 ^" die natürlich zum einen jeweils zu den Rohrabzweigen einen Strömungsdurchgang haben und zum anderen an ihren aufge¬ schweißten Längsseiten als Durchgänge zu den Wärmetransport- fluidplatten Bohrungen besitzen.

Ist im Falle der dreiseitigen oder allseitigen Ummantelung des Wärmelieferfluidkanales durch den Wärmetransportfluid- ζ ^" kanal der Einströmrohrstutzen ungeteilt, dann ist nur ein wie zuletzt beschriebenes Verteilerrohr notwendig. Die hier beschriebenen endständigen Verteilerrohre ermögli¬ chen einen Gegenstrom auch im endständigen Bereich der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscherplatte.

(0 Bei der beschriebenen Vorrichtung ist der Wärmelieferfluid¬ kanal auch dann, wenn eine Brennkammer bzw. eine Heizgas¬ kammer der beschriebenen Wärmetauscherplatte vorgeschaltet ist, vom Eintritt der Brenn- bzw. Heizkammer am Flansch und weiter über die kanalförmige Anbindung an den plattenförmi- l <^ gen Heizgaskanal, der mittleren Lage der beschriebenen Wär¬ metauscherplatte, und im weiteren Verlauf des plattenförmi¬ gen Heizgaskanales bis zum Austrittsstut-zen immer ein un¬ geteilter Kanal, der einen ungeteilten Strom des Wärmelie¬ ferfluides bzw. Heizgases bedingt. Dieser Wärmelieferfluid-

2.0 ström ist im Bereich des innenliegenden Lieferfluidkanales immer ungeteilt und plattenformig.

Die Außenwände der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte, die wenn durch die 180"-Umlenkung umgebogen die Positionen "oben" und "un-ten" von Etage zu Etage wechseln, sind zwecks

2.b eines homogeneren Wärmeüberganges vom Lieferfluid in das Transportfluid voneinder getrennt und vorzugsweise auch mit Isoliermaterial voneinander ab-geschirmt.

Zwecks wirtschaftlicherer Materialnutzung und wegen kompak¬ terer Bauweise können diese ober-, bez. unterseitigen Außen-

"IQ wände der ubereinanderliegenden Lagen der beschriebenen

Wärmetauscherplatte gemeinsame, identische Trennwände sein.

Durch die plattenförmige Führung des Wärmetransportfluides im Gegenstrom zum plattenförmigen Strom des Wärmelieferflui- 3J ^* des unter konsequenter Beibehaltung dieser im Querschnitt annähernd rechteckigen Stromführungen auch im Bereich der Umlenkung bzw. der Um-lenkungen wird der unter diesen Bedin¬ gungen mögliche Wärmeübergang optimiert und an den physika¬ lisch idealen Wärmeübergang angenähert.

Die annähernd rechteckigen Querschnitte der Strömungskanäle im Bereich der Umlenkungen sollten mindestens so groß sein,

C wie die kleinsten Querschnitte des Wärmelieferfluidkanales bzw. des oder der Wärmetransportfluidkanäle. Dadurch werden die an dieser Stelle ungewollten Strömungswiderstände im In¬ neren dieser Strömungskanäle minimiert, was für die optimale Auslegung der Leistung der Gebläse bzw. Förderpumpen wichtig i D ist.

Der spezifische Wärmeübergang zweier Fluide im Gegenstrom ist unter idealen Bedingungen um die Hälfte besser als der spezifische Wärmeübergang zweier Fluide im Kreuzstrom.

(_> Durch die plattenförmige Ausgestaltung und Verlängerung der Kanäle, die beliebig bis zur technischen und materialökono¬ mischen Optimierung möglich ist, können aufgrund der großen Wärmeübergangs-flächen zwischen dem Strom des Wärmeliefer- fluides und dem Strom des Wärmetransportfluides entspre-

*2Q chend hohe Wärmemengen übertragen werden.

Für einen noch besseren Wärmeübergang sind die Umbiegung bzw. die Umbiegungen, bevorzugt die 180°-Umlenkung bzw die 180°- Umlenkungen notwendig, weil dadurch die laminaren IS ^" Teilströme des Wärme-lieferfluidstromes, die eine Wärme¬ schichtung verursachen, aufgrund der entstehenden Turbu¬ lenzen zerstört werden.

Die Verkürzung der Wärmeübergangsflächen - und somit eine ^~ ^ Q, kompaktere, kleinere Bauweise des Gerätes - des schon durch das Gegenstromprinzip optimierten Wärmetauschers mit glatten Trennwänden zwischen Warmelieferfluid und Wärmetransport- fluid wird durch eine Profilierung dieser Wärmeübergangs- wände erreicht, welche die flächigen Seitenbleche der "*,5~Wärmetransportfluidplatten sind, die den innenliegenden Kanal des Wärmelieferfluides bzw. den Heizgaskanal bilden. Zur Erzeugung von Wärmeübergangsfördernden Turbulenzen ver¬ läuft die Profilierung quer zur Strömungsrichtung der Fluidströme, die im Gegenstrom fließen.

Diese Profilierung der Wärmeübergangswände, die sich zwi¬ schen den im Gegenstrom fließenden Fluidströmen befinden, ζ~ ist quer zu den Strömungsrichtungen strukturiert und wellen¬ artig oder im Querschnitt teilkreisförmig bzw.krummlinig dergestalt, daß gegenüberliegend an den beiden, den Wärme¬ lieferfluidkanal flächenseitig begrenzenden Wärmeüber¬ gangswänden im Pro-filquerschnitt teilkreisförmige bzw.

(Q krummlinige, ge-genüberliegende Ausbauchungen in die Wärme¬ transportfluidkanäle bzw. den Wärmelieferfluidkanal hinein resultieren.

Dadurch werden quer zur Strömungsrichtung liegende Strö¬ mungsräume, sogenannte Turbulatorräume, im Wärmelieferfluid-

/i _> kanal gebildet, welche unterschiedliche Querschnitte haben, wobei entweder jeweils größere, säulenförmige z.B. zylin- derförmige Strömungsräume voneinander durch kleinere, säulenförmige z.B. quaderförmige Strömungsräume oder jeweils gleichgroße, säulenförmige Strömungsräume voneinander durch XD spitzkantige, blendenartige oder rundwul-stige Verengungen getrennt sind.

Diese Struktur des Heizgaskanales mit periodisch auftreten¬ der Erweiterung bzw. Verringerung des Strömungsquerschnittes

2_S ^" durch runde Ausbauchungen der Wände des Wärmelieferfluidka¬ nales bzw.durch ein-kantige, mehrkantige oder runde Einbuch¬ tungen in den plattenförmi-gen Wärmelieferfluidkanal hinein erzeugt im Massenstrom des Wärme-lieferfluides unterschied¬ liche Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke.

3C Die Strömung eines gasförmigen Wärmelieferfluides durch die Abfolge von querliegenden zylinderförmigen und quaderförmi¬ gen Räumen hat einen Wechsel von Gaskompression und Gasex¬ pansion zur Folge. Beim Eintritt des Massenstromes in den quaderförmigen Raum erfolgt eine Gaskompression und somit

^" l^" eine Erhöhung der kinetischen Ener-gie und entsprechend eine Temperaturerhöhung, also eine Temperaturdifferenzerhöhung und eine Förderung des Wärmeüberganges zum Transportfluid hin.

Beim Einströmen in den größeren, zylinderförmigen Raum geschieht eine Turbulenz verursachende Gasexpansion und auf- C grund der Volumenerweiterung eine Herabsetzung der Strömungs¬ geschwindigkeit. Durch die so erzeugte Turbulenz und also durch die Verhinderung von laminaren Gasschichtungen mit einem Wärmegradienten bei gleichzeitiger Verlangsamung des Gasmassenstromes wird die Wärmeabgabe des Wärmelieferflui- (0 des an die wärmeleitende Trenn-wand zum Wärmeübergang in das wärmeaufnehmende Wärmetransportfluid optimal gefördert. Die Wärme des Heizgasmassenstromes wird durch diese perio¬ disch aufeinanderfolgenden Kompressions- und Expansions¬ schritte gleichsam ausgewrungen und an das Wärmetransport-

|J>~ fluid abgegeben.

Mathematisch können diese dynamischen Gaszustände im Heiz¬ gaskanal durch eine vereinigte Ableitung von Allgemeiner Gasgleichung und Bernoulli ' scher Gleichung annäherungsweise dargestellt werden.

2.0 Die zwei großflächigen Außenwände der zwei Wärmetransport- fluidplatten, die identisch sind mit den beiden großflächi¬ gen Außenwänden der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscherplatte, können zwecks größerer Turbulenz im Wärmetransportfluidstrom, welche für die Wärmeaufnahme för- ist, ebenfalls insbeson-dere wellenartig quer zur Strömungsrichtung profiliert sein.

Ein noch wirksameres teilkreisförmiges, bzw. krummliniges Plattenprofil ist, wenn die zwei im oben beschriebenen Pro¬ fil zur Strö-mung querlaufenden Längsschnittflächen des

^0 Wärmelieferfluidkanales, die gleichzeitig begrenzende Seitenflächen des quaderförmigen Strömungsraumes sind, miteinander zum Quaderförmigen Raum hin zur Deckung gebracht werden. Dadurch verschwindet der quaderförmige Strömungs¬ raum, es liegt anstatt der zur Strömungsrichtung querverlau- iϊ~fenden, im Querschnitt stumpfen Profilrippe eine im Quer¬ schnitt spitze Profilrippe vor. Anstatt zweier verschieden¬ artiger Strömungsräume, nämlich quaderförmiger und zylin¬ derförmiger, liegt nur eine Art von Strömungsräumen vor, nämlich säulenförmige.

Bei dieser zuletzt beschriebenen, teilkreisartigen bzw. krummlinigen Profilierung mit spitzen Profilrippen funktioniert das oben beschriebene Prinzip der

£~ periodisch aufeinanderfolgenden Gaskommpression und Gasex¬ pansion noch besser, weil aufgrund des anstatt kanalförmi- gen, quaderförmigen Durchganges zwischen den größeren, zylinderförmigen Strömungsräumen jetzt zwischen den säulen¬ förmigen Strömungsräumen an den spitzen, einkantigen und

ID gegenüberliegenden Profilrippen der beiden flächigen Heiz¬ gaskanalwände ein rechteckblendenartiger Durchgang vorliegt, der zwar die Gaskompression und Gasexpansion und somit die gewünschten Turbulenzen zuläßt, aber wodurch gleichzeitig die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, die sich negativ

[ ς ^" auf den Wärmeübergang auswirkt, bezogen auf die Zeit und den Raum minimiert wird.

Die wellenartige oder teilkreisförmige bzw. krummlinige Pro¬ filierung ist von den Maßen her so dimensioniert, daß die spezifische Länge von einem Meter des Wärmelieferfluid-

2θ kanales je nach Art des Profiles und speziell im Falle der Kombination von zylinder-förmigen mit quaderförmigen Ξtrö- mungsräumen etwa sieben bis neun zylinderförmige und ent¬ sprechend quaderförmige quer zur Strömungs-richtung liegende Strömungsräume aufweist. Der Radius des Quer-schnittes der

2.S ^" zylinderförmigen Strömungsräume beträgt etwa fünf bis sieben Zentimeter und entsprechend der Durchmesser etwa zehn bis vierzehn Zentimeter.

Im Falle anderer wellenartiger, teilkreisförmiger bzw. krummliniger Profile wie z.B. wie oben beschrieben mit einer Profilierung, die nur eine Sorte von säulenförmigen Strö¬ mungsräumen besitzt, hat die spezifische Länge von einem Meter (Im) des Wärmelieferfluidkanales auch etwa sieben bis neun jetzt säulenförmige Strömungsräume. Der Durchmesser des Querschnittes des zylindrischen Anteiles dieses säulenförmi- sΛ«fgen Raumes beträgt ebenfalls etwa zehn bis vierzehn Zentime¬ ter. Der Außenradius der Querschnitte dieser Säulen, der die seitlichen Kantenschnittpunkte der Säulenquerschnitte durch¬ läuft, liegt je nach Profilart zwischen etwa fünf und zwölf Zentimeter.

Für eine noch bessere Turbulenz im Massenstrom des Wärmelie- ferfluides können die aufeinanderfolgenden, querliegenden C Strömungsräume auch zueinander versetzt angeordnet sein, wo¬ durch zusätzliche Umkehrungen eingeführt werden. Dieses Prinzip der seitlichen Versetzung der Strömungsräume bzw. der unsymmetrischen Versetzung der Durchgänge kann auf alle Typen der wellenartigen bzw. teil-kreisförmigen bzw. krümm¬ t linigen Profilierung angewendet werden, also auch auf den Profiltyp mit nur einer Sorte säulenförmiger Strömungsräume und den spitzen, kantigen Profilrippen. ^— Das preisgünstigste Profil aller verschiedenen möglichen, mehr oder oder weniger speziellen Profilierungen ist das _j C ^~ punktsymmetrische, handelsübliche Wellblech. Bei dieser Profilierung sind an den Flächen der Heizkanalwände runde Profilrippen und auch nur eine Sorte von querliegenden, säulenförmigen Strömungsräumen. _0 Verschiedene Profilierungen mit niedriger Profiltiefe bei heizgasführenden Rohren sind Stand der Technik. Profilierte Rohre haben im Vergleich zu profilierten Plattenkanälen den Nachteil, daß sie bezogen auf den durchzusetzenden Massen¬ strom eine geringere Kapa-zität besitzen und entsprechend b teurer in puncto Material und Verarbeitung sind.

Die erfindungsgemäße, dreikanalige Wärmetauscherplatte auch, wenn ein- oder mehrfach umgebogen, wird bevorzugt in etwa horizontaler Lage eingebaut, grundsätzlich ist jedoch auch ein vertikaler Einbau möglich.

Die beschriebenen Bestandteile der dreikanaligen Wärmetau¬ scherplatte, die zwei Wärmetransportfluidplatten, von denen jeweils eine Seite die Trennwand zum innenliegenden Wärmelieferfluidkanal bildet, können preiswert mit hoher Qua- ^ ^"" lität und langer Lebensdauer hergestellt werden. Für die Produktion der erfindungsmäßigen Vor-richtung werden im einfachsten Falle z.B. etwa 3mm dicke Stahlbleche, die ihre einbaufertige Formgebung durch einfaches Umbiegen und Abkan¬ ten erhalten.

Die seitliche Abdichtung der plattenförmigen Kanäle erfolgt ζ~ bei der Herstellung des Wärmetauschers durch Verschweißung und/oder mit Hilfe von gleichen oder verschiedenen Seiten¬ platten bzw. plat-tenförmigen Stücken, die aufgeschraubt, aufgeschweißt oder sonstwie dicht befestigt werden können.

(fr Im Falle der wellblechartigen oder auch spezielleren Profi¬ lierung der plattenförmigen Wärmeübergangswände, die den Wärmelieferfluid-kanal großflächig begrenzen, können z.B. 3mm dicke, speziell profi-lierte oder handelsüblich profi¬ lierte Bleche eingesetzt werden, die längsprofiliert sind

|$~wie zum Beispiel im einfachsten Falle des punktsymmetri¬ schen Wellbleches. Die handelsüblichen, längsprofilierten Bleche werden auf die erforderlichen Längen mittels Quer¬ teilanlagen abgelängt und dann bei der Herstellung des Wärmetauschers entsprechend weiterverarbeitet.

Um aber die Zahl der Schweißnähte zu reduzieren, ist es besser, auf ein "endlos" aufgerolltes und auf die gewünsch¬ te Breite geschnittenes Blech "endlos" mit einem entspre¬ chenden Rollprofilie-rungswerkzeug das gewünschte Profil 2_b~ aufzubringen.

Von diesem "endlos" profilierten Blech wird dann die gewünschte Länge abgeschnitten, entsprechend, wie die 180°- Umlenkungen es erfordern, umgebogen und seitlich zwischen

^0 Blechstreifen, bzw Blechplatten fixiert und zugeschweißt oder sonstwie abgedichtet, sodaß gas- bzw. flüssigkeits¬ dichte, plattenförmige Kanäle ent-stehen. Zweckmäßigerweise läßt man die Profilierung auch im 180°-Umlenkungsbereich durchlaufen, in der Weise, daß die "endlos" profilierten

^" l«f Bleche nur entsprechend umgebogen werden.

Vorzugsweise ist eine der seitlichen Platten von der Wärme¬ tauscherkonstruktion abnehmbar, sodaß der Wärmelieferfluid¬ kanal bei einer Wartung seitlich zu öffnen und bei Ver-

C ^~ schmutzung bequem gereinigt werden kann.

Eine Variante des beschriebenen Wärmetauschers ist, wenn der Wärmetauscher mittels einer vertikal verlaufenden Trenn¬ naht seitlich aufklappbar gestaltet wird und in diesem Zu¬ stande die Wärmetransportfluidplatten seitlich durch Ver-

\Q schweißung verschlossen sind, der Wärmelieferfluidkanal aber auf diese Weise geöffnet, und eine Wartung des Innenraumes vorgenommen werden kann. Dabei wird in die Trennaht eine Dichtung aus Mineralfasermaterial oder aus sonstigem, hochtemperaturbeständigem Dichtstoff eingelegt. Diese Varian- lS~te hat den Vorteil, daß nicht nur die beiden großflächigen sondern auch beide Kantenseiten des Wärmelieferfluidkanales im Gegenstrom vom Wärmetransportfluid umströmt werden.

Die Verwendung von anderen Metallen als Stahlblech oder

2.0 Kunststoff oder Keramik als Werkstoff für die Herstellung ist je nach Verwen-dung des Wärmetauschers mit profilierten oder nichtprofilierten Wärmeübergangswänden, z.B. bei Ver¬ wendung als unter dem Taupunkt betriebenem korrosionsfesten, primärem Metall- oder Keramikwärmetauscher oder bei Verwen-

2_b düng als dem primären Heizkessel-wärmetauscher nachgeschal¬ teten Kondensator, ebenfalls möglich.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird vorzugsweise einer Heiz- oder Brennkammer nachgeschaltet, in die das Warmelie¬ ferfluid eingeleitet oder in der es durch Verbrennung er-

~\ 0 zieugt wird. Beim Einsatz des Wärmetauschers in einer Hei¬ zungsanlage ist die bevorzugt liegend-säulenförmige Brenn¬ kammer des Heizkessels vor-zugsweise von einem wasserfüh¬ renden zylindrischen, quaderförmigen oder sonstwie säulen¬ förmigen Mantel umgeben.

3.") ^" Die Anbindung der Brennkammer an den plattenförmigen Heiz¬ gaskanal des Wärmetauschers erfolgt dabei vorzugsweise mit¬ tels eines kanal-förmigen im frontalen Längsschnitt trapez¬ förmigen oder im fronta-len Längsschnitt rechteckigförmigen oder sonstwie gearteten Anschlußstückes.

Die Anbindung des wasserführenden Mantels der Brennkammer an die Wärmetransportfluidplatten, die zwei wasserführenden ζ Platten der oben beschriebenen, dreikanaligen Wärmetauscher¬ platte erfolgt über kanalförmige im frontalen Längsschnitt trapezförmige oder im frontalen Längsschnitt rechteckige Anschlußstücke und/oder mit Hilfe von Verbindungsrohren oder sonstigen Anschlußstücken.

10

Erfindungsgemäß wird in einem einem primären Heizkesselwär¬ metauscher unmittelbar oder mittelbar nachgeschalteten Kon¬ densator zur Regelung des Massenstromes des Wärmelieferflui¬ des im Inneren des Wärmelieferfluidkanales ein Drucksensor I 5~ für die Erzeugung eines Steuer- bzw. Regelsignales instal¬ liert.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann also auch als Konden¬ sator in Heizungsanlagen eingesetzt werden, wobei es aus

OQ strömungs- und wärmetechnischen Gründen sinnvoll ist, den Druck des in den als Kondensator genutzten Wärmetauscher einströmenden Wärmeliefer-fluides bzw. Heizgases zu regeln. Zur Erzeugung des entsprechenden Steuer- bzw. Regelsignales wird dann im Inneren des Heizgaskanales ein Drucksensor

^' 2.ST installiert.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft veranschau¬ licht und wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen im 30 Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch einen Heizkessel mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher,

Fig. 2 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsge¬ mäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel,

Fig. 3 einen schematischen, seitlichen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel, s ^~

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte bzw. ünfte bzw. sechste Ausführungsform eines erfin¬ dungsgemäßen Wärmetauschers angewendet in einem Heizkessel,

ID

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Heizkessel gemäß Fig. 1 längs der Linie V-V.

Der in Fig. 1 dargestellte Heizungskesselwärmetauscher be¬ isteht aus dem Heizkesselwärmetauscherkopf bestehend aus einer zylinderförmigen Brennkammer 1, und aus einem die Brennkammer umgebenden, wasserführenden Mantelräum 2 mit angesetztem Rücklaufrohrstutzen und Brennerflansch und aus dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher 43 bzw. 44 und 1Q aus dem kanalförmigen Anschlußstück 32 zwischen dem Heiz¬ kesselwärmetauscherkopf und dem erfindungsgemäßen Wärme¬ tauscher 43 bzw. 44.

Die in der Brennkammer 1 erzeugten Heizgase gelangen durch den Heizgaskanal 32a des kanalförmigen Anschluß -JJTstückes 32 in den plattenförmigen Heizgaskanal 3, dem in¬ neren Kanal der dreikanaligen Wärmetauscherplatte 43, und passieren auf ihrem Weg durch den Heizgaskanal die drei 180"-Umlenkungen 7, 8 und 9, bis sie aus dem sich zum Rohr verengenden Abgasstutzen austreten. T ₎ C Das Wärmetransportfluid, hier Wasser, strömt über das Anschlußrohr 26 und die nachfolgende Verzweigung in die zwei voneinander ge-trennten oder seitlich verbundenen Wärmetransportfluidplatten 10 und 11, die jeweils aus zwei tafelförmigen Blechen und einem eingeschlossen Wärmetrans- ^S portfluidströmungskanal bestehen und die den innenliegenden Heizgaskanal 3 nach oben und unten begrenzen und im Falle der kantenseitigen Verbindung der zwei Wärmetransportfluid¬ platten 10 und 11 den Heizgaskanal 3 nicht nur flächig oben und unten sondern auch mindestens an einer Kante umgeben.

Die zwei dreimal um 180° umgebogenen Wärmetransportfluidplat¬ ten 10 und 11 bilden die beiden äußeren Konstruktionskompo- £" nenten der dreilagigen, dreimal um 180" umgebogenen Wärmetau¬ scherplatte 43 bzw. 44. Fig. 1 zeigt also drei 180°-Umlen- kungen 45 der dreikanaligen, hier dreimal umgebogenen Wärme¬ tauscherplatte 44.

/(? Auf seinem Weg durch die Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 passiert das Wasser die 180°-Umlenkungen 18, 19, 20, 21, 22 und 23 bis es durch die Strömungskanäle 35 ^~ des Anschlußstük- kes 32 in den die Brennkammer umgebenden Mantel 2 gelangt, an der Brennkammer 1 entlangströmt und den Heizkessel am l b Kesselvorlaufstutzen 36 ver-läßt. Wie aus Fig. 1 auch deut¬ lich wird, wechseln die Wärmetrans-portfluidplatten 10 und 11 bedingt durch die 180"-Umlenkungen 45 der Wärmetau¬ scherplatte 43 ihre Positionen "oberhalb des Heizgaska- nales" und "unterhalb des Heizgaskanales" von Etage zu

2.0 Etage. Zwischen den vertikal ubereinanderliegenden Etagen der Wärmetau-scherplatte 43 sind in der in dieser Abbil¬ dung Fig. 1 gezeigten Ausführung Isolierräume 24 vorhan¬ den, die mit Isoliermaterial z.B. Mineralwolle ausgefüllt werden können.

'2S Die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion erhält zusätzliche Stabilität durch die eingesetzten Blechstreifen 25.

Fig. 1 zeigt das Grundelement des erfindungsgemäßen Wärme¬ tauschers 43, hier eine dreimal um 180° umgebogene, also die 2Q drei 180"-Umlenkungen 45 aufweisende, dreikanalige Wärmetau¬ scherplatte 44, die zwei Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 als Konstruktionskomponenten besitzt, die aus planen, nicht-profilierten, nur im Umlenkungsbereich umgebogenen Stahlblechen bestehen.

Demgegenüber zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 Wärmeübergangswände 27 der Wärmetransportfluidplatten 10 und

* _j ~ 11, die zum Heizgaskanal hin liegen und eine quer zu den Strömungsrichtungen teilkreisförmig bzw. krummlinige ausge¬ buchtete Profilierung dergestalt aufweisen, daß daraus in dem durch diese so profilier-ten Wände 27 gebildeten, plat¬ tenförmigen Heizgaskanal verschieden große Strömungsräume,

10 nämlich größere zylinderförmige 33 und klei-nere quaderför¬ mige 34 resultieren. Die einzelnen Etagen der dreimal um 180° umgebogenen Wärmetauscherplatte 44 und also die plat¬ tenförmigen Wärmetransportfluidströmungskanäle der Wärme¬ transportfluidplatten 10 und 11 sind in diesem Ausführungs- jy beispiel Fig. 2 durch eine gemeinsame Trennwand 28 von¬ einander getrennt, wobei also bei diesem Ausführungsbeispiel auf die Isolierzwischenräume 24 (s. Fig.l) verzichtet wurde.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der Heizgas-

2_C kanal 3 wiederum durch die profilierten Wärmeübergangswände 27, welche die zum Heizgaskanal 3 hin liegenden Wände der Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 sind, begrenzt. Auch bei dieser Ausführung liegen im Heizgaskanal unter¬ schiedlich große Strömungsräume nämlich größere, zylinder-

^' 2-5 ^" förmige 33 und klei-nere quaderförmige Strömungsräume vor. Daraus resultieren zweikan-tige, stumpfe Profilrippen an der Oberfläche der profilierten Wärmeübergangswände 27. Dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetau¬ schers gemäß Fig. 3 ist auch in einer Variation mit einkan-

^C tigen, spitzen Profilrippen herstellbar. Dieses andere Pro¬ fil der Wärmeüber-gangswände 27 wird deutlich, wenn die gedachten, rechteckförmigen Längsschnittflächen 46 zwischen den verschiedenartigen Srömungs-räumen 33 und 34 zur Quader¬ seite hin ineinander überführt und zur Deckung gebracht wer-

^' ^S ^' clen. Ein solches Beispiel eines im Querschnitt teilkreis¬ förmigen, bzw. krummlinigen Profiles ist in Fig. 4 mit profilierten Wärmeübergangswänden 42 dargestellt. Punkt 47 markiert die in diesem Profil einkantige, spitze Profil¬ rippe.

In Abb. 3 sind die dem Heizgaskanal abgewandten Wände 29 der Wärmetransportfluidplatten 10 und 11 ebenfalls profiliert C ^~ nämlich wellenartig, sodaß ein optimales, turbulenzreiches Strömungsver-halten des Wärmetransportfluides erzeugt wird.

Im Bereich der 180"-Umlenkungen 45 kann die Profilierung an jeweils beiden Wänden der zwei Wärmetransportfluidplatten 10 IQ und 11 durchlaufen, was allerdings an dem Ausführungsbei¬ spiel in Fig.3 nicht dargestellt ist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform entspricht die tragende Konstruktion dem in Fig. 2 gezeigten, •ύ Ansonsten werden in Fig. 4 drei verschiedene Profilierungen der Wärmeübergangswände, die den plattenförmigen Heizgaska¬ nal begrenzen, dargestellt.

Die Wärmeübergangswände 42 sind im Querschnitt teilkreisför- 2Qmig bzw. krummlinig so profiliert, daß einkantige, spitze Profilrippen 47 und nur eine Sorte von säulenförmigen Strö¬ mungsräumen 49 im plattenförmigen Heizgaskanal auftreten.

Die Wärmeübergangswände 40 weisen eine wellenartige Profi- X^lierung mit stumpfen, runden Profilrippen 41 und ebenfalls nur eine Sorte von säulenförmigen HeizgaskanalStrömungs¬ räumen 39 auf.

Im unteren Bereich von Fig. 4 zeigen die Wärmeübergangs- Λ^ wände 48 eine Profilierung, bei der die kleineren Heizka¬ nalströmungsräume 30 gegenüber dem größeren 31 vertikal versetzt sind.

Die in Fig. 4 dargestellten Profilierungen der den Heizka- ^S ^~ nal begrenzenden Wärmeübergangswände können natürlich auch in der Konstruktionsweise des erfindungsgemäßen Wärmetau¬ schers wie in Fig.3 gezeigt verwirklicht werden.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schnitt ist das Ausfuhrungsbei- ^" spiel aus Fig. 1 entlang der Linie V-V dargestellt. In die¬ ser Schnittdarstellung ist schematisch ein trapezförmiger Schnitt durch ein entsprechendes Anschlußstück 32 zu erken¬ nen, welches die Brennkammer 1 an den Heizgaskanal 3 des Wärmetauschers 43 anbindet.

Wärmetauscher

Bezugszeichenliste

1 Brennkammer

2 Mantelräum

3 plattenförmiger Wärmelieferfluidkanal

7 180"-Umlenkung des Wärmelieferfluidkanales

Q M II M ll

Q II II II II

10 Wärmetransportfluidplatte

11 Wärmetransportfluidplatte

18 bis 23 180"-Umlenkungen der Wärmetransport- fluidplatten 10 und 11 24 Isolierraum

26 Anschlußrohr

27 teilkreisförmig bzw. krummlinig profilierte Wärmeüber¬ gangswand mit zweikantigen, stumpfen Profilrippen

28 gemeinsame, nicht profilierte Außenwand zweier anein¬ anderliegender Plattenabschnitte der umgebogenen Wärmetauscherplatte 43 bzw. 44

29 nicht gemeinsame, profilierte Außenwände zweier nicht aneinanderliegender Plattenabschnitte der umgebogenen Wärmetauscherplatte 43 bzw. 44

30 kleinerer Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3

31 größerer Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3

32 Anschlußstück

32a Wärmelieferfluidkanal des Anschlußstückes 32

33 zylinderförmiger Strömungsraum

34 quaderförmiger Strömungsraum

35 Wärmetransportfluidkanäle des Anschlußstückes 32

36 Heizkesselvorlaufrohrstutzen

37 Flansch

38 Wärmelieferfluidausströmrohrstutzen (Abgasrohrstutzen)

säulenförmiger Strömungsraum im Heizgaskanal 3 (Wärmelieferfluidkanal 3) wellenartig profilierte Wärmeübergangswand mit im Quer ^¬ schnitt runden, stumpfen Profilrippen runde, stumpfe Profilrippe teilkreisförmig bzw. krummlinig profilierte Wärmeübergangswand mit einkantigen, spitzen Profilrippen erfindungsgemäße Wärmetauscherplatte erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit dreimal um 180° umgebogener, dreikanaliger Wärmetauscherplatte 43 180"-Umlenkung der dreikanaligen Wärmetauscherplatte 43 bzw. des Wärmetauschers 44 gedachte, rechteckige Längsschnittflächen einkantige, spitze Profilrippe speziell krummlinig profilierte Wärmeübergangswand säulenförmiger Strömungsraum im Wärmelieferfluidkanal 3