DE19537210A1 - Wärmetauscherelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Wärmetauscherelement mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern, beispielsweise für Heizkessel, muß darauf geachtet werden, daß die Wärmetauscher­ elemente genügend hohe Wärmeübertragungswerte aufweisen, damit bei vertretbarem baulichem Aufwand ein möglichst hoher Tempe­ raturausgleich zwischen den Wärmeübertragungsmedien im Inneren und außerhalb der Wärmetauscher erfolgen kann.

Aus diesem Grunde sollte die Wärmeübertragungsfläche der Wär­ metauscherelemente möglichst hoch sein, außerdem sollten Maß­ nahmen getroffen werden, die zu einer Wirbelbildung bzw. Tur­ bulenz des Wärmetauschermediums führen, das das Wärmetauscher­ element durchströmt, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß der innere Strömungsquerschnitt genügend groß bleibt. Es sind daher Wärmetauscherrohre vorgeschlagen worden, die innen mit Turbulatoren aus gewellten Blechstreifen, Drahtspiralen oder ähnlichem bestückt sind.

Insbesondere bei abgasdurchströmten Wärmetauscherrohren von Brennwertkesseln sind solche Einbauten aus korrosionstech­ nischen Gründen und aus Kostengründen jedoch nicht erwünscht.

Man hat daher bei derartigen Wärmetauscherrohren versucht, die Steigerung der Wärmeübergangszahlen durch Deformation der Rohre herbeizuführen. Derartige Rohre sind beispielsweise Wellrohre oder kreuzgesickte Rohre mit veränderlichem Quer­ schnitt.

Der Nachteil derartiger deformierter Rohre besteht jedoch darin, daß sie beispielsweise für horizontale Kesselzüge nicht verwendet werden können, da aufgrund der Querschnittsverände­ rungen das Kondensat nicht oder nur unzureichend abfließen kann, so daß verstärkt Korrosionsprobleme auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes rohrförmiges Wärmetauscherelement mit hohen Wärmeübergangs­ werten zu schaffen, das auch für horizontale Kesselzüge ver­ wendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß minde­ stens zwei in Längsrichtung des Elementes sinus-, wellen- oder zickzackförmig je in einer Ebene verlaufende Mantellinien oder Mantellinienbereiche vorhanden sind.

Durch die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung des Wärmetauscherrohres wird zum einen die Wärmeübergangsfläche gegenüber einem kreisrunden oder rechteckigen Rohr erheblich vergrößert, zum andern kann das bei Taupunktunterschreitungen im Inneren sich bildende Kondensat aufgrund der je in einer Ebene verlaufenden Mantellinien problemlos aus dem Inneren des Wärmetauschers in horizontaler Lage bzw. bei sehr geringen Neigungen ablaufen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmetauscherelemen­ tes sind vier in Längsrichtung verlaufende Mantellinien vor­ handen, so daß dementsprechend vier verschiedene Einbaumög­ lichkeiten vorhanden sind, wobei jeweils an der tiefsten Stel­ le eine der Mantellinien angeordnet ist.

Zur Erzeugung der in einer Ebene verlaufenden Mantellinie wird weiterhin erfindungsgemäß vorgeschlagen, parallele, gegen­ überliegende Sickenpaare in das Wärmetauscherelement einzuprä­ gen, wobei jeweils aufeinanderfolgende Sickenpaare rechtwink­ lig zueinander verlaufen.

Die Abstände der Sickenpaare können dabei unterschiedlich sein, so daß das Wärmetauscherelement an die sich ändernden Temperatur- und Volumenbedingungen in es durchströmendem Abgas angepaßt werden kann.

Das erfindungsgemäße Wärmetauscherelement weist vorzugsweise einen rechteckig bzw. quadratischen inneren freien Strömungs­ querschnitt auf, der durch die Abstände der parallel gegen­ überliegenden Sicken eingestellt werden kann.

Dadurch besteht für die durch das Rohr strömenden Abgase ein genügend großer freier Querschnitt, andererseits ist die Strö­ mung gezwungen, ihre Richtung bei jeder Sicke zu ändern, so daß Wirbel bzw. Turbulenzen führen, die zu einem sehr raschen Temperaturausgleich innerhalb des strömenden Abgases führen und somit eine sehr hohe Wärmeübertragung ermöglicht wird.

Durch den verbleibenden inneren freien Querschnitt ist es darüber hinaus sehr leicht möglich, ein Reinigungsgerät wie etwa einen Hochdruckreiniger mit Düse durch das Wärmetauscher­ element zu führen und dieses auf diese Weise innen zu säubern.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre bestehen vorzugsweise aus Edelstahl, es sind jedoch auch andere Materialien wie Kupfer oder andere Metalle oder Legierungen mit genügend großer Wärmeleitfähigkeit möglich.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre werden auf einer Sickenpresse hergestellt. Dabei dient als Ausgangsrohr ein Rohr mit etwa rechteckigem Querschnitt. An den gegenüberlie­ genden Rechteckseiten werden nun die parallelen Sicken einge­ prägt, wobei aufeinanderfolgende Sickenpaare rechtwinklig zueinander verlaufen. Auf diese Weise wird ein Rohr herge­ stellt, dessen Querschnitt sich von einem etwa parallelogram­ artigen zu einem etwa ovalen Querschnitt bzw. umgekehrt än­ dert.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre kön­ nen auch kreisrunde Rohre verwendet werden, die jedoch vor der Einprägung der Sicken mit Hilfe einer Presse auf etwa recht­ eckigen Querschnitt gebracht werden sollten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau­ licht und wird im nachfolgenden anhand der Zeichnung im ein­ zelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Wärmetauscherrohres,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Rohrquerschnittes an drei aufeinanderfolgenden Rohrbereichen A, B und C,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das Rohr,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf das Rohr gemäß Fig. 3 in um 90° verdrehter Stellung und

Fig. 5 eine Ansicht möglicher Rohrquerschnitte.

Bei dem Versuch einer perspektivischen Darstellung des Wärme­ tauscherrohres 1 liegt eine der vier erwähnten Mantellinien innerhalb des zickzackförmig verlaufenden nicht schraffierten Bereichs 2. Die Mantellinie muß dabei im strengen geometri­ schen Sinne nicht als Linie aufgefaßt werden, vielmehr kann ein vergleichsweise schmaler Wandungsbereich gebildet sein, der in einer Ebene verläuft.

Weitere Mantellinien werden durch die rechte Begrenzungslinie 3 und die linke Begrenzungslinie 4 gebildet.

Die vierte, nicht sichtbare Mantellinie 5 liegt dem nicht schraffierten Bereich 2 gegenüber.

In Fig. 1 sind ebenfalls die senkrecht im Abstand zueinander verlaufenden parallelen Sicken zu erkennen. Dabei laufen die auf der linken Seite angeordneten Sicken 6 schräg von unten nach oben zum nicht schraffierten Bereich 2. Ihnen gegenüber verlaufen parallel auf der nicht sichtbaren Unterseite die die entsprechenden Sickenpaare bildenden zweiten Gegensicken 6a.

Die auf der rechten Seite verlaufenden rechten Sicken 7 weisen entsprechende Gegensicken 7a auf der nicht sichtbaren Unter­ seite auf, so daß insgesamt jeweils Sickenpaare 6, 6a - 7, 7a im Abstand zueinander gebildet werden, die rechtwinklig zuein­ ander angeordnet sind.

Der sich durch die beschriebene Formgebung bildende jeweilige Querschnitt an den Stellen A, B und C ist zur Verdeutlichung in Fig. 2 dargestellt.

In Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf das Wärmetau­ scherrohr 1 zu sehen, bei der wiederum ein breiterer Mantelli­ nienbereich 2 sowie die senkrecht zueinander stehenden linken Sicken 6 und rechten Sicken 7 zu erkennen sind. Bei der Dar­ stellung gemäß Fig. 4 ist das Wärmetauscherrohr 1 aus Fig. 3 um 90° verdreht. Der hier geschlängelt verlaufende Mantelsik­ kenbereich entspricht der rechten Begrenzungslinie 3 bzw. der linken Begrenzungslinie 4 gemäß Fig. 1.

Die sich ändernden Querschnitte des Wärmetauscherrohres 1 sind in Fig. 5 gezeigt. Dabei wird erkennbar, daß im Rohrinneren ein etwa quadratischer Querschnitt 7 erhalten bleibt, dessen Größe sich nach der Einprägtiefe der Sickenpaare richtet.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscherrohr
2 nicht schraffierter Bereich, erste Mantellinie
3 rechte Begrenzungslinie, zweite Mantellinie
4 linke Begrenzungslinie, dritte Mantellinie
5 vierte Mantellinie
6 linke Sicken
6a parallele Gegensicken
7 rechte Sicken
7a parallele Gegensicken
8 quadratischer Querschnitt

Claims (7)

1. Rohrförmiges Wärmetauscherelement mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei in Längsrichtung des Elementes (1) sinus-, wellen- oder zickzackförmig je in einer Ebene verlaufende Mantellinien (2, 5 bzw. 3, 4) oder Mantellinienbereiche vorhanden sind.

2. Wärmetauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier in Längsrichtung des Elementes (1) sinus-, wellen- oder zickzackförmig je in einer Ebene verlaufende Mantellinien (2, 3, 4, 5) oder Mantellinienbereiche vorhanden sind.

3. Wärmetauscherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Elementes (1) im Abstand angeordnete, durch je zwei par­ allele, gegenüberliegende Sicken (6, 6a bzw. 7, 7a) gebil­ dete Sickenpaare vorgesehen sind, von denen aufeinand­ erfolgende Sickenpaare rechtwinklig zueinander verlaufen.

4. Wärmetauscherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen inneren, durchgehenden, rechteckigen oder quadratischen freien Querschnitt (8) aufweist.

5. Wärmetauscherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem korrosionsfesten Metall, insbesondere aus Edelstahl, besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Wärmetau­ scherelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in ein Rohr mit annähernd rechteckigem Querschnitt Sickenpaare (6, 6a bzw. 7, 7a) eingeprägt werden, die aus jeweils parallelen, gegenüberliegenden Sicken gebildet sind, wobei aufeinand­ erfolgende Sickenpaare rechtwinklig zueinander verlaufen.

7. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Wärmetau­ scherelementes nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr mit annähernd recht­ eckigem Querschnitt durch Pressen eines kreisrunden Rohres hergestellt wird.