DE19537210A1

DE19537210A1 - Efficient heat exchange element

Info

Publication number: DE19537210A1
Application number: DE1995137210
Authority: DE
Inventors: Robert Kremer
Original assignee: FROELING KESSEL APP
Current assignee: FROELING KESSEL APP
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: DE19537210C2

Abstract

The tubular heat exchange element has cross-sections varying along its length. There are at least two jacket lines or jacket line zones (2,5) or (3,4) running along the element (1) longitudinally in the form of sine curves, undulations or zigzag. There may be four such lines or zones, each in one plane. There may be pairs of beads (6,6a,7,7a) spaced out from each other along the element, with successive pairs running at right angles to each other. There may be an internal rectangular or square free through cross-section.

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Wärmetauscherelement mit über seine Länge veränderlichem Querschnitt.The invention relates to a tubular heat exchanger element with a variable cross-section over its length.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern, beispielsweise für Heizkessel, muß darauf geachtet werden, daß die Wärmetauscher elemente genügend hohe Wärmeübertragungswerte aufweisen, damit bei vertretbarem baulichem Aufwand ein möglichst hoher Tempe raturausgleich zwischen den Wärmeübertragungsmedien im Inneren und außerhalb der Wärmetauscher erfolgen kann.In the manufacture of heat exchangers, for example for Boiler, care must be taken that the heat exchanger elements have sufficiently high heat transfer values, so the highest possible temp with reasonable constructional effort temperature compensation between the heat transfer media inside and can take place outside the heat exchanger.

Aus diesem Grunde sollte die Wärmeübertragungsfläche der Wär metauscherelemente möglichst hoch sein, außerdem sollten Maß nahmen getroffen werden, die zu einer Wirbelbildung bzw. Tur bulenz des Wärmetauschermediums führen, das das Wärmetauscher element durchströmt, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß der innere Strömungsquerschnitt genügend groß bleibt. Es sind daher Wärmetauscherrohre vorgeschlagen worden, die innen mit Turbulatoren aus gewellten Blechstreifen, Drahtspiralen oder ähnlichem bestückt sind.For this reason, the heat transfer surface of the heat Exchanger elements should be as high as possible, and dimensions should also be used were taken that lead to a vortex formation or door bulence of the heat exchange medium that cause the heat exchanger element flows through, although care must be taken that the internal flow cross section remains sufficiently large. It therefore heat exchanger tubes have been proposed, the inside with turbulators made of corrugated metal strips, wire spirals or the like are equipped.

Insbesondere bei abgasdurchströmten Wärmetauscherrohren von Brennwertkesseln sind solche Einbauten aus korrosionstech nischen Gründen und aus Kostengründen jedoch nicht erwünscht.Especially with heat exchanger tubes through which exhaust gas flows Condensing boilers are such internals made of corrosion-resistant African reasons and not desirable for cost reasons.

Man hat daher bei derartigen Wärmetauscherrohren versucht, die Steigerung der Wärmeübergangszahlen durch Deformation der Rohre herbeizuführen. Derartige Rohre sind beispielsweise Wellrohre oder kreuzgesickte Rohre mit veränderlichem Quer schnitt.It has therefore been attempted with such heat exchanger tubes that Increase in the heat transfer numbers through deformation of the Bring pipes. Such pipes are for example Corrugated pipes or cross-corrugated pipes with variable cross cut.

Der Nachteil derartiger deformierter Rohre besteht jedoch darin, daß sie beispielsweise für horizontale Kesselzüge nicht verwendet werden können, da aufgrund der Querschnittsverände rungen das Kondensat nicht oder nur unzureichend abfließen kann, so daß verstärkt Korrosionsprobleme auftreten.The disadvantage of such deformed pipes is, however in that they are not, for example, for horizontal tank trains can be used because of the cross-sectional changes The condensate does not drain away or only insufficiently can, so that corrosion problems occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes rohrförmiges Wärmetauscherelement mit hohen Wärmeübergangs werten zu schaffen, das auch für horizontale Kesselzüge ver wendet werden kann.The invention has for its object a generic tubular heat exchanger element with high heat transfer to create values that also apply to horizontal tank trains can be applied.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß minde stens zwei in Längsrichtung des Elementes sinus-, wellen- oder zickzackförmig je in einer Ebene verlaufende Mantellinien oder Mantellinienbereiche vorhanden sind.This object is achieved in that mind at least two in the longitudinal direction of the element sine, wave or zigzag shaped surface lines or Surface line areas are available.

Durch die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung des Wärmetauscherrohres wird zum einen die Wärmeübergangsfläche gegenüber einem kreisrunden oder rechteckigen Rohr erheblich vergrößert, zum andern kann das bei Taupunktunterschreitungen im Inneren sich bildende Kondensat aufgrund der je in einer Ebene verlaufenden Mantellinien problemlos aus dem Inneren des Wärmetauschers in horizontaler Lage bzw. bei sehr geringen Neigungen ablaufen.Due to the geometric configuration of the On the one hand, the heat exchanger tube becomes the heat transfer surface compared to a circular or rectangular tube enlarged, on the other hand, this can occur if the temperature falls below the dew point condensate forming inside due to the ever in one Smooth surface lines from the inside of the Heat exchanger in a horizontal position or at very low Inclinations run off.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmetauscherelemen tes sind vier in Längsrichtung verlaufende Mantellinien vor handen, so daß dementsprechend vier verschiedene Einbaumög lichkeiten vorhanden sind, wobei jeweils an der tiefsten Stel le eine der Mantellinien angeordnet ist.In a preferred embodiment of the heat exchanger element There are four longitudinal surface lines act, so that accordingly four different installation possibilities options are available, with the lowest position le one of the surface lines is arranged.

Zur Erzeugung der in einer Ebene verlaufenden Mantellinie wird weiterhin erfindungsgemäß vorgeschlagen, parallele, gegen überliegende Sickenpaare in das Wärmetauscherelement einzuprä gen, wobei jeweils aufeinanderfolgende Sickenpaare rechtwink lig zueinander verlaufen.To generate the generatrix running in one plane further proposed according to the invention, parallel, against overlying pairs of beads in the heat exchanger element gene, with successive pairs of beads at right angles to each other.

Die Abstände der Sickenpaare können dabei unterschiedlich sein, so daß das Wärmetauscherelement an die sich ändernden Temperatur- und Volumenbedingungen in es durchströmendem Abgas angepaßt werden kann.The distances between the pairs of beads can vary be so that the heat exchanger element to the changing Temperature and volume conditions in exhaust gas flowing through it can be adjusted.

Das erfindungsgemäße Wärmetauscherelement weist vorzugsweise einen rechteckig bzw. quadratischen inneren freien Strömungs querschnitt auf, der durch die Abstände der parallel gegen überliegenden Sicken eingestellt werden kann.The heat exchanger element according to the invention preferably has a rectangular or square inner free flow cross section on by the distances of the parallel against overlying beads can be adjusted.

Dadurch besteht für die durch das Rohr strömenden Abgase ein genügend großer freier Querschnitt, andererseits ist die Strö mung gezwungen, ihre Richtung bei jeder Sicke zu ändern, so daß Wirbel bzw. Turbulenzen führen, die zu einem sehr raschen Temperaturausgleich innerhalb des strömenden Abgases führen und somit eine sehr hohe Wärmeübertragung ermöglicht wird.As a result, there is an exhaust gas flowing through the pipe sufficiently large free cross-section, on the other hand, the Strö forced to change direction with each bead, so that eddies or turbulence lead to a very rapid Conduct temperature compensation within the flowing exhaust gas and thus a very high heat transfer is made possible.

Durch den verbleibenden inneren freien Querschnitt ist es darüber hinaus sehr leicht möglich, ein Reinigungsgerät wie etwa einen Hochdruckreiniger mit Düse durch das Wärmetauscher element zu führen und dieses auf diese Weise innen zu säubern.Because of the remaining inner free cross section, it is moreover, very easily possible a cleaning device like such as a high-pressure cleaner with a nozzle through the heat exchanger element and to clean the inside in this way.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre bestehen vorzugsweise aus Edelstahl, es sind jedoch auch andere Materialien wie Kupfer oder andere Metalle oder Legierungen mit genügend großer Wärmeleitfähigkeit möglich.The heat exchanger tubes according to the invention are preferably made made of stainless steel, but there are also other materials such as Copper or other metals or alloys of sufficient size Thermal conductivity possible.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre werden auf einer Sickenpresse hergestellt. Dabei dient als Ausgangsrohr ein Rohr mit etwa rechteckigem Querschnitt. An den gegenüberlie genden Rechteckseiten werden nun die parallelen Sicken einge prägt, wobei aufeinanderfolgende Sickenpaare rechtwinklig zueinander verlaufen. Auf diese Weise wird ein Rohr herge stellt, dessen Querschnitt sich von einem etwa parallelogram artigen zu einem etwa ovalen Querschnitt bzw. umgekehrt än dert.The heat exchanger tubes according to the invention are on a Bead press manufactured. It serves as an output pipe Pipe with an approximately rectangular cross-section. At the opposite the parallel beads are now inserted embossed, with successive pairs of beads rectangular to each other. In this way, a pipe is produced represents, whose cross-section differs from an approximately parallelogram like an oval cross-section or vice versa different.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre kön nen auch kreisrunde Rohre verwendet werden, die jedoch vor der Einprägung der Sicken mit Hilfe einer Presse auf etwa recht eckigen Querschnitt gebracht werden sollten.To produce the heat exchanger tubes according to the invention circular tubes are also used, but before the Embossing the beads with the help of a press on about right square cross section should be brought.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau licht und wird im nachfolgenden anhand der Zeichnung im ein zelnen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing, for example light and is based on the drawing in the following individual explained. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs gemäßen Wärmetauscherrohres, Fig. 1 is a perspective view of a heat exchanger tube according to the Invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Rohrquerschnittes an drei aufeinanderfolgenden Rohrbereichen A, B und C, Fig. 2 is a schematic view of the tube cross section of three successive tube portions A, B and C,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das Rohr, Fig. 3 is a schematic plan view of the tube,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf das Rohr gemäß Fig. 3 in um 90° verdrehter Stellung und Fig. 4 is a schematic plan view of the tube of FIG. 3 in a position rotated by 90 ° and

Fig. 5 eine Ansicht möglicher Rohrquerschnitte. Fig. 5 is a view of possible pipe cross sections.

Bei dem Versuch einer perspektivischen Darstellung des Wärme tauscherrohres 1 liegt eine der vier erwähnten Mantellinien innerhalb des zickzackförmig verlaufenden nicht schraffierten Bereichs 2. Die Mantellinie muß dabei im strengen geometri schen Sinne nicht als Linie aufgefaßt werden, vielmehr kann ein vergleichsweise schmaler Wandungsbereich gebildet sein, der in einer Ebene verläuft.When attempting a perspective view of the heat exchanger tube 1 , one of the four surface lines mentioned lies within the zigzag-shaped, non-hatched area 2 . The surface line does not have to be understood as a line in the strict geometric sense, rather a comparatively narrow wall area can be formed, which runs in one plane.

Weitere Mantellinien werden durch die rechte Begrenzungslinie 3 und die linke Begrenzungslinie 4 gebildet.Further surface lines are formed by the right boundary line 3 and the left boundary line 4 .

Die vierte, nicht sichtbare Mantellinie 5 liegt dem nicht schraffierten Bereich 2 gegenüber. The fourth, invisible surface line 5 lies opposite the non-hatched area 2 .

In Fig. 1 sind ebenfalls die senkrecht im Abstand zueinander verlaufenden parallelen Sicken zu erkennen. Dabei laufen die auf der linken Seite angeordneten Sicken 6 schräg von unten nach oben zum nicht schraffierten Bereich 2. Ihnen gegenüber verlaufen parallel auf der nicht sichtbaren Unterseite die die entsprechenden Sickenpaare bildenden zweiten Gegensicken 6a.In Fig. 1 can also be seen the mutually perpendicular spacing parallel beads. The beads 6 arranged on the left side run obliquely from bottom to top to the area 2 not hatched. Opposite them, the second counter beads 6 a, which form the corresponding pairs of beads, run parallel on the underside, which is not visible.

Die auf der rechten Seite verlaufenden rechten Sicken 7 weisen entsprechende Gegensicken 7a auf der nicht sichtbaren Unter seite auf, so daß insgesamt jeweils Sickenpaare 6, 6a - 7, 7a im Abstand zueinander gebildet werden, die rechtwinklig zuein ander angeordnet sind.The right beads 7 extending on the right side have corresponding counter beads 7 a on the invisible underside, so that a total of each pair of beads 6 , 6 a - 7 , 7 a are formed at a distance from each other, which are arranged at right angles to each other.

Der sich durch die beschriebene Formgebung bildende jeweilige Querschnitt an den Stellen A, B und C ist zur Verdeutlichung in Fig. 2 dargestellt.The respective cross section formed at the points A, B and C by the shape described is shown in FIG. 2 for clarification.

In Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf das Wärmetau scherrohr 1 zu sehen, bei der wiederum ein breiterer Mantelli nienbereich 2 sowie die senkrecht zueinander stehenden linken Sicken 6 und rechten Sicken 7 zu erkennen sind. Bei der Dar stellung gemäß Fig. 4 ist das Wärmetauscherrohr 1 aus Fig. 3 um 90° verdreht. Der hier geschlängelt verlaufende Mantelsik kenbereich entspricht der rechten Begrenzungslinie 3 bzw. der linken Begrenzungslinie 4 gemäß Fig. 1.In Fig. 3 is a schematic plan view of the Wärmetau shear tube 1 can be seen, in which again a wider Mantelli nienbereich 2 and the mutually perpendicular left beads 6 and right beads 7 can be seen. In the Dar of FIG position. 4, the heat exchanger tube 1 of FIG. 3 is rotated by 90 °. The coiled mantelsik kenbereich corresponds to the right boundary line 3 and the left boundary line 4 of FIG. 1st

Die sich ändernden Querschnitte des Wärmetauscherrohres 1 sind in Fig. 5 gezeigt. Dabei wird erkennbar, daß im Rohrinneren ein etwa quadratischer Querschnitt 7 erhalten bleibt, dessen Größe sich nach der Einprägtiefe der Sickenpaare richtet.The changing cross sections of the heat exchanger tube 1 are shown in FIG. 5. It can be seen that an approximately square cross-section 7 is retained in the tube interior, the size of which depends on the embossing depth of the pairs of beads.

BezugszeichenlisteReference list

1 Wärmetauscherrohr
2 nicht schraffierter Bereich, erste Mantellinie
3 rechte Begrenzungslinie, zweite Mantellinie
4 linke Begrenzungslinie, dritte Mantellinie
5 vierte Mantellinie
6 linke Sicken
6a parallele Gegensicken
7 rechte Sicken
7a parallele Gegensicken
8 quadratischer Querschnitt 1 heat exchanger tube
2 non-hatched area, first surface line
3 right boundary line, second surface line
4 left boundary line, third surface line
5 fourth surface line
6 left beads
6 a parallel counter beads
7 right beads
7 a parallel counter beads
8 square cross section

Claims

1. A tubular heat exchanger element with a cross-section that is variable over its length, characterized in that at least two sinusoidal, wave-shaped or zigzag-shaped surface lines ( 2 , 5 or 3 , 4 ) or surface line areas extending in one plane in the longitudinal direction of the element ( 1 ) available.

2. Heat exchanger element according to claim 1, characterized in that four in the longitudinal direction of the element ( 1 ) sinusoidal, wave-shaped or zigzag each extending in one plane surface lines ( 2 , 3 , 4 , 5 ) or surface line areas are available.

3. Heat exchanger element according to claim 1 or 2, characterized in that in the longitudinal direction of the element ( 1 ) arranged at a distance, by two par alleles, opposite beads ( 6 , 6 a and 7 , 7 a) gebil Dete pairs of beads are provided, of which pairs of beads run at right angles to each other.

4. Heat exchanger element according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has an inner, continuous, rectangular or square free cross section ( 8 ).

5. Heat exchanger element according to one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of a corrosion-resistant metal, especially stainless steel, consists.

6. A method for producing a tubular Wärmetau shear element according to one of claims 1 to 5, characterized in that pairs of beads ( 6 , 6 a and 7 , 7 a) are embossed into a tube with an approximately rectangular cross section, each consisting of parallel, opposing beads are formed, with beads pairs running at right angles to each other.

7. Process for producing a tubular heat rope shear element according to claim 6, characterized ge indicates that the pipe is almost right square cross-section by pressing a circular tube will be produced.