EP2757336A2 - Wärmetauscher mit optimierter Wärmeübertragung und Heizeinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher mit optimierter Wärmeübertragung und Heizeinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher Download PDF

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EP2757336A2
EP2757336A2 EP14151370.5A EP14151370A EP2757336A2 EP 2757336 A2 EP2757336 A2 EP 2757336A2 EP 14151370 A EP14151370 A EP 14151370A EP 2757336 A2 EP2757336 A2 EP 2757336A2
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EP
European Patent Office
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channel
fluid
sub
heat exchanger
module
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EP14151370.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2757336B1 (de
EP2757336A3 (de
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Halil Ufuk Oezboga
Mustafa Tuerkelli
Cenk Acar
Hürrem Murat Altay
Turgut Oruc Yilmaz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2757336A3 publication Critical patent/EP2757336A3/de
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/10—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overheating, e.g. heat shields

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a heating device with such a heat exchanger according to claim 12.
  • Heat exchangers serve to transfer heat from a first heat transfer medium to a second heat transfer medium.
  • different fluids are used as heat transfer, which should not be in contact or even mixed.
  • the fluids are guided in separated from a separator fluid channels.
  • the separator has good heat conduction properties and the largest possible surface area to the fluids.
  • Each module consists of two interconnected plates of rectangular basic shape, between which a second fluid channel for a liquid fluid is formed. This also extends from a fluid inlet to a fluid outlet, wherein fluid inlet and fluid outlet are arranged diagonally opposite.
  • second fluid channel ribs are arranged between the plates, which are to conduct the fluid.
  • first ribs extend in a first direction.
  • second ribs which are arranged at an angle to the first ribs.
  • third ribs which run parallel to the first ribs.
  • the second fluid channel is branched by the ribs behind the fluid inlet into a plurality of sub-channels.
  • a disadvantage is the thermal unequal loading of the module and thus of the heat exchanger.
  • a hot combustion gas eg 2000 K
  • both the first and the second fluid have their maximum temperature.
  • This leads to thermal stresses in the heat exchanger, which can lead to deformation and material damage.
  • there may be a phase change of the fluid in the second fluid channel from liquid to gaseous.
  • the pressure in the second fluid channel increases, there are noise developments in the formation of gas bubbles, the gas bubbles can cause damage to pumps used and corrosion inside the module is enhanced.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat exchanger and a heater with which a high efficiency of heat transfer from a first fluid to a second fluid is achieved, the heat exchanger as compact, material-saving, lightweight and inexpensive manufacturable and yet a long has maintenance-free life.
  • the invention relates to a heat exchanger comprising a first fluid channel for a first fluid having a fluid inlet and a fluid outlet and a second fluid channel for a second fluid having a fluid inlet and a fluid outlet, the second fluid channel being branched behind its fluid inlet into a first and second partial channel, wherein the first and the second sub-channel are merged before the fluid outlet of the second fluid channel to a collecting channel which extends in a first portion transversely to the first fluid channel (or whose collecting channel flow of the second fluid transversely to a Main flow direction of the first fluid in the first fluid passage extends) and closer to the fluid inlet of the first fluid channel is arranged as the first sub-channel and the second sub-channel, the first sub-channel in a second section transverse to the first fluid channel and this second section closer to the fluid inlet of the first fluid channel is arranged as the second sub-channel.
  • the course of the fluid channels according to the invention prevents overheating of the second fluid in the second fluid line and the second fluid line as such, in particular at the thermally heavily loaded fluid inlet of the first fluid channel.
  • the thermal stress acting on the heat exchanger (the thermal stresses) is low and this has a long service life.
  • the collecting channel by means of which the full volume of the fluid to be heated is conducted past the thermally most heavily loaded inlet opening of the first fluid channel at high speed.
  • the length of the first portion of the collection channel should be greater than three quarters of the maximum diameter of the adjacent first fluid channel.
  • first sub-channel By lying behind the collecting channel first sub-channel fluid is directly passed to the inlet temperature, which can absorb a correspondingly high heat by a high temperature gradient to the fluid in the first fluid channel.
  • the length of the second section should be greater than two-thirds of the maximum diameter of the adjacent first fluid channel.
  • the cooling of the fluid inlet of the first fluid channel is particularly high.
  • a substantially parallel arrangement of the first portion of the collecting channel to the second portion of the first sub-channel is useful.
  • the flow rate may be reduced, so that a temporally long heat absorption can take place in order to extract a maximum of heat from the fluid in the first fluid channel.
  • the second sub-channel is then preferably arranged in the condensation region of the first fluid channel. The efficiency of the heat recovery with the heat exchanger is correspondingly high.
  • the heat exchanger can be used particularly well as a gas-liquid heat exchanger.
  • the first fluid channel then forms a gas channel and the second fluid channel is a fluid channel.
  • the second fluid channel is formed within a substantially flat first module.
  • modules are ideally suited to design a heat transfer performance of the heat exchanger in a stacked arrangement by the number of identical modules, especially in rectangular basic shape.
  • the heat exchanger is then a plate heat exchanger. Since only a few tools and component variants for a large number of possible heat transfer services are necessary, a heat exchanger produced in this way can be provided in a particularly cost-effective manner.
  • the fluid inlets and the fluid outlets of the second fluid channel preferably point in the stacking direction. They can then flow continuously between the modules.
  • Adjacent modules preferably have sealing surfaces which correspond to one another in the region of the fluid entries of the second fluid channel and / or in the region of the fluid exits of the second fluid channel. Additional sealants are not required.
  • the fluid inlet of the second fluid channel should be arranged geodetically lower in the operating position than the fluid outlet.
  • the first fluid channel then adjoins the outer surface of the module.
  • it is formed between the first module and an adjacently spaced, identical or construction-like, second module.
  • adjacent modules should have corresponding sealing surfaces along the first fluid channel. Accordingly, then no separate sealing means are provided here.
  • the first module consists of two plates, between which the second fluid channel is formed, wherein the two plates are positively or materially connected to each other.
  • Such modules are particularly inexpensive to produce. At least one of the plates then predetermines the course of the second fluid channel by structured shaping (embossing, profiling). In this plate, the pattern of the second fluid channel should be embossed before connecting to the second plate. As plates in particular sheets are used. After assembly, the second fluid channel is then completely formed. Thus, at least one plate has elevations of the second fluid channel on the outside of the first module. The contact area to the first fluid channel and the heat transfer are correspondingly large. to reinforce these advantages, both plates should preferably have a structured shape corresponding to the second fluid channel.
  • a full-surface connection between the plates can be created by welding them in a vacuum oven.
  • the welding agent used is preferably nickel.
  • copper can also be used.
  • the exposed copper sites should then be subsequently nickel coated.
  • the vacuum furnace is also suitable for deep drawing the second fluid channel into the plates.
  • the first module from a plate, wherein the plate along a bending region, which is arranged in the region of the fluid inlet of the first fluid channel, folded or bent and two (structured, embossed) plate areas comprises the surface lie on one another and between which the second fluid channel is formed.
  • the two plate sections then correspond, so to speak, to the previously described two plates, with the exception of one-piece production by means of folding.
  • the main advantage of such a design is the high thermal load capacity of the bending area. This is significantly higher than a joined connection. The high thermal stress in the region of the fluid inlet of the first fluid channel can thus hardly lead to damage to the module.
  • the bending region preferably directly adjoins the first section of the collecting channel. As a result, the already temperature-resistant bending region is additionally cooled particularly well.
  • the first module consists of high-alloy stainless steel.
  • stainless steel By using stainless steel, the corrosion of the heat exchanger is low. A long life without maintenance is achieved.
  • the first section of the collecting channel and / or the second section of the first partial channel may have a circular cross section.
  • an embodiment is particularly preferred, according to which the first section of the collecting channel and / or the second section of the first sub-channel an oval Cross-section with two narrow end faces and two wide longitudinal sides. The longitudinal sides should be aligned along the first fluid channel. The narrow end faces are then aligned substantially transversely to the first fluid channel.
  • This design results in a module with a lower overall height, whereby more compact installation dimensions can be achieved.
  • the ratio of the surface of the first portion of the collecting channel and / or the second portion of the first sub-channel to its volume is greater, so that a higher heat transfer is achieved.
  • a combustion chamber can be formed with the modules themselves.
  • the modules on the side of the fluid inlet of the first fluid channel with lateral legs, so that the module is U-shaped.
  • additional fluid channels e.g., the collection channel
  • end cover plates / end modules which cover the entire U-shape, then results in a one-sided open chamber, which adjoins the fluid inlet of the first fluid channel.
  • This chamber can be designed as a combustion chamber, with a burner would connect upstream on the open side.
  • At least one rotary element is formed with a deflection surface having a slope relative to the channel profile. Due to the rotational excitation of the fluid flowing through it is mixed and requires a more effective cooling of the first fluid. The possible heat absorption from the first fluid channel is so particularly high. By impressing obliquely to the channel course pointing notches, these are also extremely inexpensive to produce.
  • the flow resistance of the first sub-channel deviates by a maximum of 10% from the flow resistance of the second sub-channel.
  • a relatively large fluid throughput should take place in the first subchannel.
  • the flow resistance of the first sub-channel should tend to be even slightly smaller than the flow resistance of the second sub-channel. At least 50% of the fluid flows through the first subchannel.
  • the volume of the first sub-channel smaller than the volume of the second sub-channel. Consequently, with essentially the same flow cross section, the residence time of the fluid in the first subregion is short. by virtue of the high volume in the second sub-channel, the residual heat of the first fluid in the first fluid channel can be effectively absorbed here, since a large heat transfer surface can be achieved, in particular by significantly longer or wider flow channels.
  • the volume of the second sub-channel is even greater than the sum of the volumes of the first sub-channel and the collecting channel. This makes it possible to achieve that the fluid in the first fluid channel in the region of the collecting channel and the first subchannel can be cooled to approximately condensation temperature, while the condensation finally takes place in the region of the second subchannel.
  • the first subchannel can be branched into a plurality of individual subchannels. These individual part channels of the first sub-channel should then run substantially parallel adjacent to each other.
  • this has a flow resistance which is greater than the resulting flow resistance of the parallel flow resistances of the first and second subchannel or has a flow cross section which is smaller than the total flow cross section of the parallel connected first and second subchannels.
  • the second sub-channel is herringbone-shaped.
  • the herringbone-shaped formation of the second sub-channel has a feed channel formed in or on a first module plate, from which branch off branch channels form herringbone.
  • the flushing of the individual branch channels is then carried out by convection currents and opens into branch channels and a feed channel, which are formed in or on a second module plate.
  • the feed channels should in this case be substantially adjacent to each other and aligned transversely to the first fluid channel.
  • a related embodiment provides that the second sub-channel is limited in the manner of plate heat exchangers by herringbone embossed areas of the module forming plates.
  • the invention further relates to a heating device with a combustion chamber comprising a heating gas supply and a Schugasab founded which is fluidly connected to a fluid inlet of a first fluid passage of a heat exchanger as described above, and with a heat transfer medium leading fluid circuit in which the heat exchanger with the fluid inlet and the fluid outlet of the second Fluid channel is integrated. Therefore the heat exchanger functions as a gas-liquid heat exchanger.
  • the heat exchanger is well suited to cool the very hot heating gases (combustion gases, sometimes up to 2000 K hot with fossil fuel fired combustion chamber) of the combustion chamber, without being damaged. This is achieved, in particular, by preventing boiling of the fluid in the collecting channel and in the first sub-channel through the special channel guide of the second fluid channel.
  • the fluid circuit may, for example, contain a radiator, so that the fluid can release the absorbed heat at a destination again.
  • a feed pump should be arranged in the fluid circuit.
  • water-containing fluid has proved to be particularly suitable as a fluid. This is preferably kept in the fluid circuit under a pressure of more than 1 bar, so that the boiling temperature is above the normal level.
  • a development of the heater provides that the first module is U-shaped, wherein the first module with its cavity (this is the interior of the U-shape) at least partially surrounds the combustion chamber and the collection channel U-shaped in the combustion chamber-nahen Areas of the first module runs.
  • a heating device is provided which provides an almost completely water-cooled combustion chamber, thereby causing very low heat losses and is characterized by a high heat transfer efficiency.
  • the Fig. 1 and 2 show perspective views of a heat exchanger 1.
  • This consists of a first module 30, a second module 40 and other modules 41, which are stacked in a stacking direction R on each other. It is therefore a plate heat exchanger.
  • each substantially planar module 30, 40, 41 of the heat exchanger 1 accommodates in each case a second fluid channel 20 for a second fluid, in particular for water W, with a fluid inlet 21 and a fluid outlet 22.
  • the fluid inlet 21 is geodetically lower than the fluid outlet 22.
  • the fluid inlet 21 and the fluid outlet 22 of the second fluid channel 20 point in the stacking direction R. In this way, the fluid inlets 21 and the fluid outlets 22 of the second fluid channels 20 of the modules 30, 40, 41 are flow-connected to one another in the stacking direction R.
  • the modules 30, 40, 41 have corresponding sealing surfaces in the area of the fluid inlet 21 and fluid outlet 22 of the second fluid channel 20, so that no additional sealing means are required.
  • the modules 30, 40, 41 have corresponding sealing surfaces along the first fluid channel 10.
  • the second fluid channel 20 branches behind the fluid inlet 21 into a first 23 and second sub-channel 24. Else elsewhere, the first 23 and the second sub-channel 24 open in front of the fluid outlet 22 of the second fluid channel 20 into a common collection chamber 28, whereby they are brought together again to a collection channel 25.
  • the collecting channel 25 runs transversely to the first fluid channel 10 at least in a first section A1. In addition, it is arranged closer to the fluid inlet 11 of the first fluid channel 10 than the first sub-channel 23 and the second sub-channel 24.
  • the length of the first section A1 is greater than three-quarters maximum diameter of the adjacent first fluid channel 10th
  • the first sub-channel 23 extends transversely to the first fluid channel 10 in a second section A2.
  • the length of the second section A2 is greater than two-thirds of the maximum diameter of the adjacent first fluid channel 10.
  • this second section A2 is closer to the fluid inlet 11 of the first fluid channel
  • the first portion A1 of the collecting channel 25 is adjacent and parallel to the second portion A2 of the first sub-channel 10.
  • Both the first portion A1 of the collecting channel 25 and the second portion A2 of the first sub-channel 23 have a circular Cross-section S. It can further be seen that the first sub-channel 24 is branched into two single-part channels, which run essentially parallel to one another.
  • the second sub-channel 24 is formed herringbone-shaped, for which he has a feed channel 26, branch off from the herringbone branch channels 27.
  • the feeding channel 26 is aligned substantially transversely to the first fluid channel 10.
  • the branch channels 27 extend diagonally, or rather rather longitudinally, to the first fluid channel 27.
  • the volume V1 of the first sub-channel 23 is smaller than the volume V2 of the herringbone branched second sub-channel 24.
  • the volume V2 of the second sub-channel 24 is even greater than the sum of the volumes V1, V3 of the first sub-channel 23 and the collecting channel 25th It can also be easily recognized that the flow resistance W3 of the collecting channel 25 is greater than the resulting flow resistance of the parallel-connected flow resistances W1, W2 of the first and second sub-channels 23, 24.
  • the second sub-channel 24 is in the illustrated embodiment of the second fluid channel 20 Condensation region of the first fluid channel 10th
  • Fig. 5 recognizes the structure of the module 30 of two plates 31, 32, between which the second fluid channel 20 is formed.
  • the two plates 31, 32 are integrally connected to each other and each have a second fluid channel 20 corresponding, structured shape, which is raised on the outside of the plates 31, 32.
  • the module 30 according to Fig. 6 from a single plate 31, 32, wherein the plate 31, 32 is folded along a bending region 34, which is arranged in the region of the fluid inlet 11 of the first fluid channel 10.
  • the thus formed two plate portions 31, 32 lie flat against each other, so that the second fluid channel 20 is formed between them.
  • both plate regions 31, 32 have a structured shaping corresponding to the second fluid channel 20, which is raised on the outside.
  • the bending region 34 directly adjoins the collecting channel 25.
  • Fig. 7 is a section through a first section A1 of a collecting channel 25 of a module 30 to see.
  • the first section A1 of the collecting channel 25 has an oval cross section S with two narrow end faces S1, S2 and two wide longitudinal sides S3, S4.
  • the narrow end faces S1, S2 are aligned substantially transversely to the first fluid channel 10, as can be seen from the trimmed first and second plates 31, 32.
  • rotational elements 50 are each formed with a deflection surface 51.
  • Each deflection surface 51 has a slope relative to the passageway, so that water flowing through W is forced into a rotation.
  • Fig. 8 shows a U-shaped heat exchanger 1.
  • the modules 30, 40, 41 are provided on the side of the fluid inlet 11 of the first fluid channel 10 with lateral legs 63, so that the modules 30, 40, 41 are U-shaped. In these legs 63 additional fluid channels extend to the cooling.
  • R end-side end modules 60, 61 which cover the entire U-shape of the modules 30, 40, 41, results in a unilaterally open chamber 62, which adjoins the fluid inlet 11 of the first fluid channel 10 and directly used as a combustion chamber 62 is.
  • the end modules 60, 61 have additional fluid channels so that they can be cooled over the entire surface. It can also be seen above the center inserted viewing holes in the front first end module 60th

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der kompakt sein soll, sowie nicht anfällig für Schäden bedingt durch lokale Überhitzung, insbesondere durch Überschreiten einer Siedetemperatur eines wärmeaufnehmenden Fluids ist. Die Erfindung sieht einen Wärmetauscher (1) vor, umfassend einen ersten Fluidkanal (10) für ein erstes Fluid mit einem Fluideintritt (11) und einem Fluidaustritt (12) und einen zweiten Fluidkanal (20) für ein zweites Fluid mit einem Fluideintritt (21) und einem Fluidaustritt (22), wobei der zweite Fluidkanal (20) hinter seinem Fluideintritt (21) in einen ersten und zweiten Teilkanal (23, 24) verzweigt ist, wobei der erste und der zweite Teilkanal (23, 24) vor dem Fluidaustritt (22) des zweiten Fluidkanals (20) zu einem Sammelkanal (25) zusammengeführt sind, der in einem ersten Abschnitt (A1) quer zum ersten Fluidkanal (10) verläuft und näher am Fluideintritt (11) des ersten Fluidkanals (11) angeordnet ist als der erste Teilkanal (23) und der zweite Teilkanal (24), wobei der erste Teilkanal (23) in einem zweiten Abschnitt (A2) quer zum ersten Fluidkanal (10) verläuft und dieser zweite Abschnitt (A2) näher am Fluideintritt (11) des ersten Fluidkanals (10) angeordnet ist als der zweite Teilkanal (24).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Heizeinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher nach Patentanspruch 12.
  • Wärmetauscher dienen der Wärmeübertragung von einem ersten Wärmeträger auf einen zweiten Wärmeträger. Insbesondere werden hierbei unterschiedliche Fluide als Wärmeträger eingesetzt, welche nicht miteinander in Kontakt oder gar vermischt werden sollen. Zur Wärmeübertragung werden die Fluide in von einem Trennelement separierten Fluidkanälen geführt. Dabei hat das Trennelement gute Wärmeleiteigenschaften sowie eine möglichst große Oberfläche zu den Fluiden.
  • So zeigt beispielsweise US 6,460,613 B2 einen modularen Wärmetauscher mit mehreren übereinander gestapelten Modulen. Zwischen zwei Modulen ist ein im Wesentlichen linear verlaufender erster Fluidkanal für ein erstes Fluid ausgebildet, insbesondere für Luft oder Heizgas (Verbrennungsgas). Auf einer Seite des Modulstapels ist mithin der Fluideintritt und gegenüberliegend der Fluidaustritt des ersten Fluidkanals.
  • Jedes Modul besteht aus zwei miteinander verbundenen Platten mit rechteckiger Grundform, zwischen denen ein zweiter Fluidkanal für ein flüssiges Fluid ausgebildet ist. Dieser erstreckt sich ebenfalls von einem Fluideintritt zu einem Fluidaustritt, wobei Fluideintritt und Fluidaustritt diagonal gegenüberliegend angeordnet sind.
  • Zur Balancierung der Durchströmung des zwischen den Platten ausgebildeten flachen zweiten Fluidkanals sind Rippen zwischen den Platten angeordnet, die das Fluid leiten sollen. Im Bereich des Fluideintritts des zweiten Fluidkanals erstrecken sich erste Rippen in eine erste Richtung. Daran schließen sich zweite Rippen an, die in einem Winkel zu den ersten Rippen angeordnet sind. Zwischen den zweiten Rippen und dem Fluidaustritt finden sich dritte Rippen, welche parallel zu den ersten Rippen verlaufen. Dabei vereinen sich die durch die Rippen gebildeten, parallel durchströmten Teilkanäle jeweils zwischen den ersten und zweiten Rippen sowie den zweiten und dritten Rippen, da die Rippen hier nicht dichtend aneinandergrenzen. Mithin wird das Fluid entlang einer Z-Form geleitet. Um eine gleichmäßig verteilte Strömung im Bereich der zweiten Rippen zu erzielen, verjüngen sich der Bereich der ersten Rippen mit zunehmendem Abstand vom Fluideintritt sowie der Bereich der dritten Rippen mit zunehmendem Abstand vom Fluidaustritt. Man erkennt, dass der zweite Fluidkanal durch die Rippen hinter dem Fluideintritt in mehrere Teilkanäle verzweigt ist.
  • Nachteilhaft ist jedoch die thermische Ungleichbelastung des Moduls und damit des Wärmetauschers. Insbesondere am Fluideintritt des ersten Fluidkanals kommt es bei einer Durchleitung eines heißen Verbrennungsgases (bspw. 2000 K) zu einer sehr hohen Spitzentemperatur, da hier sowohl das erste als auch das zweite Fluid ihre maximale Temperatur haben. Dies führt zu thermischen Spannungen im Wärmetauscher, welche zu Verformungen und Materialschäden führen können. Außerdem kann es zu einem Phasenwechsel des Fluids im zweiten Fluidkanal von flüssig zu gasförmig kommen. Hierdurch steigt der Druck im zweiten Fluidkanal an, es kommt zu Geräuschentwicklungen bei der Entstehung von Gasblasen, die Gasblasen können zu Schäden an eingesetzten Pumpen führen und Korrosion im Inneren des Moduls wird verstärkt.
  • Eine Strömungsumkehr eines der Fluidströme würde hingegen zu erheblichen Effizienzverlusten führen, da die Temperaturdifferenz bei einer Wärmeübertragung im Gleichlauf abnehmend ist. Entsprechend hätte das wärmeabgebende erste Fluid am Fluidaustritt des ersten Fluidkanals eine höhere nicht verwertete Endtemperatur.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher und eine Heizeinrichtung zu schaffen, mit denen eine hohe Effizienz der Wärmeübertragung von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid erreicht wird, wobei der Wärmetauscher möglichst kompakt, materialsparend, leicht und kostengünstig fertigbar ist und dennoch eine lange wartungsfreie Lebensdauer aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher umfassend einen ersten Fluidkanal für ein erstes Fluid mit einem Fluideintritt und einem Fluidaustritt und einen zweiten Fluidkanal für ein zweites Fluid mit einem Fluideintritt und einem Fluidaustritt, wobei der zweite Fluidkanal hinter seinem Fluideintritt in einen ersten und zweiten Teilkanal verzweigt ist, wobei der erste und der zweite Teilkanal vor dem Fluidaustritt des zweiten Fluidkanals zu einem Sammelkanal zusammengeführt sind, der in einem ersten Abschnitt quer zum ersten Fluidkanal verläuft (bzw. dessen Sammelkanal-Strömung des zweiten Fluids quer zu einer Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids im ersten Fluidkanal verläuft) und näher am Fluideintritt des ersten Fluidkanals angeordnet ist als der erste Teilkanal und der zweite Teilkanal, wobei der erste Teilkanal in einem zweiten Abschnitt quer zum ersten Fluidkanal verläuft und dieser zweite Abschnitt näher am Fluideintritt des ersten Fluidkanals angeordnet ist als der zweite Teilkanal.
  • Der erfindungsgemäße Verlauf der Fluidkanäle verhindert eine Überhitzung des zweiten Fluids in der zweiten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung als solches, insbesondere am thermisch stark beanspruchten Fluideintritt des ersten Fluidkanals. Hierdurch ist der auf den Wärmetauscher wirkende thermische Stress (sind die thermischen Spannungen) gering und dieser hat eine lange Lebensdauer. Erreicht wird dies insbesondere durch den Sammelkanal, mittels dem das volle Volumen des zu erwärmenden Fluids mit hoher Geschwindigkeit an der thermisch am stärksten beanspruchten Eintrittsöffnung des ersten Fluidkanals vorbeigeleitet wird. Um die gesamte Problemzone gut zu kühlen, sollte die Länge des ersten Abschnitts des Sammelkanals größer sein als dreiviertel des maximalen Durchmessers des angrenzenden ersten Fluidkanals.
  • Durch den hinter dem Sammelkanal liegenden ersten Teilkanal wird unmittelbar Fluid mit der Eingangstemperatur geleitet, das durch ein hohes Temperaturgefälle zum Fluid im ersten Fluidkanal entsprechend viel Wärme aufnehmen kann. Damit eine gute Kühlung des Wärmetauschers erfolgen kann, sollte die Länge des zweiten Abschnitts größer als zweidrittel des maximalen Durchmessers des angrenzenden ersten Fluidkanals gewählt werden. Bei einer benachbarten Anordnung des ersten Abschnitts des Sammelkanals und des zweiten Abschnitts des ersten Teilkanals ist die Kühlung des Fluideintritts des ersten Fluidkanals besonders hoch. Eine im Wesentlichen parallele Anordnung des ersten Abschnitts des Sammelkanals zum zweiten Abschnitt des ersten Teilkanals bietet sich an.
  • Im zweiten Teilkanal kann die Strömungsgeschwindigkeit hingegen herabgesetzt sein, sodass eine zeitlich lange Wärmeaufnahme stattfinden kann, um dem Fluid im ersten Fluidkanal ein Maximum an Wärme zu entziehen. Der zweite Teilkanal ist dann bevorzugt im Kondensationsbereich des ersten Fluidkanals angeordnet. Entsprechend hoch ist die Effizienz der Wärmegewinnung mit dem Wärmetauscher.
  • Dies führt dazu, dass dieser besonders kompakt ausgelegt werden kann, wodurch Materialkosten gering sind. Außerdem ist ein weniger großer Aufstellungsort notwendig. Besonders gut ist der Wärmetauscher als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher einsetzbar. Dabei bildet der erste Fluidkanal dann einen Gaskanal und der zweite Fluidkanal ist ein Flüssigkeitskanal.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Fluidkanal innerhalb eines im Wesentlichen flächigen ersten Moduls ausgebildet ist. Solche Module eignen sich hervorragend, um in gestapelter Anordnung durch die Anzahl baugleicher Module eine Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers auszulegen, insbesondere bei rechteckiger Grundform. Der Wärmetauscher ist dann ein Plattenwärmetauscher. Da nur wenige Werkzeuge und Bauteilvarianten für eine Vielzahl an möglichen Wärmeübertragungsleistungen notwendig sind, ist ein so hergestellter Wärmetauscher besonders kostengünstig anbietbar. Bevorzugt weisen die Fluideintritte und die Fluidaustritte des zweiten Fluidkanals in die Stapelrichtung. Sie können dann jeweils zwischen den Modulen durchgehend strömungsverbunden sein. Vorzugsweise haben benachbarte Module miteinander korrespondierende Dichtflächen im Bereich der Fluideinritte des zweiten Fluidkanals und/oder im Bereich der Fluidaustritte des zweiten Fluidkanals. Zusätzliche Dichtmittel sind dann nicht erforderlich. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Wärmetauschers sollte der Fluideintritt des zweiten Fluidkanals in der Betriebslage geodätisch tiefer angeordnet sein als dessen Fluidaustritt.
  • Der erste Fluidkanal grenzt dann an die äußere Oberfläche des Moduls an. Vorzugsweise ist er zwischen dem ersten Modul und einem benachbart mit Abstand angeordneten, baugleichen oder bauähnlichen, zweiten Modul ausgebildet. Hierfür sollten benachbarte Module korrespondierende Dichtflächen entlang des ersten Fluidkanals aufweisen. Entsprechend sind dann auch hier keine separaten Dichtmittel vorzusehen.
  • In einer speziellen Ausgestaltung besteht das erste Modul aus zwei Platten, zwischen denen der zweite Fluidkanal ausgebildet ist, wobei die zwei Platten kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Derartige Module sind besonders kostengünstig herstellbar. Wenigstens eine der Platten gibt dann den Verlauf des zweiten Fluidkanals durch strukturierte Formgebung (Prägung, Profilierung) vor. In dieser Platte sollte vor dem Verbinden mit der zweiten Platte das Muster des zweiten Fluidkanals eingeprägt sein. Als Platten werden insbesondere Bleche eingesetzt. Nach dem Zusammenfügen ist der zweite Fluidkanal dann vollständig ausgebildet. Mithin weist wenigstens eine Platte auf der Außenseite des ersten Moduls Erhebungen des zweiten Fluidkanals auf. Entsprechend groß sind die Kontaktfläche zum ersten Fluidkanal und die Wärmeübertragung. Zur Verstärkung dieser Vorteile sollten bevorzugt beide Platten eine strukturierte Formgebung entsprechend des zweiten Fluidkanals aufweisen.
  • Kleine Leckströmungen, wie sie bei einer nicht vollflächigen Verbindung der Platten zwischen den Abschnitten des zweiten Fluidkanals auftreten können, sind unproblematisch. Vielmehr unterstützen diese Ströme die Kühlung der Zwischenbereiche zwischen den Abschnitten des zweiten Fluidkanals.
  • Alternativ kann jedoch auch eine vollflächige Verbindung zwischen den Platten geschaffen werden, indem sie in einem Vakuumofen verschweißt werden. Als Schweißmittel wird bevorzugt Nickel eingesetzt. Wahlweise kann jedoch auch Kupfer eingesetzt werden. Um Korrosion zu vermeiden, sollten die freiliegenden Kupferstellen dann jedoch anschließend mit Nickel beschichtet werden. Der Vakuumofen ist zusätzlich auch dazu geeignet, den zweiten Fluidkanal in die Platten tiefzuziehen. Damit ist das Modul mit wenigen Arbeitsschritten kostengünstig herstellbar.
  • Es erweist sich als besonders vorteilhaft, das erste Modul aus einer Platte herzustellen, wobei die Platte entlang eines Biegebereichs, der im Bereich des Fluideintritts des ersten Fluidkanals angeordnet ist, gefaltet bzw. umgebogen ist und zwei (strukturierte, geprägte) Plattenbereiche umfasst, die flächig aufeinander liegen und zwischen denen der zweite Fluidkanal ausgebildet ist. Die zwei Plattenbereiche entsprechen dann sozusagen den zuvor beschriebenen zwei Platten, mit Ausnahme der einteiligen Fertigung mit Hilfe des Faltens. Der wesentliche Vorteil an solch einer Ausbildung ist die hohe thermische Belastbarkeit des Biegebereichs. Diese ist deutlich höher als eine gefügte Verbindung. Der hohe thermische Stress in dem Bereich des Fluideintritts des ersten Fluidkanals kann somit kaum zu einer Beschädigung des Moduls führen. Bevorzugt grenzt der Biegebereich unmittelbar an den ersten Abschnitt des Sammelkanals. Hierdurch wird der ohnehin schon temperaturresistente Biegebereich zusätzlich besonders gut gekühlt.
  • Gemäß einer Fortbildung der Erfindung besteht das erste Modul aus hochlegiertem rostfreiem Edelstahl. Durch den Einsatz von rostfreiem Stahl ist die Korrosion des Wärmetauschers gering. Eine lange Lebensdauer ohne Wartungsaufwand wird erreicht.
  • Grundsätzlich können der erste Abschnitt des Sammelkanals und/oder der zweite Abschnitt des ersten Teilkanals einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es ist jedoch eine Ausführungsform besonders zu bevorzugen, nach welcher der erste Abschnitt des Sammelkanals und/oder der zweite Abschnitt des ersten Teilkanals einen ovalen Querschnitt mit zwei schmalen Stirnseiten und zwei breiten Längsseiten aufweisen. Die Längsseiten sollten dabei längs zum ersten Fluidkanal ausgerichtet sein. Die schmalen Stirnseiten sind dann im Wesentlichen quer zum ersten Fluidkanal ausgerichtet. Durch diese Ausbildung entsteht ein Modul mit geringerer Bauhöhe, wodurch kompaktere Einbaumaße erreicht werden können. Außerdem ist das Verhältnis von der Oberfläche des ersten Abschnitts des Sammelkanals und/oder des zweiten Abschnitts des ersten Teilkanals zu deren Volumen größer, sodass eine höhere Wärmeübertragung erreicht wird.
  • Zusätzlich kann mit den Modulen selbst eine Brennkammer ausgebildet werden. Hierfür bietet es sich an, die Module auf Seiten des Fluideinritts des ersten Fluidkanals mit seitlichen Schenkeln zu versehen, sodass das Modul U-förmig ist. In diesen Schenkeln sollten zusätzliche Fluidkanäle (z.B. der Sammelkanal) zu deren Kühlung verlaufen. Durch endseitige Abdeckplatten/Endmodule, welche die gesamte U-Form abdecken, ergibt sich dann eine einseitig geöffnete Kammer, welche sich an den Fluideintritt des ersten Fluidkanals anschließt. Diese Kammer kann als Brennkammer ausgelegt werden, wobei sich stromaufwärts auf der offenen Seite ein Brenner anschließen würde.
  • Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung ist gemäß einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Sammelkanal und/oder im ersten Teilkanal wenigstens ein Rotationselement mit einer Umlenkfläche ausgebildet ist, die eine Steigung relativ zum Kanalverlauf aufweist. Durch die Rotationsanregung des durchströmenden Fluids wird dieses durchmischt und bedingt eine effektivere Kühlung des ersten Fluids. Die mögliche Wärmeaufnahme vom ersten Fluidkanal ist so besonders hoch. Mittels Einprägen von schräg zum Kanalverlauf weisenden Kerben, sind diese auch äußerst preiswert herstellbar.
  • Zur Erreichung einer hohen Wärmeübertragungseffizienz ist gemäß einer näheren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Strömungswiderstand des ersten Teilkanals um maximal 10% vom Strömungswiderstand des zweiten Teilkanals abweicht. Um möglichst viel Wärme aufnehmen zu können, sollte im ersten Teilkanal nämlich ein verhältnismäßig großer Fluiddurchsatz erfolgen. Tendenziell sollte der Strömungswiderstand des ersten Teilkanals sogar etwas kleiner gewählt werden als der Strömungswiderstand des zweiten Teilkanals. Wenigstens 50% des Fluids strömt so durch den ersten Teilkanal.
  • Gleichzeitig ist bevorzugt, das Volumen des ersten Teilkanals kleiner auszulegen als das Volumen des zweiten Teilkanals. Mithin ist bei im Wesentlichen gleichem Strömungsquerschnitt die Verweildauer des Fluids im ersten Teilbereich kurz. Aufgrund des hohen Volumens im zweiten Teilkanal, kann hier die Restwärme des ersten Fluids im ersten Fluidkanal effektiv aufgenommen werden, da eine große Wärmeübertragungsfläche erzielbar ist, insbesondere durch deutlich längere bzw. breitere Strömungskanäle.
  • Gemäß einer Fortentwicklung der Erfindung ist das Volumen des zweiten Teilkanals sogar größer als die Summe der Volumina des ersten Teilkanals und des Sammelkanals. Hierdurch ist erreichbar, dass das Fluid im ersten Fluidkanal im Bereich des Sammelkanals und des ersten Teilkanals bis annähernd auf Kondensationstemperatur abkühlbar ist, während die Kondensation schließlich im Bereich des zweiten Teilkanals erfolgt. Um dies zu erreichen, kann der erste Teilkanal in mehrere Einzelteilkanäle verzweigt sein. Diese Einzelteilkanäle des ersten Teilkanals sollten dann im Wesentlichen parallel benachbart zueinander verlaufen.
  • Um insbesondere im Sammelkanal eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen, hat dieser gemäß einer Variante einen Strömungswiderstand, der größer ist als der resultierende Strömungswiderstand der parallel geschalteten Strömungswiderstände des ersten und zweiten Teilkanals bzw. hat er einen Strömungsquerschnitt, der kleiner ist als der Gesamtströmungsquerschnitt der parallel geschalteten ersten und zweiten Teilkanäle.
  • Ferner sieht eine spezielle Ausgestaltung des Wärmetauschers vor, dass der zweite Teilkanal fischgrätenförmig ausgebildet ist. Solch eine Ausbildung ermöglicht eine große Oberfläche pro Volumen. Damit kann dem Fluid im ersten Fluidkanal möglichst viel Wärme entzogen werden. Vorzugsweise weist die fischgrätenförmige Ausbildung des zweiten Teilkanals einen in bzw. an einer ersten Modulplatte ausgebildeten Speisekanal auf, von dem fischgrätenförmig Verzweigungskanäle abzweigen. Die Durchspülung der einzelnen Verzweigungskanäle erfolgt dann durch Konvektionsströme und mündet in Verzweigungskanäle und einen Speisekanal, die in bzw. an einer zweiten Modulplatte ausgebildet sind. Die Speisekanäle sollten hierbei im Wesentlichen zueinander benachbart und quer zum ersten Fluidkanal ausgerichtet sein. Eine verwandte Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Teilkanal nach Art von Plattenwärmetauschern durch fischgrätenförmig geprägte Bereiche der das Modul bildenden Platten begrenzt ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Heizeinrichtung mit einer Brennkammer umfassend eine Heizgaszuführung und eine Heizgasableitung, die mit einem Fluideintritt eines ersten Fluidkanals eines Wärmetauschers wie vorstehend beschrieben strömungsverbunden ist, und mit einem Wärmeträgermedium führenden Fluidkreislauf, in den der Wärmetauscher mit dem Fluideintritt und dem Fluidaustritt des zweiten Fluidkanals integriert ist. Mithin fungiert der Wärmetauscher als Gas-Flüssigkeit-Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist bestens dazu geeignet, die sehr heißen Heizgase (Verbrennungsgase, mitunter bis zu 2000 K heiß bei mit fossilem Brennstoff befeuerter Brennkammer) der Brennkammer abzukühlen, ohne dabei beschädigt zu werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein Sieden des Fluids im Sammelkanal und im ersten Teilkanal durch die spezielle Kanalführung des zweiten Fluidkanals verhindert wird. Der Fluidkreislauf kann bspw. einen Radiator enthalten, sodass das Fluid die aufgenommene Wärme an einem Zielort wieder abgeben kann. Hierfür sollte im Fluidkreislauf eine Förderpumpe angeordnet sein. In der Haustechnik hat sich als Fluid insbesondere wasserhaltiges Fluid bewährt. Dieses wird im Fluidkreislauf bevorzugt unter einem Druck von mehr als 1 bar gehalten, sodass die Siedetemperatur über dem Normalniveau liegt.
  • Eine Fortentwicklung der Heizeinrichtung sieht vor, dass das erste Modul U-förmig ausgebildet ist, wobei das erste Modul mit seiner Höhlung (dies ist der Innenraum der U-Form) die Brennkammer zumindest teilweise umschließt und der Sammelkanal U-förmig in den Brennkammer-nahen Bereichen des ersten Moduls verläuft. Mit dieser Ausgestaltung ist eine Heizeinrichtung geschaffen, die eine beinah rundum wassergekühlte Brennkammer bereitstellt, dadurch sehr geringe Wärmeverluste verursacht und sich durch einen hohen Wärmeübertragungswirkungsgrad auszeichnet.
  • Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch einen Wärmetauscher;
    Fig. 3
    ein einzelnes Modul eines Wärmetauschers;
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung eines zweiten Fluidkanals eines Wärmetauschers;
    Fig. 5
    einen Schnitt durch ein einzelnes Modul;
    Fig. 6
    einen weiteren Schnitt durch ein einzelnes Modul;
    Fig. 7
    einen Schnitt durch einen ovalen Sammelkanal mit Rotationselementen; und
    Fig. 8
    einen U-förmigen Wärmetauscher.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten eines Wärmetauschers 1. Dieser besteht aus einem ersten Modul 30, einem zweiten Modul 40 und weiteren Modulen 41, welche in einer Stapelrichtung R aufeinander gestapelt sind. Mithin handelt es sich um einen Plattenwärmetauscher.
  • Zwischen den Modulen 30, 40, 41 ist jeweils ein erster Fluidkanal 11 für ein erstes Fluid, insbesondere für ein Gas G, mit einem Fluideintritt 11 und einem Fluidaustritt 12 ausgebildet. Jedes im Wesentlichen flächig ausgebildetes Modul 30, 40, 41 des Wärmetauschers 1 beherbergt jeweils einen zweiten Fluidkanal 20 für ein zweites Fluid, insbesondere für Wasser W, mit einem Fluideintritt 21 und einem Fluidaustritt 22. Der Fluideintritt 21 liegt geodätisch tiefer als der Fluidaustritt 22. Weiterhin weisen der Fluideintritt 21 und der Fluidaustritt 22 des zweiten Fluidkanals 20 in die Stapelrichtung R. Auf diese Weise sind die Fluideintritte 21 und die Fluidaustritte 22 der zweiten Fluidkanäle 20 der Module 30, 40, 41 in Stapelrichtung R miteinander strömungsverbunden. Die Module 30, 40, 41 haben korrespondierende Dichtflächen im Bereich der Fluideinritte 21 und Fluidaustritte 22 des zweiten Fluidkanals 20, sodass keine zusätzlichen Dichtmittel erforderlich sind. Gleichsam haben die Module 30, 40, 41 korrespondierende Dichtflächen entlang des ersten Fluidkanals 10.
  • Wie im Detail den Fig. 3 bis 6 zu entnehmen ist, verzweigt sich der zweite Fluidkanal 20 hinter dem Fluideintritt 21 in einen ersten 23 und zweiten Teilkanal 24. An anderer Stelle münden der erste 23 und der zweite Teilkanal 24 vor dem Fluidaustritt 22 des zweiten Fluidkanals 20 in eine gemeinsame Sammelkammer 28, wodurch sie wieder zu einem Sammelkanal 25 zusammengeführt sind. Der Sammelkanal 25 verläuft zumindest in einem ersten Abschnitt A1 quer zum ersten Fluidkanal 10. Außerdem ist er näher am Fluideintritt 11 des ersten Fluidkanals 10 angeordnet als der erste Teilkanal 23 und der zweite Teilkanal 24. Die Länge des ersten Abschnitts A1 ist größer als dreiviertel des maximalen Durchmessers des angrenzenden ersten Fluidkanals 10.
  • Auch der erste Teilkanal 23 verläuft in einem zweiten Abschnitt A2 quer zum ersten Fluidkanal 10. Die Länge des zweiten Abschnitts A2 ist größer ist als zweidrittel des maximalen Durchmessers des angrenzenden ersten Fluidkanals 10. Zudem ist dieser zweite Abschnitt A2 näher am Fluideintritt 11 des ersten Fluidkanals 10 angeordnet als der zweite Teilkanal 24. Insbesondere ist der erste Abschnitt A1 des Sammelkanals 25 benachbart sowie parallel zum zweiten Abschnitt A2 des ersten Teilkanals 10. Sowohl der erste Abschnitt A1 des Sammelkanals 25 als auch der zweite Abschnitt A2 des ersten Teilkanals 23 haben einen kreisförmigen Querschnitt S. Man erkennt weiterhin, dass der erste Teilkanal 24 in zwei Einzelteilkanäle verzweigt ist, die im Wesentlichen parallel benachbart zueinander verlaufen.
  • Der zweite Teilkanal 24 ist fischgrätenförmig ausgebildet, wozu er einen Speisekanal 26 aufweist, von dem fischgrätenförmig Verzweigungskanäle 27 abzweigen. Der Speisekanal 26 ist im Wesentlichen quer zum ersten Fluidkanal 10 ausgerichtet. Die Verzweigungskanäle 27 verlaufen diagonal, bzw. tendenziell eher längs, zum ersten Fluidkanal 27.
  • Wie man erkennt, ist das Volumen V1 des ersten Teilkanals 23 kleiner als das Volumen V2 des fischgrätenförmig verzweigten zweiten Teilkanals 24. Das Volumen V2 des zweiten Teilkanals 24 ist sogar größer als die Summe der Volumina V1, V3 des ersten Teilkanals 23 und des Sammelkanals 25. Unschwer zu erkennen ist auch, dass der Strömungswiderstand W3 des Sammelkanals 25 größer ist als der resultierende Strömungswiderstand der parallel geschalteten Strömungswiderstände W1, W2 des ersten und zweiten Teilkanals 23, 24. Durch die gezeigte Ausbildung des zweiten Fluidkanals 20 liegt der zweite Teilkanal 24 im Kondensationsbereich des ersten Fluidkanals 10.
  • Wie am besten aus den Fig. 5 und 6 zu entnehmen ist, besteht ein Modul 30 aus zwei Platten 31, 32 (Fig. 5) oder aus zwei Plattenabschnitten 31, 32 (Fig. 6). In Fig. 5 erkennt man den Aufbau des Moduls 30 aus zwei Platten 31, 32, zwischen denen der zweite Fluidkanal 20 ausgebildet. Hierfür sind die zwei Platten 31, 32 stoffschlüssig miteinander verbunden und haben jeweils eine dem zweiten Fluidkanal 20 entsprechende, strukturierte Formgebung, die auf der Außenseite der Platten 31, 32 erhaben ist.
  • Dahingegen besteht das Modul 30 gemäß Fig. 6 aus einer einzigen Platte 31, 32, wobei die Platte 31, 32 entlang eines Biegebereichs 34, der im Bereich des Fluideintritts 11 des ersten Fluidkanals 10 angeordnet ist, gefaltet ist. Die so ausgebildeten zwei Plattenbereiche 31, 32 liegen flächig aufeinander, sodass zwischen diesen der zweite Fluidkanal 20 ausgebildet ist. Beide Plattenbereiche 31, 32 haben hierfür eine dem zweiten Fluidkanal 20 entsprechende, strukturierte Formgebung, die auf der Außenseite erhaben ist. Der Biegebereich 34 grenzt unmittelbar an den Sammelkanal 25 an.
  • In Fig. 7 ist ein Schnitt durch einen ersten Abschnitt A1 eines Sammelkanals 25 eines Moduls 30 zu sehen. Der erste Abschnitt A1 des Sammelkanals 25 hat einen ovalen Querschnitt S mit zwei schmalen Stirnseiten S1, S2 und zwei breiten Längsseiten S3, S4. Die schmalen Stirnseiten S1, S2 sind im Wesentlichen quer zum ersten Fluidkanal 10 ausgerichtet, wie anhand der angeschnittenen ersten und zweiten Platte 31, 32 erkennbar ist. Im Sammelkanal 25 sind Rotationselemente 50 mit jeweils einer Umlenkfläche 51 ausgebildet. Jede Umlenkfläche 51 hat eine Steigung relativ zum Kanalverlauf, sodass durchströmendes Wasser W in eine Rotation gezwungen wird.
  • Fig. 8 zeigt einen U-förmig ausgebildeten Wärmetauscher 1. Hierfür sind die Module 30, 40, 41 auf Seiten des Fluideinritts 11 des ersten Fluidkanals 10 mit seitlichen Schenkeln 63 versehen, sodass die Module 30, 40, 41 U-förmig sind. In diesen Schenkeln 63 verlaufen zusätzliche Fluidkanäle zu deren Kühlung. Durch in Stapelrichtung R endseitige Endmodule 60, 61, welche die gesamte U-Form der Module 30, 40, 41 abdecken, ergibt sich eine einseitig geöffnete Kammer 62, welche sich an den Fluideintritt 11 des ersten Fluidkanals 10 anschließt und unmittelbar als Brennkammer 62 einsetzbar ist. Die Endmodule 60, 61 verfügen dabei über zusätzliche Fluidkanäle, sodass sie ganzflächig gekühlt werden können. Man erkennt zudem oben mittig eingebrachte Schaulöcher im vorderen ersten Endmodul 60.

Claims (13)

  1. Wärmetauscher (1) umfassend einen ersten Fluidkanal (10) für ein erstes Fluid mit einem Fluideintritt (11) und einem Fluidaustritt (12) und einen zweiten Fluidkanal (20) für ein zweites Fluid mit einem Fluideintritt (21) und einem Fluidaustritt (22), wobei der zweite Fluidkanal (20) hinter seinem Fluideintritt (21) in einen ersten und zweiten Teilkanal (23, 24) verzweigt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teilkanal (23, 24) vor dem Fluidaustritt (22) des zweiten Fluidkanals (20) zu einem Sammelkanal (25) zusammengeführt sind, der in einem ersten Abschnitt (A1) quer zum ersten Fluidkanal (10) verläuft und näher am Fluideintritt (11) des ersten Fluidkanals (10) angeordnet ist als der erste Teilkanal (23) und der zweite Teilkanal (24), wobei der erste Teilkanal (23) in einem zweiten Abschnitt (A2) quer zum ersten Fluidkanal (10) verläuft und dieser zweite Abschnitt (A2) näher am Fluideintritt (11) des ersten Fluidkanals (10) angeordnet ist als der zweite Teilkanal (24).
  2. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidkanal (20) innerhalb eines im Wesentlichen flächigen ersten Moduls (30) ausgebildet ist.
  3. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (30) aus zwei Platten (31, 32) besteht, zwischen denen der zweite Fluidkanal (20) ausgebildet ist, wobei die zwei Platten (31, 32) kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  4. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (30) aus einer Platte (31, 32) besteht, wobei die Platte (31, 32) entlang eines Biegebereichs (34), der im Bereich des Fluideintritts (11) des ersten Fluidkanals (10) angeordnet ist, gefaltet ist und zwei Plattenbereiche (31, 32) umfasst, die flächig aufeinander liegen und zwischen denen der zweite Fluidkanal (20) ausgebildet ist.
  5. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (30) aus hochlegiertem rostfreien Edelstahl besteht.
  6. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (A1) des Sammelkanals (25) und/oder der zweite Abschnitt (A2) des ersten Teilkanals (23) einen ovalen Querschnitt (S) mit zwei schmalen Stirnseiten (S1, S2) und zwei breiten Längsseiten (S3, S4) aufweist.
  7. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Sammelkanal (25) und/oder im ersten Teilkanal (23) wenigstens ein Rotationselement (50) mit einer Umlenkfläche (51) ausgebildet ist, die eine Steigung relativ zum Kanalverlauf aufweist.
  8. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (W1) des ersten Teilkanals (23) um maximal 10% vom Strömungswiderstand (W2) des zweiten Teilkanals (24) abweicht.
  9. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (V1) des ersten Teilkanals (23) kleiner ist als das Volumen (V2) des zweiten Teilkanals (24).
  10. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand (W3) des Sammelkanals (25) größer ist als der resultierende Strömungswiderstand der parallel geschalteten Strömungswiderstände (W1, W2) des ersten und zweiten Teilkanals (23, 24).
  11. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilkanal (24) durch fischgrätenförmig geprägte Platten (31, 32) begrenzt ist.
  12. Heizeinrichtung mit
    a) einer Brennkammer (62) umfassend eine Heizgaszuführung und eine Heizgasableitung, die mit einem Fluideintritt (11) eines ersten Fluidkanals (10) eines Wärmetauschers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche strömungsverbunden ist, und
    b) einem Wärmeträgermedium führenden Fluidkreislauf, in den der Wärmetauscher (1) mit dem Fluideintritt (21) und dem Fluidaustritt (22) des zweiten Fluidkanals (20) integriert ist.
  13. Heizeinrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul U-förmig ausgebildet ist, wobei das erste Modul mit seiner Höhlung die Brennkammer zumindest teilweise umschließt und der Sammelkanal (25) U-förmig in den Brennkammer-nahen Bereichen des ersten Moduls verläuft.
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