DE19624937A1 - Heat exchanger - Google Patents
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- DE19624937A1 DE19624937A1 DE1996124937 DE19624937A DE19624937A1 DE 19624937 A1 DE19624937 A1 DE 19624937A1 DE 1996124937 DE1996124937 DE 1996124937 DE 19624937 A DE19624937 A DE 19624937A DE 19624937 A1 DE19624937 A1 DE 19624937A1
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- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
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Abstract
Description
Als Wärmeübergangswände bei Wärmetauschern sind bisher be kannt profilierte oder unprofilierte, ebenflächige Strukturen oder glatte oder profilierte, geradeverlaufende Rohre. Im Falle der rohrförmigen Wärmetauscher z. B. bei Anwendung in einem Heizkessel wird das Heizgas in der Regel in den Roh ren geführt und das Wasser im Quer- oder Gegenstrom dazu außerhalb der Rohre vorbeigeführt. Bei einer solchen Konstruk tion sind die die Wärmeübertragung fördernden Turbulenzen im außerhalb der Rohre geführten Wärmetransportfluid nicht op timal, welches in einer nicht optimierten Kompaktheit bzw. nicht optimierten Materialökonomie des Gerätes resultiert. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmetransportfluides, bei der ein Wärmelieferfluid und ein Wärmetransportfluid unter Gegenstrom oder Querstrom zuei nander einen Wärmetauscher mit für das Lieferfluid und das Transportfluid getrennten Fluidströmungsräumen durchströmen. Das besondere, neuartige Merkmal des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist, daß die zwei voneinander getrennten Fluidströmungsräume sich gegenseitig, intensiv durchdringen, wobei in dieser Erfindung eine optimale Wärme übergangsfläche, die physikalisch ideale Betriebsmöglichkeit des Gegenstromes der Fluide und eine optimale Fluidturbulierung in beiden Fluidströmungsräumen bei minimiertem Druckverlust realisiert ist, woraus insgesamt eine für ein Gegenstromgerät optimale Kompaktheit und somit eine geringe Baugröße resultiert. As heat transfer walls in heat exchangers have so far been knows profiled or non-profiled, flat structures or smooth or profiled, straight pipes. In the case of the tubular heat exchanger z. B. in application In a boiler, the heating gas is usually in the raw led and the water in cross or countercurrent to it outside of the pipes passed. With such a construct tion are the turbulences that promote heat transfer heat transport fluid outside the pipes not op timal, which in a not optimized compactness or not optimized material economy of the device results. The invention relates to a device for heating a Heat transfer fluids, in which a heat supply fluid and a Heat transport fluid under counterflow or crossflow zuei another heat exchanger for the delivery fluid and that Flow through transport fluid in separate fluid flow spaces. The special, novel feature of the invention Heat exchanger is that the two are separate Fluid flow spaces penetrate each other intensively, optimum heat in this invention transition area, the physically ideal Opportunity to operate the counterflow Fluids and optimal fluid turbulence in both Fluid flow spaces realized with minimized pressure loss is what makes an optimal one for a countercurrent device Compactness and thus a small size results.
Die in dieser Patentanmeldung vorgestellte Erfindung ist eine bionische. Das heißt, das zu dieser Erfindung in der Natur geschaffene Vorbild ist in der Evolution des Lebenden funktionsmäßig und materialökonomisch optimiert worden.The invention presented in this patent application is a bionic. That is, that to this invention in the Nature's model is in the evolution of the living have been optimized in terms of function and materials.
Bei meiner ersten bionischen, wärmetechnischen Erfindung, welche am 11.12.95 zum Patent angemeldet wurde, diente die Struktur des gasturbulierenden Lungenalveolarganges zum Vorbild ("Erfindung L").In my first bionic, thermal engineering invention, which was registered for a patent on December 11, 1995, served the Structure of the gasturbulatory pulmonary alveolar duct to Role model ("Invention L").
Für die in dieser Patentanmeldung vorgestellte Erfindung dienten das System der wärmetauschenden Arterien und Venen in den Füßen der Möve ("Erfindung M"), die helicalen Strukturen der DNA und die Struktur der winterlichen Vegetationsdecke atlantischen Hochmoores als Vorbilder. Im Adersystem des Mövenfußes umlagern sich die weitver zweigten Arterien und Venen so eng und intensiv, daß die Wärme, die mit dem arteriellen Blut in den Fuß strömt, fast vollständig in den kalten Strom des venösen Blutes übergeht, also zum mit Federn isolierten Körper zurückkehrt.For the invention presented in this patent application served the system of heat-exchanging arteries and veins in the feet of the gull ("invention M"), the helical Structures of DNA and the structure of winter Vegetation cover of the Atlantic raised bogs as role models. In the vein system of the Mövenfußes, the widespread branched arteries and veins so closely and intensely that the Almost heat that flows into the foot with the arterial blood completely passes into the cold stream of venous blood, so returns to the body insulated with feathers.
Das abgekühlte, arterielle Blut transportiert den Sauerstoff in den Zehenbereich des Mövenfußes und wird immer noch auf einer minimalen Temperatur gehalten, so daß die Zehen der Möve nicht absterben.The cooled, arterial blood transports the oxygen in the toe area of the gull's foot and will still open kept at a minimum temperature so that the toes of the Don't let gull die.
Das hocheffiziente Wärmetauschersystem des Mövenfußes ist der Grund, warum Möven stundenlang im eiskalten Wasser ste hen können, ohne auszukühlen. The highly efficient heat exchanger system of the Mövenfuß is the reason why gulls spend hours in ice-cold water hen without cooling.
Wenn der hier vorgestellte Gegenstand als Wärmetauscher zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas angewendet wird, dann kann man die "Erfindung L" mit der "Erfindung M" kom binieren und zwar gasseitig bei "Erfindung M" integrieren. Das ist sinnvoll, weil Gas in der Regel eine geringere Wärmekapazität als die zur Anwendung kommende Flüssigkeit besitzt und weil wegen der geringeren Wechselwirkungen der Gasteilchen untereinander sich im Gas schnell heterogene Bewegungszonen also auch stillstehend periphere, wärmeiso lierende Gasschichten bilden. Solche peripheren Gasschich ten werden konstruktionsbedingt durch periodisch auftretende Turbulenzimpulse permanent im Gegenstand der "Erfindung L" durchbrochen und verwirbelt.If the item presented here as a heat exchanger is applied between a liquid and a gas then you can use the "invention L" with the "invention M" binary and integrate it on the gas side with "Invention M". This makes sense because gas is usually less Heat capacity as the liquid used owns and because of the lower interactions of the Gas particles quickly become heterogeneous with one another in the gas Movement zones also standstill peripheral, heat iso forming gas layers. Such peripheral gas layers due to the design, periodically occurring Turbulence pulses permanently in the subject of "Invention L" broken and swirled.
In der hier vorgestellten Wärmetauscher- Erfindung weist ein aus mindestens zwei bevorzugt aber sieben Rohren bzw. Schläuchen bestehendes Rohr- bzw. Schlauchbündel helixartige Windungen um die Längsachse auf, so daß eine doppel-, tripel- oder mehrfach-helixartige Struk tur vorliegt.In the heat exchanger presented here Invention has one of at least two preferred but seven pipes or hoses existing pipe or Hose bundles of helical windings around the longitudinal axis, so that a double, triple or multiple helical structure tur is present.
In einem solchen Rohr- bzw. Schlauchbündel besitzt das ein zelne Rohr bzw. der einzelne Schlauch eine helicale Struktur. Bei Ausführung des Bündels mit sieben Rohren bzw. Schläuchen ist natürlich das innenliegende Rohr bzw. Schlauch idealerwei se nicht helical gewunden. Trotzdem kann auch das innenlie gende Rohr bzw. Schlauch mit weniger stark helicaler Windung als die außenliegenden Rohre bzw. Schläuche des Bündels aus geführt und bevorzugt im Durchmesser kleiner sein. In such a tube or hose bundle it has one single tube or the single tube a helical structure. When executing the bundle with seven tubes or hoses the inner tube or hose is of course ideal se not helical convoluted. Nevertheless, the inside can pipe or hose with less helical winding than the outside tubes or hoses of the bundle guided and preferably be smaller in diameter.
Die Abstände der Rohre werden durch die Abstandhalter reguliert, die mit entsprechender Größe auf dem innenliegenden Rohr bzw. Schlauch angebracht sind.The spacing of the pipes is regulated by the spacers, with the appropriate size on the inner tube or Hose are attached.
Sind zwei Rohre bzw. Schläuche umeinander verdreht ("vertwi sted"), sprechen wir von einer doppelhelixartigen Struktur und entsprechend bei drei Rohren bzw. Schläuchen von einer tripel- helixartigen Struktur.Are two pipes or hoses twisted around each other ("twtwi sted "), we speak of a double helical structure and correspondingly with three pipes or hoses from a triple helical structure.
Die helixartige Windung der Rohre bzw. Schläuche beträgt auf spezifischer Länge also auf der Länge von 1 m (einem Meter) bevorzugt 20 bis 360 Grad (zweinull bis dreisechsnull). Die helixartige Windung der Rohre bzw. Schläuche eines Rohr- bzw. Schlauchbündels kann linksdrehend oder rechtsdrehend sein.The helical turn of the pipes or hoses is over a specific length, i.e. over a length of 1 m (one Meters) preferably 20 to 360 degrees (two zero to three six zero). The helical winding of the pipes or hoses of a pipe or Hose bundle can be left or right be.
Der Durchmesser der Rohre bzw. Schläuche beträgt im Durch messer bevorzugt je nach Kapazität des Gerätes zehn bis fünf zig Millimeter. Die Wandstärke der Wärmeübergangswände d. h. also der Rohr- bzw. Schlauchwände beträgt bevorzugt 0.4-1 mm (null punkt vier bis ein Millimeter).The diameter of the pipes or hoses is in the through Knives preferably ten to five depending on the capacity of the device tens of millimeters. The wall thickness of the heat transfer walls d. H. So the tube or hose walls is preferred 0.4-1 mm (zero point four to one millimeter).
Die Rohre bzw. Schläuche können aus Kunststoff oder Metall oder anderem Werkstoff bestehen. Die anderen Teile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers können aus Metall, Kunst stoff oder Keramik oder anderem Werkstoff bestehen.The tubes or hoses can be made of plastic or metal or other material. The other parts of the Heat exchanger according to the invention can be made of metal, art fabric or ceramic or other material.
Die einzelnen Rohre bzw. Schläuche eines Rohr- bzw. Schlauch bündels weisen in regelmäßigen, längenmäßigen Abständen Abstandhalter auf, welche stab- oder ringförmig ausgebildet sein können und die Rohre bzw. Schläuche seitlich auf Abstand halten. The individual pipes or hoses of a pipe or hose bundles point at regular, lengthwise intervals Spacers, which are rod or ring-shaped can be and the pipes or hoses laterally at a distance hold.
Bei flexiblem Schlauchmaterial kann die seitliche Abstandhal tung auch durch rundumlaufende Ausbuchtungen erzeugt wer den, welche durch Pressung bei Wärmebehandlung erzeugt werden. Der bevorzugte Abstand der Rohre bzw. Schläuche eines Bündels bzw. der Bündel untereinander beträgt je nach Kapazität des Wärmetauschers vier bis dreißig Millimeter.With flexible hose material, the lateral spacing can be who is also generated by all-round bulges those that are produced by pressing during heat treatment. The preferred distance between the tubes or hoses of a bundle or the bundle among themselves is depending on the capacity of the Heat exchanger four to thirty millimeters.
Kurzer Einschub zwecks Definition des Sprachgebrauches:Short inset to define the language usage:
- - wenn ein Fluid innerhalb des Rohr- bzw. Schlauchbündels geführt wird, dann sprechen wir von dem innengeführten Fluid,- If there is a fluid inside the tube or hose bundle then we speak of the inner one Fluid,
- - wenn ein Fluid außerhalb des Rohr- bzw. Schlauchbündels geführt wird, dann sprechen wir von dem außengeführten Fluid.- If a fluid is outside the tube or hose bundle then we speak of the outside Fluid.
Nicht jedes Rohr bzw. Schlauch muß Abstandhalter tragen, sondern unter direkt benachbarten Rohren bzw. Schläuchen im mer nur eines bzw. einer.Not every pipe or hose has to carry spacers, but under directly adjacent pipes or hoses in the only one.
Wenn also die Abstandhalter sparsam über das Rohr- bzw. Schlauchbündel verteilt werden, ist bei dieser Konstruktion der aufgebaute Fluidwiderstand also der Druckverlust mini miert. Denn die gewünschten, optimalen Turbulenzen im außen geführten Fluid sind ohnehin vorhanden (siehe unten). Ein Zuviel des Guten, also ein Zuviel an Turbulenz führt zu Druckverlust und somit zu einer Verringerung des Energieein sparungseffektes, weil dann für den Transport des Fluides zusätzliche elektrische Energie in das System gesteckt wer den muß. So if the spacers sparingly over the pipe or Hose bundles are distributed with this construction the fluid resistance built up, the pressure loss mini lubricated. Because the desired, optimal turbulence on the outside guided fluid are available anyway (see below). A Too much of a good thing, too much turbulence leads to Pressure loss and thus a reduction in energy saving effect because then for the transport of the fluid who put additional electrical energy into the system that must.
Bestehen die helixartig gewundenen Rohr- bzw. Schlauchbündel aus wenig flexiblem Werkstoff wie Metall oder Hart-Kunststoff, dann können die Abstandhalter noch sparsamer eingesetzt oder ganz weggelassen werden, weil in solchen Fällen der Verlauf der helixartig gewundenen Metall- bzw. Kunstoffrohre durch die endständige Befestigung bzw. stabilisierende Umlenkungen gegeben ist.Are the helically coiled tube or hose bundles made of less flexible material such as metal or hard plastic, then the spacers can be used even more economically or be completely omitted because in such cases the course the helically wound metal or plastic pipes the final attachment or stabilizing deflections given is.
Wegen der gewundenen, helixartigen Struktur besitzen die Roh re eine große Elastizität und Ausdehnungsfähigkeit, um die thermische Längenänderung aufzufangen, die besonders bei der Anwendung in Heizkesseln zu beobachten ist. Die Elastizität des Wärmetauschers wird natürlich noch größer, wenn die Wärme tauscher-Rohrbündel Umlenkungen aufweisen.Because of the tortuous, helical structure, the Roh have re great elasticity and expandability to the to absorb thermal changes in length, which are particularly important in the Application in boilers can be observed. The elasticity The heat exchanger will of course get bigger when the heat exchanger tube bundles have deflections.
Diese Umlenkungen haben bevorzugt 90 Grad oder 180 Grad. Die Rohr- bzw. Schlauchbündel können auch Umlenkungen erfah ren, indem diese Bündel jeweils einzeln selbst noch einmal helixartig aufgewickelt sind. Wir sprechen dann von einer solenoiden, superhelixartigen Struktur. Es können sogar meh rere Rohr- bzw. bevorzugterweise Schlauchbündel helixartig umeinander gewunden sein, was wir dann als Doppel-, Tripel-, Mehrfach-Superhelix bezeichnen können.These deflections are preferably 90 degrees or 180 degrees. The tube or hose bundle can also be deflected ren, by repeating these bundles individually are wound helically. We then speak of one solenoid, superhelical structure. It can even do more rere tube or preferably tube bundle helical wound around each other, which we then call double, triple, Can denote multiple superhelix.
Besonders bei einer Mehrfach-Superhelix der Rohr- bzw. der Schlauchbündel für die Anwendung z. B. zum Gas-Gas-Wärmeaus tausch wird eine maximale Durchdringung der beiden voneinan der getrennten Fluidströmungsräume, nämlich der des außenge führten und der des innengeführten (Def. s. oben) erreicht, auch für die Geräte größerer Kapazität, die große Fluidvo lumina umsetzen sollen. Especially in the case of a multiple superhelix of the pipe or Hose bundle for use e.g. B. to gas-gas heat exchange is a maximum penetration of the two from each other the separate fluid flow spaces, namely that of the Außenge led and that of the internally led (Def. see above) reached, also for larger capacity devices, the large fluid vo to implement lumina.
An dieser Stelle können wir einen Vergleich mit der elasti schen Doppelhelix der DNA anstellen, deren Elastizität sich in der chromosomalen Struktur durch weitere helicale Verwin dung zur Superhelix und zwar durch auftragende Histonpro teine gemachte Aufwicklung zur Super-Helix erhöht, wobei gleichzeitig die perlenartige Aneinanderreihung von Super- Helix-Bereichen die optimale Kompaktheit des Chromosoms geschaffen wird.At this point we can make a comparison with the elasti double helix of DNA, the elasticity of which in the chromosomal structure by further helical connec to become a superhelix by applying histone pro t made a winding up to the super helix, whereby at the same time the pearl-like sequence of super Helix areas the optimal compactness of the chromosome is created.
Die Kette der oben beschriebenen Super-Helix-Bereiche ist wiederum zu plektonemischen Super-Super-Helix-Schleifen ge wunden, derer an der Zahl sechs kreisförmig angeordnet eine Rosette bilden, wobei letztere dann zur Spirale angeordnet den Phänotyp dies Chromatids ergeben, und schließlich zwei Chromatide ein Chromosom bilden.The chain of the super helix areas described above is again to plectonemic super-super-helix loops wounds, the number six arranged in a circle Form the rosette, the latter then arranged in a spiral the phenotype of this chromatid, and finally two Chromatids form a chromosome.
Zum bildhaften Vergleich: wenn das Telefonhörerkabel das Chromatid (eine der zwei strangförmigen Chromosomen-Unter einheiten) darstellte, dann würde die Spirale des Telefonhö rerkabels der Chromatid-Spirale entsprechen, deren größte Un tereinheit die Rosette der sechs Super-Super-Helix-Schleifen ist.A graphic comparison: if the telephone handset cable Chromatid (one of the two strand-like chromosome sub units), then the spiral of telephone correspond to the chromatid spiral, the largest un the rosette of the six super-super-helix loops is.
Die Elastizität verleiht der DNA-Doppelhelix, deren Bruch letale Folgen haben kann, einen mechanischen Schutz und gleichzeitig wird durch die helicale Aufwicklung eine mecha nisch stabile, optimal kompakte Transportform geschaffen, was für die Zellvermehrung im Wachstum und für die Zelltei lung im Fortpflanzungsprozeß elementar wichtig ist. The elasticity of the DNA double helix gives it a break can have lethal consequences, mechanical protection and at the same time, the helical winding creates a mecha nically stable, optimally compact form of transport created, what for the cell proliferation in growth and for the cell part development in the reproductive process is of fundamental importance.
Bionisch können wir also bei der in dieser Patentanmeldung vorgestellten Erfindung "Erfindung M" nicht nur die Parallele zu dem Wärmetauschersystem in den Mövenfüßen ziehen, sondern auch unter mechanischen Gesichtspunkten zur chromosomalen Helix-Struktur der DNA.So we can do bionic in this patent application presented invention "invention M" not only the parallel pull to the heat exchanger system in the gull feet, but also from a mechanical point of view to chromosomal Helix structure of DNA.
Die helicale Deformierung der Rohre bzw. Schläuche, welche aus bei Raumtemperatur hartem Werkstoff bestehen, geschieht bei Hart-Kunststoff bzw. bei Metall z. B. Stahl im Endlos-Verfah ren durch seitliche, mechanische Verschiebung des gezogenen, vorbeilaufenden Rohres unter Wärmebehandlung.The helical deformation of the pipes or hoses, which are made of hard material at room temperature happens at Hard plastic or metal for z. B. Steel in the endless process through lateral, mechanical displacement of the drawn passing pipe under heat treatment.
Entsprechend der Materialstärke kann bei plastischem, kaltdeformierbarem Stahl auch auf die Wärmebehandlung während der helicalen Deformierung verzichtet werden.Depending on the material thickness, plastic, cold deformable steel also during heat treatment helical deformation can be avoided.
Werden endliche Rohrstücke verarbeitet, kann die helicale Struktur auch durch eine werkzeugmäßige Windung um eine mas sive Stange hergestellt werden.If finite pipe sections are processed, the helicale Structure also through a tool-like turn around a mas sive rod can be manufactured.
Für Wärmetauscher mit speziellen Anwendungen können für die Rohrherstellung auch bestimmte Werkstoffe, d. h. Metalle und Kunststoffe, im Spritzgußverfahren so verarbeitet werden, daß die helicale Struktur in nascendi mit dem Rohr entsteht.For heat exchangers with special applications can be used for Pipe manufacturing also includes certain materials, i.e. H. Metals and Plastics are processed in an injection molding process so that the helical structure is created in nascendi with the tube.
Zur optimalen Turbulenz des innengeführten Fluides können die einzelnen Rohre bzw. Schläuche durch rundwülstige oder spitzkantige Einbuchtungen bzw. Sickungen versetzt oder gegenständig (letzteres entsprechend "Erfindung L") profi liert sein. For optimal turbulence of the internal fluid the individual pipes or hoses by round or pointed indentations or beads offset or opposite (the latter according to "invention L") profi be.
Für den erfindungsgemäßen Gegenstand ist ein wie oben be schriebenes Rohr- bzw. Schlauchbündel in einem quaderförmi gen Kasten oder einem Hohlzylinder, welche aus Metall, Kunst stoff oder Keramik bestehen, in der Weise installiert, daß die Rohre bzw. die Schläuche des Rohr- bzw. Schlauchbündels an den Bohrungen der beiden Stirnseiten des quaderförmigen Kastens bzw. des Hohlzylinders gas- bzw. wasserdruckdicht verschweißt, verlötet, mit Dichtung ange- oder verschraubt, verklebt oder auf sonstige Weise befestigt sind.For the subject of the invention is as above written tube or hose bundle in a cuboid gen box or a hollow cylinder, which made of metal, art fabric or ceramic, installed in such a way that the tubes or the hoses of the tube or hose bundle at the bores of the two faces of the cuboid Box or the hollow cylinder gas or water pressure tight welded, soldered, screwed or screwed with gasket, glued or attached in any other way.
Die Rohr- bzw. Schlauchbündel werden aus einer Distributionskammer mit Fluid gespeist, welches bei Austritt aus diesen Bündeln in eine Sammelkammer fließt, wobei letztere wiederum ihren Inhalt in ein nachge schaltetes Bündel der beschriebenen Art oder in einen Auslaß- Rohrstutzen entläßt.The tube or hose bundle are made from one Distribution chamber fed with fluid, which upon exit from these bundles into a collection chamber flows, the latter in turn its contents in a nachge switched bundle of the type described or in an outlet Dismantles pipe socket.
Die einfachste Version des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weist ein einfaches Rohr- bzw. Schlauchbündel ohne Umlenkung, einen außengeführten Fluidströmungsraum mit Gehäuse, eine Distributionskammer und eine Sammelkammer und die dazugehö rigen Rohrstutzen auf.The simplest version of the heat exchanger according to the invention has a simple tube or hose bundle without deflection, an externally guided fluid flow space with housing, a Distribution chamber and a collection chamber and the associated pipe socket.
In der erweiterten Form haben das Rohr- bzw. Schlauchbündel und der außengeführte Fluidströmungsraum jeweils mindestens eine, und zwar bevorzugt eine 180-Grad-Umlenkung.In the expanded form, the tube or hose bundle and the externally guided fluid flow space in each case at least one, and preferably a 180-degree deflection.
Die Umlenkung der Rohr- bzw. Schlauchbündel kann auch mit Hilfe einer Umlenkungskammer realisiert sein. The deflection of the tube or hose bundle can also be done with Be realized with the help of a deflection chamber.
Wird der Wärmetauscher in einem Gas-Gas-Rekuperator zur An wendung gebracht, dann werden die Rohr- bzw. Schlauchbündel innerhalb des Gerätes vertikal verlaufend montiert mit einer obenliegenden Rohr- bzw. Schlauchumlenkung, so daß Kondensate oder Druckspülflüssigkeit nach unten aus den Rohren bzw. Schläuchen heraus abtropfen können.If the heat exchanger in a gas-gas recuperator is turned on brought, then the tube or hose bundle mounted vertically within the device with a overhead pipe or hose deflection, so that condensates or pressure flushing liquid down from the pipes or Can drain the hoses.
Wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einem Heizkessel eingesetzt, so ist letzterer bevorzugt so konstruiert, daß die Rohrbündel in vertikaler Richtung verlaufen.If the heat exchanger according to the invention in a boiler used, the latter is preferably constructed so that the tube bundles run in the vertical direction.
Oberhalb dieser vertikal verlaufenden, helicalen Rohrbündel kann anstatt einer Fluid-Distributionskammer eine wasserge kühlte Brennkammer für den Einsatz von Gebläsebrenner oder Matrixhalbkugel- bzw. Matrixstab-Brenner konstruiert sein. Eine solche dem Stand der Technik entsprechende Brennkammer kann auch unter Umlenkung bevorzugt einer von 45 oder 90 Grad an die Rohrbündelwärmetauscher-Sektion angesetzt sein.Above this vertical helical tube bundle can instead of a fluid distribution chamber a water cooled combustion chamber for the use of fan burners or Matrix hemisphere or matrix rod burner can be constructed. Such a combustion chamber corresponding to the prior art can also preferably be one of 45 or under deflection 90 degrees to the shell and tube heat exchanger section be.
In einer anderen Heizkesselbauweise befindet sich unterhalb der beschriebenen Rohrbündel anstatt der Fluid-Strömungskammer (Distributions-, Sammel-) eine mit atmosphärischem Gasbrenner ausgerüstete Brennkammer.Another boiler design is located below the tube bundle described instead of the fluid flow chamber (Distribution, collection) one with atmospheric gas burner equipped combustion chamber.
Im erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist das kastenförmige, aber bevorzugt hohlzylinderförmige Wärmetauschergehäuse so konstruiert, daß das Gehäuse das oder die Rohr- bzw. Schlauchbündel möglichst eng bevorzugt nur mit fünf bis fünfzehn Millimeter Abstand umschließt, so daß auch im in neren peripheren Bereich des Wärmetauschergerätes optimale Turbulenzen herrschen. In the heat exchanger according to the invention, the box-shaped but prefers hollow cylindrical heat exchanger housings constructed that the housing or the pipe or Hose bundle as narrow as possible, preferably only with five to encloses a distance of fifteen millimeters, so that even in optimal peripheral area of the heat exchanger device There is turbulence.
Strömungstechnisch betrachtet wird der innengeführte Fluidmassenstrom, also auch dessen Kernstrom in mehrere kleinere, voneinander bis zum Erreichen der nächsten Strömungskammer (Sammel-, Umlenkungs-) getrennte Fluid-Teil ströme zerteilt, und zweitens strömt das innengeführte Fluid eines Teilstromes durch die Rohre bzw. Schläuche und wird kontinuierlich durch die Biegung der helicalen Verwindung abgelenkt, wodurch im innengeführten Fluid permanent Turbu lenzen entstehen, die für einen guten Wärmeübergang sorgen. Zusätzliche Turbulenzen entstehen, wenn die Rohr- bzw. Schlauchbündel Umlenkungen z. B. um 180 Grad aufweisen. Ist die Wärmekapazität des außengeführten Fluides ausrei chend, und sind die Strömungsgeschwindigkeiten der Fluide entsprechend eingestellt, dann können im innengeführten Fluid noch stärkere Turbulenzen durch die oben beschriebenen Profilierungen der Rohre bzw. Schläuche erzeugt werden. Ist in einem erfindungsgemäßen Wärmetauschergerät einem Rohr- bzw. Schlauchbündel bzw. einer Gruppe von Rohr- bzw. Schlauchbündeln mindestens ein zweites Bündel bzw. eine zweite Gruppe von Bündeln dieser Art nachgeschaltet, dann wird das innengeführte Fluid in der zwischengeschalteten Umlenkungskammer durchmischt.The fluidic is considered internally guided fluid mass flow, including its core flow in several smaller ones, one from the other until reaching the next one Flow chamber (collection, deflection) separate fluid part flows split, and secondly, the internal fluid flows of a partial flow through the pipes or hoses continuously by bending the helical twist deflected, causing permanent turbu in the internal fluid Limits arise that ensure good heat transfer. Additional turbulence occurs when the pipe or Hose bundle deflections z. B. have 180 degrees. Is the heat capacity of the external fluid sufficient and are the flow velocities of the fluids adjusted accordingly, then in the internal fluid even greater turbulence from those described above Profiles of the pipes or hoses are generated. Is in a heat exchanger device according to the invention a pipe or Hose bundle or a group of tube or Hose bundles at least a second bundle or one second group of bundles of this type downstream, then the internal fluid is interposed Deflection chamber mixed.
Sind erfindungsgemäße Wärmetauscher mit Bündel-Umlenkungen ausgeführt, oder sind sie mit Umlenkungskammern ausgerüstet, dann kann im Falle der räumlich optimalen Siebener-Bündel auf eine helicale Deformation und auch auf einen geringeren Durchmesser des zentral innenliegenden Rohres bzw. Schlau ches verzichtet werden. Are heat exchangers according to the invention with bundle deflections executed, or are they equipped with deflection chambers, then in the case of the spatially optimal bundle of seven for a helical deformation and also for a smaller one Diameter of the centrally located pipe or sly ches are waived.
Auch im außengeführten Fluid werden Turbulenzen und sogar Kernstrom-Turbulenzen erzeugt, weil der außengeführte Strömungsraum und somit der außengeführte Kernströmungsraum von dem Bündel der helicalen Rohre bzw. Schläuche durchdrun gen und zerteilt wird. Durch die helicale Windung der Außen fläche der Rohre bzw. Schläuche wird die Fläche, auf die die Partikel des außengeführten Fluides auftreffen, kontinuierlich verschoben und erzeugen so permanent durch das Auftreffen und die Ablenkung der Fluidpartikel und zusätzlich durch die Fluidmassen-Verdrängung der Rohre bzw. Schläuche in diesen außengeführten Fluidströmungsraum räumlich ausgreifende Turbulenzen.Turbulence is even present in the external fluid and even Nuclear electricity turbulence is generated because of the outside Flow space and thus the external core flow space penetrated by the bundle of helical tubes or hoses gene and divided. Due to the helical winding of the outside area of the pipes or hoses is the area on which the Impact particles of the external fluid, continuously shifted and thus generate permanently by hitting and the deflection of the fluid particles and additionally by the Fluid mass displacement of the pipes or hoses in them externally guided fluid flow space Turbulence.
Im Resultat wird der mechanisch in Teilströme zerteilte, außengeführte Kernstrom, d. h. dessen dynamisch und kontinuierlich kurzfristig entstehenden, sich wieder vereinigenden und wieder neu entstehenden Teilströme, durch die hier erzeugten Turbulenzen permanent verwirbelt und vermischt.As a result, the mechanically divided into partial flows externally guided core stream, d. H. its dynamic and continuously occurring at short notice, reuniting and emerging again Partial flows through the turbulence generated here permanently swirled and mixed.
Durch Wärmeübergang entstehende lokale, heterogene Tempera turschichtungen werden nach kurzer Zeit homogenisiert. Dadurch ist ein optimaler Wärmeübergang vom oder zum außen geführten Fluid gewährleistet.Local, heterogeneous temperaas created by heat transfer door layers are homogenized after a short time. This ensures optimal heat transfer from or to the outside guided fluid guaranteed.
Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher unter Ge genstrom der Fluide betrieben. Dabei wird die rohr- bzw. schlauchartige Umlenkung bevorzugt in Gas-Gas-Wärmetauschern z. B. in Raumluftwärmerückgewinnern oder Malz-, Holz- oder Lack-Trocknungswärmerückgewinnern zum Einsatz gebracht. The heat exchanger according to the invention is preferred under Ge counter current of the fluids operated. The pipe or hose-like deflection preferred in gas-gas heat exchangers e.g. B. in room air heat recovery or malt, wood or Paint drying heat recoverers used.
Wenn bei einer Anwendung in einem Heizkessel eine Umlenkung aus Gründen der Kapazität oder wegen Kompaktheit und mini mierter Baugröße erforderlich ist, dann wird ein solcher Heizkessel bevorzugt mit einer Umlenkungskammer ausgerüstet. Ein besonderes Merkmal des vorgestellten Wärmetauschers in Anwendung unter Gegenstrom als Raumluftwärmerückgewinnungsge rät ist, daß durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher solch ein Gerät auf ein Volumen von ca. 0,3 Kubikmeter bei einem Durchsatz von tausend Kubikmeter Luft/h komprimiert werden kann.If a redirection when used in a boiler for reasons of capacity or compactness and mini mized size is required, then such Boiler preferably equipped with a deflection chamber. A special feature of the heat exchanger presented in Countercurrent application as room air heat recovery advises that such by the heat exchanger according to the invention one device to a volume of approx. 0.3 cubic meters at one Flow rate of a thousand cubic meters of air / h can be compressed can.
Bei Anwendung des vorgestellten Wärmetauschers in einem erd gasgespeisten Niedertemperatur-Heizkessel wird das Wärme lieferfluid, das Heizgas, im primären Wärmetauscher inner halb der Rohrbündel und das Wärmetransportfluid, das Wasser, außerhalb der Rohrbündel geführt. Im Falle der Heißwasser- Kesseltechnik wird das bei einem erdgas- oder biogasgespei sten Heizkessel ebenso gehandhabt, jedoch beim dazugehörigen sekundären Wärmetauscher wird das Heizgas außerhalb der Schläuche und die Brennerfrischluft innerhalb der Schläuche geführt.When using the presented heat exchanger in an earth gas-fed low-temperature boilers that heat Delivery fluid, the heating gas, inside the primary heat exchanger half the tube bundle and the heat transfer fluid, the water, guided outside the tube bundle. In the case of hot water This becomes boiler technology with a natural gas or biogas feed Most of the boilers handled in the same way, but with the associated one The secondary heat exchanger turns the heating gas outside of the Hoses and the burner fresh air inside the hoses guided.
Bei Anwendung in einem Lufterhitzer werden mehrere kurze Rohrbündel nebeneinander und hintereinander gestaffelt, heißes Wärmelieferfluid innengeführt und mit Hilfe eines seitlich installierten Ventilators können große Volumina Luft im Querstrom durch die Rohrbündel hindurchgedrückt wer den. Der Vorteil ist, daß so ein Gerät ohne Lamellen aus kommt, welches in puncto Reinigung vorteilhaft ist. When used in an air heater, several short ones Pipe bundles side by side and staggered one behind the other, hot heat supply fluid inside and with the help of a Laterally installed fans can handle large volumes Air is pushed through the tube bundle in cross flow the. The advantage is that such a device without slats comes, which is advantageous in terms of cleaning.
Die gute Reinigungs- und Wartungsmöglichkeit ist denn auch ein weiteres besonderes und herausragendes Merkmal des vorgestellten Wärmetauschers.The good cleaning and maintenance option is also another special and outstanding feature of the presented heat exchanger.
Wird z. B. bei Anwendung als Raumluftwärmerückgewinnungsge rät, - als Rekuperator mit getrennten Fluidströmungsräumen und optimaler Wärmerückgewinnung bei gleichzeitigem 100%igem, also vollständigem Ersatz der Fortluft durch Frischluft -, die saubere Frischluft innengeführt und die mit Schmutzfracht beladene Fortluft außen, also außerhalb der Schlauchbündel geführt, dann setzt sich mit der Zeit Schmutz auf den Rohrbündeln ab, die z. B. mit Dampfstrahl bequem gereinigt werden können, weil das Gehäuse des Wärme tauschers mindestens eine seitliche, abnehmbare Klappe oder Wand besitzen kann. Die verschmutzbaren Teile sind somit für die Reinigungswartung bequem und gut zugänglich.Is z. B. when used as a room air heat recovery advises - as a recuperator with separate fluid flow spaces and optimal heat recovery with simultaneous 100%, i.e. complete replacement of the exhaust air with Fresh air - the clean fresh air inside and the Exhaust air laden with dirt freight outside, i.e. outside the tube bundle is guided, then settles over time Dirt on the tube bundles, the z. B. with steam jet can be easily cleaned because the housing of the heat at least one removable flap on the side or Can own wall. The contaminable parts are therefore for cleaning maintenance is convenient and easily accessible.
Diese gute, praktische Eigenschaft des Gerätes ist wichtig für die Anwendung im Küchen-, Restaurant-, Gaststätten-, Vieh stall- und vielen anderen gewerblichen und industriellen Bereichen.This good, practical property of the device is important for use in the kitchen, restaurant, catering, livestock stall and many other commercial and industrial Areas.
Eine besonders zeitgemäße und umso mehr zukunftsträchtige Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bevorzugt in der einfachen Form ohne Umlenkung, ist die Anwendung als kompaktes, platzsparendes, in der Handhabung praktisches Abwasser-Wärmerückgewinnungs-Gerät, welches zur Erstausrü stung von Gebäuden aber auch praktisch und schnell, ohne größere Umstände verursachend zur Nachrüstung installiert werden kann. A particularly contemporary and all the more promising Application of the heat exchanger according to the invention preferably in the simple form without redirection, the application is as compact, space-saving, practical to use Waste water heat recovery device, which for the original equipment of buildings but also practical and fast, without larger circumstances causing retrofit installed can be.
Wegen der immer besseren Isolierfensterverglasung und der von der Bevölkerung schon bei Gebäuden herkömmlichen Bausti les systematisch vorgenommenen, opaken Wärmedämmung, so daß beide Wärmeisolierungen zusammengenommen sogar in negativen K-Werten resultieren können, kommt der Wärmerückgewinnung aus den erzeugten Abwässern größere Bedeutung zu. Dies gilt ganz besonders für die Einbindung in die Haus technik von Niedrigenergiehäusern. Die Installation ist besonders in dem Falle interessant, wenn die Haustechnik elektrisch mit photovoltaisch erzeugtem Strom versorgt wird, so daß so auch die Förderpumpen angetrieben wer den.Because of the always better insulating window glazing and by the population even with buildings of conventional building style les systematically made, opaque insulation, so that both thermal insulations combined even in negative Heat recovery comes from the K values the wastewater generated is of greater importance. This is entirely true especially for integration into the house technology of low energy houses. The installation is particularly interesting in the case when the house technology electrically with photovoltaically generated electricity is supplied so that the feed pumps are driven who the.
Dazu wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher so in das haustechnische System integriert, daß das den Boiler speisende, kalte Frischwasser oder das zum Heizkreissystem gehörende kalte, zum Mischventil oder zum Heizkessel bzw. zur Wandtherme zurückströmende Rücklaufwasser innerhalb des Bündels oder der Gruppe der Bündel der helicalen Rohre bzw. Schläuche geführt wird.For this purpose, the heat exchanger according to the invention is so in the integrated technical system that the boiler feeding cold fresh water or that belonging to the heating circuit system cold, to the mixing valve or to the boiler or wall heater backflowing return water within the bundle or Group of bundles of helical tubes or hoses becomes.
Im außenliegenden Führungsraum werden die Hausabwässer von Du sche, Bad, Spüle, Spülmaschine, Waschmaschine etc. gegenströ mend geführt, welche oft ohne Wärmerückgewinnungssystem bei Verlassen des Hauses noch erhöhte Temperaturen aufweisen. Ein solches Abwasserwärmerückgewinnungsgerät kann sogar an Abwasserfalleitungen installiert werden, wobei wir hier in Anlehnung an die herkömmliche Bezeichnung "Frischwasser- Durchlauferhitzer" von "Abwassser-Durchlaufkühler (AW-DLK)" sprechen können. The house sewage from Du counter, bathroom, sink, dishwasher, washing machine etc. mend led, which often without heat recovery system Leaving the house still have elevated temperatures. Such a waste water heat recovery device can even Waste water downpipes are installed, whereby we here in Following the conventional term "fresh water Instantaneous water heater "from" Waste water instant cooler (AW-DLK) " to be able to speak.
Wenn die WC-Fäkalabwässer leitungsmäßig nicht von den anderen Hausabwässern getrennt sind, kann technisch das AW-DLK-System so installiert werden, daß bei Auslösen der Toilettenspülung über ein elektrisches oder elektronisches Signal gesteuert am Fallrohr, wo sich der Abzweig zum AW-DLK befindet, mit mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Unterstützung eine Bypassklappe umgelegt wird, die dann ohne Umweg den direkten Weg ins Fallrohr freigibt.If the toilet faecal sewage is not piped from the others The AW-DLK system can technically separate domestic waste water be installed so that when the toilet flush is triggered controlled by an electrical or electronic signal on Downpipe where the branch to the AW-DLK is located with mechanical, hydraulic or pneumatic support a bypass flap is flipped, which then without detour direct path into the downpipe.
An einem solchen AW-DLK-Gerät befindet sich seitlich und wasserdicht eine Reinigungsklappe, so daß der außenliegende Fluidströmungsraum bequem gereinigt werden kann. Natürlich kann auch ein mit Frisch- oder Regenwasser gespeistes Druckspül-Reinigungssystem installiert sein, welches manuell oder bei unbefriedigenden Temperaturdifferenzen automatisch einge schaltet wird.Such an AW-DLK device is located on the side and waterproof a cleaning flap so that the outside Fluid flow space can be easily cleaned. Naturally can also use a pressure flushing cleaning system fed with fresh or rainwater installed manually or automatically switched on if the temperature differences are unsatisfactory is switched.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft veranschau licht und wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is exemplified in the drawings light and will be described below with reference to the drawings in Explained in detail. Show it:
Fig. 1 einen schematischen, seitlichen, vertikal gezogenen Längsschnitt durch einen Gas-Gas-Rekuperator, Fig. 1 shows a schematic, lateral, vertical longitudinal section drawn through a gas-gas recuperator,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Rohr- bzw. Schlauch bündels mit stirnseitigem, schematischem Querschnitt, Fig. 2 is a schematic view of a pipe or tube bundle with front, schematic cross-section,
Fig. 3 zwei schematische Längschnitte durch kurze Abschnitte eines Rohr- bzw. Schlauchbündels, Fig. 3 shows two schematic longitudinal sections through short sections of a pipe or tube bundle,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt eines kurzen Ab schnittes einer anderen Ausführung eines erfindungs gemäßen Rohr- bzw. Schlauchbündels. Fig. 4 is a schematic longitudinal section of a short section from another embodiment of a pipe or hose bundle according to the Invention.
Es zeigen:Show it:
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungs gemäßes Rohr- bzw. Schlauchbündel, Fig. 5 is a schematic cross section through a pipe or hose according to Inventive bundle,
Fig. 6 im schematischen Längsschnitt eine Einzelheit aus Fig. 1, Fig. 6 in schematic longitudinal section a detail from Fig. 1,
Fig. 7 drei schematische, verschiedene, horizontal gezogene Längsschnitte des bereits in Fig. 1 dargestellten Gas-Gas-Rekuperators, Fig. 7 shows three schematic, various solid horizontal longitudinal sections of the gas-gas recuperator already shown in Fig. 1,
Fig. 8 die schematische, perspektivische Ansicht einer einfachen Basisversion des erfindungsgemäßen Wärme tauschers, Figure 8 shows the schematic perspective view of a simple basic version of the heat exchanger according to the invention.,
Fig. 9 einen schematischen, seitlich und vertikal gezogenen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Heiz- Kessel, Fig. 9 is a schematic, laterally and vertically drawn longitudinal section through an inventive heating boiler,
Fig. 10 einen schematischen, vertikal gezogenen Längsschnitt durch einen Abwasser-Durchlaufkühler, Fig. 10 is a schematic, vertical longitudinal section drawn through a sewage flow-through cooler,
Fig. 11 einen schematischen, vertikal gezogenen Längsschnitt durch einen Abwasser-Durchlaufkühler, der via Bypassklappenabzweig und zweiten Abzweig an eine Abwasserfalleitung angeschlossen ist und Fig. 11 is a schematic, vertical longitudinal section through a wastewater flow cooler, which is connected via a bypass flap branch and second branch to a waste water downpipe and
Fig. 12 in Fig. 12a und Fig. 12b einen Abwasserrohrabzweig mit neuartiger, integrierter Bypassklappe. Fig. 12 in Fig. 12a and Fig. 12b a sewage pipe branch with a novel, integrated bypass flap.
Der in Fig. 1 in Anhang 1/9 dargestellte Gas-Gas-Rekuperator besitzt zwei Wärmetauscher untereinheiten B und C, welche die Trennwand 20 gemeinsam haben und durch die Umlenkungskammer 50b miteinander ver bunden sind. The gas-gas recuperator shown in Fig. 1 in Appendix 1/9 has two heat exchangers subunits B and C, which have the partition 20 in common and are connected to one another by the deflection chamber 50 b.
Eine Untereinheit - wir betrachten jetzt B genauer - setzt sich aus dem Fluidströmungsraum 18, dem Fluidströmungs raum 10b, der Distributionskammer 50a, der linken Hälf te der Umlenkungskammer 50b, der linken Hälfte des Gehäu ses 2, der im Fluidströmungsraum 18 innenliegenden Fluid führungswand 21b und den Rohrstutzen 4 und 6 zusammen. Der komplette Fluidströmungsraum 10b von B setzt sich aus dem Innenraum der Rohr- bzw. Schlauchbündel 10a (hier Schlauchbündel) und den Innenräumen von Distributionskammer und der linken Hälfte der Umlenkungskammer zusammen. Beide Fluid-Strömungsräume, 18 und 10b, sind konstruktions mäßig in vertikaler Richtung angeordnet.A subunit - we now consider B in more detail - is composed of the fluid flow chamber 18 , the fluid flow chamber 10 b, the distribution chamber 50 a, the left half of the deflection chamber 50 b, the left half of the housing 2 , the fluid inside the fluid flow chamber 18 guide wall 21 b and the pipe socket 4 and 6 together. The complete fluid flow space 10 b from B is composed of the interior of the tube or hose bundle 10 a (here hose bundle) and the interior of the distribution chamber and the left half of the deflection chamber. Both fluid flow spaces, 18 and 10 b, are structurally arranged in the vertical direction.
Im oberen Bereich der Untereinheit B erfährt der Fluidströ mungsraum 18 eine Umlenkung um 180 Grad. Ebenfalls der Fluid strömungsraum 10b erfährt eine Umlenkung um 180 Grad durch entsprechende Umbiegung der Schlauchbündel 10a.In the upper region of the subunit B, the fluid flow space 18 is deflected by 180 degrees. The fluid flow space 10 b likewise undergoes a deflection by 180 degrees through a corresponding bending of the tube bundle 10 a.
Strömungsmäßig betrachtet strömt das gasförmige Wärmelie ferfluid Y, hier warme oder heiße Luft (Fortluft) durch den Rohrstutzen 6 in die Distributionskammer 50a und gelangt von hier durch die mit Bohrungen versehene, spezifisch per forierte Zwischenwand 40a in die Schlauchbündel 10a des Fluidströmungsraumes 10b.In terms of flow, the gaseous heat fluid ferfluid Y, here warm or hot air (exhaust air) flows through the pipe socket 6 into the distribution chamber 50 a and from here passes through the holes provided with holes, specifically by means of a perforated intermediate wall 40 a, into the tube bundle 10 a of the fluid flow space 10 b.
Im Gegenstrom zu Y strömt das Wärmetransportfluid X, hier kalte Luft (Frischluft), im Fluidströmungsraum 18. Das Fluid Y gibt auf seinem Wege durch die helical gewun denen Schläuche der Schlauchbündel 10a seine Wärme an die Schlauchwände ab, von wo die Wärme auf das gegenströmende Fluid X übergeht. The heat transport fluid X, here cold air (fresh air), flows in counterflow to Y in the fluid flow space 18 . The fluid Y on its way through the helical wound hoses of the tube bundle 10 a gives off its heat to the tube walls, from where the heat is transferred to the counter-flowing fluid X.
Der Weg des Fluides Y führt durch die Schlauchbündel 10a erst aufwärts, dann über die 180-Grad-Schlauch-Umlenkung in die umgekehrte Richtung nach unten in die Umlenkungs kammer 50b, welche sich zwischen den beiden Stirnwänden 21a und 22a dieser Kammer erstreckt, von hier wieder aufstei gend gelangt das Fluid Y in den Fluidströmungsraum 10b der Untereinheit C, welcher ebenfalls aus Schlauchbündeln 10a besteht. Nach erneuter Schlauch-Umlenkung im oberen Bereich von Untereinheit C gelangt das jetzt abgekühlte Fluid Y in die Sammelkammer 50c, von wo das Fluid Y über den Rohr stutzen 7 das Gerät verläßt.The path of the fluid Y leads through the tube bundle 10 a only upward, then over the 180-degree tube deflection in the opposite direction down into the deflection chamber 50 b, which is between the two end walls 21 a and 22 a of this chamber extends, from here again rising fluid Y comes into the fluid flow space 10 b of the sub-unit C, which also consists of tube bundles 10 a. After renewed hose deflection in the upper area of subunit C, the now cooled fluid Y enters the collecting chamber 50 c, from where the fluid Y is connected to the pipe 7 leaving the device.
Das Fluid X, das wie in Fig. 1 dargestellt während seines Weges durch den Rekuperator erwärmt wird, beginnt seinen Weg am Rohrstutzen 3, strömt dann durch den Fluidströmungsraum 19, erfährt im oberen Bereich von Untereinheit C die vom Ge häuse 2, der Fluidführungswand 22b und der Trennwand 20 vorgegebene 180-Grad-Umlenkung, wechselt über die Öffnung 20a in die Untereinheit B hinüber und gelangt im Fluidströmungs raum nach nochmaliger 180-Grad-Umlenkung schließlich zur Austrittsöffnung, dem Rohrstutzen 4.The fluid X, which is heated as shown in FIG. 1 during its path through the recuperator, begins its path at the pipe socket 3 , then flows through the fluid flow space 19 , experiences in the upper region of subunit C the housing 2 from the Ge, the fluid guide wall 22nd b and the partition 20 predetermined 180-degree deflection, changes over the opening 20 a in the subunit B and finally reaches the outlet opening, the pipe socket 4 in the fluid flow space after another 180-degree deflection.
An der Bodenwand 2a, die die Kammern 50a, 50b und 50c nach unten hin begrenzt, und an der Zwischenwand 40a sind Siphone fachgerecht installiert, so daß jeweils aus den Kammern 50a, 50b und 50c und aus den Kompartimenten der Fluidströmungs räume 18 und 19 von oberhalb der Zwischenwand 40a anfallende Kondensate abfließen können. Diese Siphone sind Stand der Technik und sind in Fig. 1 nicht abgebildet. On the bottom wall 2 a, which limits the chambers 50 a, 50 b and 50 c downwards, and on the intermediate wall 40 a, siphons are properly installed, so that each of the chambers 50 a, 50 b and 50 c and from Compartments of the fluid flow spaces 18 and 19 from above the intermediate wall 40 a can drain condensates. These siphons are state of the art and are not shown in FIG. 1.
In Fig. 1 sind drei Schnittebenen markiert, welche in Fig. 7 dargestellt sind.In Fig. 1 three cutting planes are marked, which are shown in Fig. 7.
Fig. 2 in Anhang 2/9 zeigt die schematische Ansicht eines Rohr- bzw. Schlauch bündels 10a, das aus sieben Rohren bzw. Schläuchen besteht, wobei die peripher liegenden, sechs Rohre H (10) bzw. Schläu che H (10) helical gewunden sind. Die Stirnseite dieser schematischen Ansicht zeigt einen Querschnitt dieses Bündels 10a, wobei der zentral liegende Abstandhalterring 30 zu erkennen ist. Innerhalb des Ringes 30 ist im Querschnitt das zentrale Rohr bzw. Schlauch, mit H gekennzeichnet, abgebildet. Fig. 2 in Appendix 2/9 shows the schematic view of a tube or hose bundle 10 a, which consists of seven tubes or hoses, the peripheral six tubes H ( 10 ) or H H che ( 10 ) helical are wound. The front side of this schematic view shows a cross section of this bundle 10 a, the central spacer ring 30 being visible. Inside the ring 30 , the central tube or hose, marked H, is shown in cross section.
Fig. 3 in Anhang 2/9 verdeutlicht noch einmal die Position und Funktion des Ab standhalterringes 30 an bzw. zwischen den Rohren H bzw. Schläuchen H. Fig. 3 in Appendix 2/9 illustrates once again the position and function of the spacer ring 30 on or between the tubes H or hoses H.
Fig. 4 in Anhang 2/9 zeigt eine andere Weise der Abstandhaltung, die bevorzugt bei Kunststoffrohren bzw. -schläuchen Anwendung findet. Die rundumlaufende Ausbuchtung 30a wird durch Stauchung der Rohre H bzw. Schläuche H unter Wärmebehandlung hergestellt. Fig. 4 in Appendix 2/9 shows another way of spacing, which is preferably used for plastic pipes or hoses. The all-round bulge 30 a is produced by upsetting the pipes H or hoses H with heat treatment.
Fig. 5 in Anhang 3/9 zeigt noch einmal den Querschnitt eines Rohr- bzw. Schlauch bündels 10a mit sieben Rohren bzw. Schläuchen, mit den peri pheren H (10) und dem zentralen H und mit dem zentral posi tionierten Abstandhalterring 30. Fig. 5 in Appendix 3/9 shows again the cross section of a tube or hose bundle 10 a with seven tubes or hoses, with the peripheral H ( 10 ) and the central H and with the centrally positioned spacer ring 30th
Fig. 6 in Anhang 3/9 zeigt eine Einzelheit aus Fig. 1, nämlich eine Möglichkeit der Befestigung weicher und flexibler PE-Schläuche H, deren Enden 39 ringförmig ausgezogen sind, welche an der perfo rierten Zwischenwand 40a anliegen und dort dicht durch die Anschraubung der perforierten Gegenplatte 40b in Höhe der gestrichelten Linien aufgedrückt werden. Zusätzlich kann zwischen 39 und 40a mit Kleber gedichtet werden. Fig. 6 in Appendix 3/9 shows a detail from Fig. 1, namely a way of attaching soft and flexible PE hoses H, the ends 39 of which are drawn out in a ring, which rest against the perforated partition 40 a and there tightly through the Screwing the perforated counter plate 40 b at the level of the dashed lines are pressed. In addition, between 39 and 40 a can be sealed with adhesive.
Fig. 7 in Anhang 4/9 zeigt die drei horizontalen Längsschnitte, wie sie in Fig. 1 markiert sind. In Schnitt a und Schnitt b sind die sieben Schläuche H eines Schlauchbündels 10a zu erkennen. Die Zahl von fünf Schlauchbündeln 10a, die einen Teil des Fluidströ mungsraum 10b bilden, ist nur beispielhaft. Sicherlich ist für die optimale Raumausnutzung des Fluidströmungsraumes 18/19 eine Anzahl von sechs oder sieben Schlauchbündeln 10a für den Fluidströmungsraum 10b besser. Fig. 7 in Appendix 4/9 shows the three horizontal longitudinal sections as marked in Fig. 1. The seven hoses H of a hose bundle 10 a can be seen in section a and section b. The number of five tube bundles 10 a, which form part of the fluid flow space 10 b, is only exemplary. A number of six or seven tube bundles 10 a for the fluid flow space 10 b is certainly better for the optimal use of space in the fluid flow space 18/19 .
Fig. 8 in Anhang 5/9 zeigt die einfache Ausführung 1 des erfindungsgemäßen Wärme tauschers mit den Markierungen der Strömungsrichtungen der Fluide X und Y. Der hier dargestellte, umlenkungsfreie Wärme tauscher weist ein Rohr- bzw. Schlauchbündel 10a auf, welches von den sechs peripheren, helixartig gewundenen Rohren H (10) bzw. Schläuchen H (10) und dem zentralen Rohr H bzw. Schlauch H gebildet ward. Die Rohre bzw. Schläuche werden durch Ringe wie 30 auf Abstand gehalten. Fig. 8 in Appendix 5/9 shows the simple design 1 of the heat exchanger according to the invention with the markings of the flow directions of the fluids X and Y. The deflection-free heat exchanger shown here has a tube or hose bundle 10 a, which of the six peripheral, helically wound tubes H ( 10 ) or tubes H ( 10 ) and the central tube H or tube H was formed. The pipes or hoses are kept at a distance by rings such as 30 .
Bei diesem einfachen, erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist der rohr- bzw. schlauchförmige Fluidführungsraum, bisher mit 10b bezeichnet, identisch mit dem inneren Strömungsraum des Rohr- bzw. Schlauchbündels 10a.In this simple heat exchanger according to the invention, the tubular or tubular fluid guide space, previously designated 10 b, is identical to the inner flow space of the tube or tube bundle 10 a.
Innerhalb der Seitenwände von Gehäuse 2 und um die Rohre bzw. Schläuche H des Bündels 10a herum erstreckt sich der gegen läufige Fluidströmungsraum 18, welcher an den beiden Stirn seiten durch die Zwischenwände 40a in Längsrichtung begrenzt wird. Die Zwischenwände 40a sind nicht für das Fluid X wohl aber für das Fluid Y durchlässig und zwar aufgrund der Bohrungen dort, wo die Rohre bzw. Schläuche H befestigt sind. Auch dieser einfache, erfindungsgemäße Wärmetauscher ver fügt über eine Fluid-Distributionskammer 50a und eine Fluid- Sammelkammer 50c für den Fluidströmungsraum von Y, welcher sich über den Rohrstutzen 6, die Distributionskammer 50a, das Bündel 10a, die Sammelkammer 50c und den Rohrstutzen 7 erstreckt. Der Fluidströmungsraum 18 für das Fluid X verfügt auch über Anschlußrohrstutzen, nämlich einen Rücklauf-Rohr stutzen 3 und einen Vorlauf-Rohrstutzen 4.Within the side walls of the housing 2 and around the tubes or hoses H of the bundle 10 a extends around the fluid flow chamber 18 running against it, which is delimited on the two end faces by the intermediate walls 40 a in the longitudinal direction. The partitions 40 a are not permeable to the fluid X but are permeable to the fluid Y because of the bores where the pipes or hoses H are attached. This simple heat exchanger according to the invention also has a fluid distribution chamber 50 a and a fluid collection chamber 50 c for the fluid flow space of Y, which is located over the pipe socket 6 , the distribution chamber 50 a, the bundle 10 a, the collection chamber 50 c and the pipe socket 7 extends. The fluid flow chamber 18 for the fluid X also has connection pipe stubs, namely a return pipe stub 3 and a flow pipe stub 4 .
Der mit A markierte Bereich, der sich über den Rohrstutzen 6 und die Distributionskammer 50a erstreckt, kann durch eine wassergekühlte Brennkammer ersetzt werden, welche in einem beliebigen Winkel bevorzugt aber im 90 Grad Winkel angesetzt wird. In einem solchen Falle kommt der erfindungsgemäße Wärme tauscher in der Heizkesselkonstruktion in der Vertikale mit obenliegender Brennkammer zu stehn. Eine spezifische Brenn kammer ist mit Matrix- oder Gebläsebrenner ausrüstbar. The area marked with A, which extends over the pipe socket 6 and the distribution chamber 50 a, can be replaced by a water-cooled combustion chamber, which is preferably applied at any angle but at a 90 degree angle. In such a case, the heat exchanger according to the invention comes to a standstill in the vertical construction with the combustion chamber located above. A specific combustion chamber can be equipped with a matrix or forced air burner.
Auch kann der Bereich A durch eine untenliegende, wasser gekühlte Brennkammer ersetzt werden, wobei sich dann der Betrieb eines dynamisch gefahrenen, atmosphärischen Brenners empfiehlt.Area A can also be separated by an underlying water cooled combustion chamber to be replaced, the then Operation of a dynamically driven, atmospheric burner recommends.
Kommt so ein einfacher, erfindungsgemäßer Wärmetauscher wie in Fig. 8 dargestellt als Gas-Gas-Rekuperator zur Anwen dung, dann ist ist in diesem auch der Einsatz einer superhe licalen Wicklung von z. B. flexiblen PE-Schläuchen möglich. Um sich einen solchen Wärmetauscher mit superhelical gewun denen Schläuchen bildhaft vorzustellen, wird anstelle des mit H (10) markierten, helical gewundenen Schlauches ein aus mindestens zwei Schläuchen bestehendes Schlauchbündel 10a gedacht, wobei dann die Gruppe 10b der Schlauchbündel 10a superhelical gewunden ist, und so eine Superhelix-Schlauchstruktur 10c entsteht.If such a simple heat exchanger according to the invention as shown in FIG. 8 is used as a gas-gas recuperator, then the use of a superhe lical winding of z. B. flexible PE hoses possible. To gewun which introduce such a heat exchanger with superhelical hoses pictorially, is thought instead of the labeled with H (10), helically wound tube, a consisting of at least two hoses tube bundle 10 a, and then the group 10 b of the tube bundle 10 a superhelical wound , and so a superhelix tube structure 10 c is formed.
Fig. 9 in Anhang 6/9 zeigt schematisch die konstrukturelle Anordnung der Kessel komponenten in einem Heizkessel, der den erfindungsgemäßen Wärmetauscher aufweist. Das Symbol für das Rohrbündel 10a deutet darauf hin, daß in diesem Heizkessel der Wärmetau scher mit einem erfindungsgemäßen Rohrbündel 10a oder mit einer Gruppe 10b von Rohrbündeln 10a ausgerüstet sein kann. Zu Fig. 9 seien kurz die neu auftretenden Bezeichnungen genannt: der dargestellte Heizkessel mit dem erfindungsge mäßen Wärmetauscher verfügt über die Brennkammer 8, den wasserführenden Brennkammermantelraum 9, die Brennkammer öffnung 8a, die Konsolen 11 und das Siphon 12. Fig. 9 in Appendix 6/9 shows schematically the structural arrangement of the boiler components in a boiler that has the heat exchanger according to the invention. The symbol for the tube bundle 10 a indicates that in this boiler the heat exchanger can be equipped with a tube bundle 10 a according to the invention or with a group 10 b of tube bundles 10 a. . 9 to be short, the designations emerging mentioned are: the boiler shown with the erfindungsge MAESSEN heat exchanger has the combustion chamber 8, the water-bearing combustion chamber jacket space 9, the combustion chamber opening 8 a, the brackets 11 and the siphon 12th
Fig. 10 in Anhang 7/9 zeigt einen erfindungsgemäßen, umlenkungsfreien, unter Gegen strom arbeitenden Wärmetauscher, welcher in die Abwasserlei tung 13 eines Hauses integriert ist. Fig. 10 in Appendix 7/9 shows a deflection-free, countercurrent heat exchanger according to the invention, which is integrated in the sewage device 13 of a house.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher erfüllt hier die Funktion eines Wärmerückgewinnungsgerätes und zwar in der Anwendung als "Abwasser-Durchlaufkühler".The heat exchanger according to the invention fulfills the function here a heat recovery device in use as a "wastewater continuous cooler".
Fig. 11 in Anhang 8/9 zeigt den erfindungsgemäßen Wärmetauscher in der gleichen Funktion wie in Fig. 7 dargestellt. Jedoch ist das erfin dungsgemäße Gerät diesmal in eine Abwasserfalleitung 13 inte griert, welche auch zeitweise grobe Partikel transportiert. Deshalb ist der Rohrabzweig 13a mit einer einfachen, kreis flächenförmigen Bypassklappe 15 ausgerüstet, welche elektro mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch über die Stange 15a bewegt wird. Fig. 11 in Appendix 8/9 shows the heat exchanger according to the invention in the same function as shown in Fig. 7. However, this time the device according to the invention is integrated into a waste water line 13 , which also transports coarse particles at times. Therefore, the pipe branch 13 a is equipped with a simple, circular sheet-like bypass flap 15 , which is moved electromechanically, hydraulically or pneumatically via the rod 15 a.
Seitlich ist die gezeigte Konstruktion des erfindungsgemäßen Gerätes mit einer durch Schnurdichtung 16 abgedichteten Reinigungsklappe 17 ausgerüstet.Laterally, the construction of the device according to the invention shown is equipped with a cleaning flap 17 sealed by cord seal 16 .
Fig. 12a und Fig. 12b in Anhang 9/9 zeigen eine ein-klappige Schiebervorrichtung, welche auch zu öffnen ist, wenn eine Signalfehlfunktion bei Auslösung der Toilettenspülung zu einer Verstopfung des Seitenabzweiges 23a bzw. des Rohrstutzens 3 und/oder des Fallrohres 13 oberhalb der Schieberklappe 25 geführt haben sollte. Fig. 12a and Fig. 12b in Appendix 9/9 show a one-klappige slide device which is also open if a signal failure on tripping of toilet flushing to a blockage of the side feeder 23 a or the pipe socket 3 and / or the drop tube 13 should have led above the slide valve 25 .
Es empfiehlt sich, zwischen einer solchen wie in den Fig. 12 oder in Fig. 11 dargestellten Bypassklappen-Vorrichtung und dem Rohrstutzen 3 des erfindungsgemäßen Wärmetauschers am Seitenabzweigrohr 23a ein Siebfilter zu installieren. Bevorzugterweise läßt sich das Sieb automatisch reinigen, d. h. ohne Öffnung einer Reinigungsklappe, wobei das bei der Druckspülung des Siebes anfallende Wasser über einen muffenschieberkontrollierten Abzweig am Seitenabzweigrohr 23a zur Bypass-Sektion 13b der Abwasserfalleitung 13 abfließen kann.It is advisable to install a screen filter between such a bypass flap device as shown in FIG. 12 or in FIG. 11 and the pipe socket 3 of the heat exchanger according to the invention on the side branch pipe 23 a. Preferably, the sieve can be cleaned automatically, ie without opening a cleaning flap, the water occurring during the pressure flushing of the sieve being able to flow off via a sleeve slide-controlled branch on the side branch pipe 23 a to the bypass section 13 b of the waste water drop line 13 .
Die Klappe 25 ist ovalflächenförmig, so daß trotz schräger Positionierung der Klappe 25 in Fig. 12a das Seitenrohr 23a und in Fig. 12b das Fallrohr 13 weichenmäßig gut verschlossen ist. Die Erklärungen der anderen Bezugszeichen und weitere Erläuterungen sind bitte der Bezugszeichenliste zu entnehmen.The flap 25 is oval in shape, so that despite the oblique positioning of the flap 25 in Fig. 12a, the side tube 23 a and in Fig. 12b the downpipe 13 is softly closed. The explanations of the other reference symbols and further explanations can be found in the list of reference symbols.
BezugszeichenlisteReference list
A Sammelkammer mit Rohrstutzen
B linke Untereinheit von Rekuperator in Fig. 1
C rechte Untereinheit von Rekuperator in Fig. 1
H Rohr bzw. Schlauch
X Fluid (hier: Wärmetransportfluid)
Y Fluid (hier: Wärmelieferfluid)
1 erfindungsgemäßer Wärmetauscher, umlenkungsfrei,
wie in Fig. 8 dargestellt
2 Gehäuse
2a Bodenwand
3 Rohrstutzen (hier: Rücklauf)
4 Rohrstutzen (hier: Vorlauf)
6 Rohrstutzen
7 Rohrstutzen
8 Brennkammer
8a Brennkammeröffnung
9 wasserführender Brennkammermantel
10 helixartig gewundenes Rohr bzw. Schlauch
10a Rohr- bzw. Schlauchbündel
10b mittlerer Teil des Fluidströmungsraumes von Y,
in Fig. 1: Gruppe von Rohr- bzw. Schlauchbündeln 10a
10c superhelixartige Wicklung einer Gruppe 10b von Rohr- bzw.
Schlauchbündeln 10a
11 Konsole
12 Siphon
13 Abwasserrohr
13a Rohrabzweig
13b Bypass-Sektion des Abwasserrohres
15 Bypassklappe, kreisflächenförmig
15a Stange
15b elektromechanisches, hydraulisches oder
pneumatisches Aggregat
16 Schnurdichtung
17 Reinigungsklappe
18 Fluidströmungsraum für Fluid X
19 Fluidströmungsraum für Fluid X
20 Trennwand
20a Öffnung im unteren Bereich der Trennwand 20
21a Stirnwand der Umlenkungskammer 50b
22a Stirnwand der Umlenkungskammer 50b
21b Fluidführungswand
22b Fluidführungswand
23a Seitenabzweigrohr
23b Seitenabzweigrohr
24 Manschettendichtung
25 ovalflächige Schiebeklappe
25a halbgeschlossene Klappe 25
26 innen im Rohr Abzweig zu beiden Seiten gegenüberlie
gende Nut, dient als Führungsnut des Zapfens 28
27 Ösenaufhängung
28 seitlich zu beiden Seiten von der ovalen Klappe 25
abstehender Zapfen
29 untere Begrenzung der Nut, dient als Gleitschiene
des Zapfens 28
30 Abstandhalter-Ring
30a rundumlaufende Ausbuchtung
39 ringförmig ausgezogene Enden der Schläuche H
40a mit spezifischen Bohrungen versehene Zwischenwand
40b mit spezifischen Bohrungen versehene Gegenplatte
50a Distributionskammer
50b Umlenkungskammer
50c SammelkammerA collecting chamber with pipe socket
B left subunit of recuperator in FIG. 1
C right subunit of recuperator in Fig. 1st
H pipe or hose
X Fluid (here: heat transfer fluid)
Y fluid (here: heat supply fluid)
1 heat exchanger according to the invention, without deflection, as shown in FIG. 8
2 housings
2 a bottom wall
3 pipe sockets (here: return)
4 pipe sockets (here: flow)
6 pipe sockets
7 pipe sockets
8 combustion chamber
8 a combustion chamber opening
9 water-bearing combustion chamber jacket
10 helically wound tube or hose
10 a tube or hose bundle
10 b middle part of the fluid flow space of Y, in Fig. 1: group of tube or hose bundles 10 a
10 c superhelical winding of a group 10 b of tube or hose bundles 10 a
11 console
12 siphon
13 sewage pipe
13 a pipe branch
13 b Bypass section of the sewage pipe
15 bypass flap, circular
15 a bar
15 b electromechanical, hydraulic or pneumatic unit
16 cord seal
17 cleaning flap
18 Fluid flow space for Fluid X
19 Fluid flow space for Fluid X
20 partition
20 a opening in the lower region of the partition 20
21 a end wall of the deflection chamber 50 b
22 a end wall of the deflection chamber 50 b
21 b fluid guide wall
22 b fluid guide wall
23 a side branch pipe
23 b side branch pipe
24 sleeve seal
25 oval-shaped sliding flap
25 a semi-closed flap 25
26 inside the pipe branch on both sides opposite lying groove, serves as the guide groove of the pin 28th
27 eyelet suspension
28 pins projecting laterally on both sides from the oval flap 25
29 lower limit of the groove, serves as a slide rail of the pin 28
30 spacer ring
30 a all-round bulge
39 annularly extended ends of the hoses H
40 a partition with special holes
40 b counterplate with specific holes
50 a distribution chamber
50 b deflection chamber
50 c collection chamber
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