Die Erfindung betrifft einen Wärmertauscher zur Übertragung von Wärme auf ein Fluid in einem Nutzwärmeleitungssytsem und zum Einbau in ein Heißgasableitungsrohrsystem.

Wärmetauscher werden zunehmend häufiger zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen von Industrieanlagen, insbesondere aus Rauchgas-Feuerstätten verwendet.

Ein Beispiel für die Nutzung von Wärmetauschern ist die Wärmerückgewinnuung aus Abwärme, die beim Backprozess in einem Bäckereibetrieb anfällt. Es ist bekannt, Wärmetauscher in Abgasanlagen von Backöfen mit Brennerheizung zu integrieren, um Wärme aus dem Rauchgas auf ein Fluid zu übertragen, welches den Wärmetauscher in einem Nutzwärmeleitungssystem durchströmt. Auch ist es bereits bekannt, einen Wärmetauscher in einem Backschwaden-Ableitungssystem eines Backofens zu integrieren, um Wärme aus den Backschwaden zurückzugewinnen.

Das zu erwärmende Fluid im Nutzwärmeleitungssystem ist üblicherweise Wasser. Dies kann Brauchwasser, etwa für die Teigbereitung oder für das Waschen von Backformen, Backblechen usw. in handwerklichen oder industriellen Bäckereibetrieben sein. Das im Nutzwärmeleitungssystem beförderte Wasser kann ferner als Wärmeträgermedium für die Gebäudeheizung dienen.

Üblicherweise sind solche Wärmertauschersysteme nur in relativ modernen Heißgasableitungsanlagen integriert und bereits ursprünglich bei deren Projektierung mit berücksichtigt worden.

Das Nachrüsten bereits installierter Rauchgas- bzw. Schwadenableitungsrohrsysteme mit Wärmetauschern war bisher ein handwerklich aufwendiger Montageprozess.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher einfach und preiswert zu fertigen und auf einfache Weise in einem vorhandenen Heißgasableitungsrohrsystem zu integrieren ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher ein Rohrkörpergehäuse aufweist, welches einen Anschlussrohrleitungsabschnitt mit Anschlussenden zur Verbindung mit dem Heißgasableitungsrohrsystem und einen zwischen den Anschlussenden des Anschlussrohrleitungsabschnittes davon abzweigenden und wieder darin einmündenden Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt hat, wobei in einem der beiden Rohrleitungsabschnitte ein dessen Durchlasswiderstand für das Heißgas bestimmendes, steuerbares Sperrelement vorgesehen ist, wohingegen in dem anderen Rohrleitungsabschnitt ein Wärmeübertragungselement angeordnet ist, welches thermisch mit einer Fluidleitung des Nutzwärmeleitungssystems gekoppelt oder koppelbar ist.

Der Wärmetauscher mit den vorstehend genannten Merkmalen kann auf einfache Weise als zusammenhängend montierbare Baueinheit realisiert werden, welche bereits vorbereitete Anschlussenden zur Verbindung mit dem Heißgasableitungssystem aufweist. Im Fall der Nachrüstung eines Heißgasbaleitungsrohrsystems mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaueinheit ist somit lediglich an geeigneter Stelle ein Rohrstück aus dem Heißgasableitungsrohrsystem zu entfernen und durch die Wärmetauscherbaueinheit zu ersetzen, wobei dann ggf. noch das Nutzwärmeleitungssystem mit dem Wärmeübertragungselement zu koppeln ist. Die montagetechnische Integration des Wärmetauschers in das Heißgasableitungsrohrsystem gestaltet sich vergleichsweise einfach, da das Heraustrennen eines Rohrstücks entsprechender Länge aus dem Heißgasableitungsrohrsystem üblicherweise völlig problemlos erfolgt und dann lediglich an den Trennstellen des Heißgasableitungsrohrsystems eine Verbindung mit den vorbereiteten Anschlussenden der Rohrkörpergehäuse des Wärmetauschers herzustellen ist.

Vorzugsweise ist das Sperrelement eine in dem Anschlussrohrleitungsabschnitt vorgesehene Sperrklappe, die gesteuert zwischen einer Stellung des Verschlusses und einer Stellung maximaler Freigabe des Durchlassquerschnittes des Anschlussrohrleitungsabschnitts um eine zur Rohrleitung orthogonale Achse schwenkbar ist. Das Wärmeübertragungselement befindet sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in dem Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt.

Es ist daher eine Betriebsweise möglich, bei der die Absperrklappe den Durchlassquerschnitt des Anschlussrohrleitungsabschnitts im Wesentlichen völlig freigibt, so dass die Wärmetauscher-Baueinheit insgesamt einen minimalen Strömungs-widerstand für das Heißgas bildet und das Heißgas daher zu einem großen Teil durch den Anschlussrohrleitungsabschnitt abströmen kann. Bei dieser Betriebsweise findet keine oder allenfalls minimale Wärmerückgewinnung statt. Diese Betriebsweise kann gewählt werden, wenn aktuell kein Nutzwärmebedarf vorliegt oder wenn ein Betrieb mit minimalem Strömungswiderstand des Heißgasableitungsrohrsystems erforderlich ist. Letzteres kann z.B. der Fall sein, wenn das Heißgasableitungsrohrsystem ein an einer Feuerstätte angeschlossenes Rauchgasableitungssystem ist und der Brennbetrieb der Feuerstätte zweitweilig minimalen Rauchgasableitungswiderstand des Ableitungssystems erfordert.

In einer anderen Betriebsart kann die Absperrklappe in der Stellung des Verschlusses des Durchlassquerschnittes des Anschlussrohrleitungsabschnittes dafür sorgen, dass das Heißgas, etwa Rauchgas, ausschließlich den Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt des Wärmetauschers durchströmt und dabei das Wärmeübertragungselement umströmt, um Wärme an das Fluid in der Nutzwärmeleitung abzugeben. Diese Betriebsweise des Wärmertauschers ist daher die Betriebsweise maximaler Wärmerückgewinnung in dem System.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Sperrelement wahlweise in Zwischenstellungen zwischen den genannten Extremstellungen gesteuert einstellbar ist, um den Wirkungsgrad bei der Wärmerückgewinnung bzw. einen gewünschten Strömungswiderstand der Wärmetauscher-Baueinheit in spezifischen Bedarfssituationen einzustellen.

Als Schwenkantrieb für die Absperrklappe dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein steuerbarer Elektromotor, welcher außen an dem Anschlussrohrleitungsabschnitt angeordnet ist, wobei die Motorachse die Wand des Anschlussrohrleitungsabschnittes in abgedichteter Weise quer zur Rohrachse durchsetzt und die Schwenkachse der Absperrklappe bildet. Aus Gründen der Vereinfachung der Geometrie des Wärmetauschers und aus Gründen von Strömungswiderstandsbetrachtungen ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Anschlussrohrleitungsabschnitt im Wesentlichen axial geradlinig verläuft. Der Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt kann einen gekrümmten Verlauf oder einen Polygonverlauf haben. Eine solche Polygonanordnung läßt sich auf einfache Weise aus aneinander angefügten geradlinigen Rohrabschnitten realisieren. Der Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt bildet allgemein einen das Sperrelement im Anschlussrohrleitungsabschnitt umgehenden Nebenschlusspfad.

Das Wärmeübertragungselement ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein patronenartiger, länglicher Topf, der an seiner Deckelseite Fluidleitungsanschlüsse aufweist, die zum Zwecke der Zuleitung und Ableitung des zu erwärmenden bzw. erwärmten Fluids mit dem Nutzwärmeleitungssystem zu verbinden sind. Zum Einsetzen des Wärmeübertragungselementes in das Rohrkörpergehäuse, ist vorzugsweise am Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt ein stutzenartiger Ansatz vorgesehen. Dieser sturtzenartige Ansatz dient als Einsteckführung und Halterung für das Wärmeübertragungselement. Zur Fixierung des Wärmeübertragungselementes weist der stutzenförmige Ansatz zweckmäßgerweise an seinem nach außen abstehenden Ende einen Befestigungsflansch auf, welcher mit einem Gegenflansch des Wärmeübertragungselementes zu verbinden ist.

Das Rohrkörpergehäuse des Wärmetauschers nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere Edelstahl.

Die Anschlussenden des Anschlussrohrleitungsabschnittes sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Steckverbindungsabschnitte zur Herstellung von Steckverbindungen mit komplementären Steckbverbindungsabschnitten des Heißgasableitungsrohrsystems ausgebildet. Dies können z.B. konisch geformte Steckbverbindungsabschnitte sein, wie sie z.B. in der EP 0 780 635 B1 oder in der DE 94 19 304 U oder in der DE 195 19073 A offenbart sind.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest der das Wärmeübertragungselement aufweisende Rohrleitungsabschnitt, also insbesondere der Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt, eine Wärmeisolierung aufweist.

Das Wärmeübertragungselement sollte vorzusgweise aus Metall mit großem Wärmeleitvermögen bestehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher ein Element eines Baukastensystems, insbesondere Steckverbindungssystems, von Rohrkörperelementen zur Bildung von Heißgasableitungsanlagen, insbesondere Abgasableitungsanlagen. Dabei ist vorzugsweise zumindest das Rohrkörpergehäuse mit Sperrelement und dessen Antrieb als zusammenhängend montierbare Baueinheit vormontiert, wobei die Anschlussenden des Anschlussrohrleitungsabschnittes zur Verbindung, insbesondere Steckmontage mit komplementären Anschlussenden anderer Elemente des Baukastensystems vorbereitet sind.

Vorzugsweise ist der Wärmetauscher insgesamt als zusammenhängend montierbare Baueinheit inklusive Wärmeübertragungselement vorbereitet.

Eine besonders bevorzugte Verwendung des Wärmetauschers nach der Erfindung ist der Einsatz im Rauchgasableitungssystem einer insbesondere unter Verbrennung von Gas oder Öl befeuerten Backofenanordnung, insbesondere einer Backstraße. Bei dem Betrieb von Backstraßen fällt ein hohes Maß an Abwärme an. Die Rauchgastemperaturen können durchaus im Bereich von 200° bis 300°C liegen, so dass ein besonders lohnenswerter Einsatz des Wärmetauschers möglich ist.

Eine weiterhin bevorzugte Verwendung des Wärmetauschers nach der Erfindung ist die Integration in ein Backschwadenableitungssystem einer Backofenanordnung, insbesondere einer Backstraße.

Gegenstand der Erfindung soll somit auch ein Rauchgasableitungssystem einer Backofenanordnung, insbesondere Backstraße, sein, bei dem ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher integriert ist.

Gegenstand der Erfindung soll ferner ein Backschwadenableitungssystem einer Backofenanordnung, insbesondere einer Backstraße, sein, bei dem ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher integriert ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Wärmetauscherbaueinheit. Der Wärmetauscher weist einen Anschlussrohrleitungsabschnitt (2) mit einem Anschlussende (3) für die Heißgaszuleitung und einem Anschlussende (5) für die Heißgasableitung auf. Der Anschlussrohrleitungsabschnitt (2) ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel axial geradlinig aus drei Rohrsteckelementen (8, 10, 12) ausgebildet. Jedes Rohrsteckelement (10, 12) hat an seinem entgegengesetzten Ende konisch geformte und zueinander komplementäre Steckverbindungsabschnitte (4, 6). Die Steckverbindungsabschnitte (4) weisen konische Erweiterungen auf, wohingegen die Steckverbindungabschnitte (6) konisch verjüngt sind. Das mittlere Rohrsteckelement (10) des Anschlussrohrleitungsabschnittes (2) enthält eine Absperrklappe (14), die um eine orthogonal zur Rohrachse (16) verlaufende Schwenkachse (18) zwischen einer Stellung des Verschlusses und einer Stellung maximaler Freigabe des Durchlassquerschnittes des Anschlussrohrleitungsabschnittes (2) verschwenkbar ist. Als Schwenkantrieb dient ein steuerbarer Elektromotor (20), welcher außen auf dem Rohrelement (10) angeordnet und fixiert ist und dessen die Schwenkachse (18) definierende Motorwelle durch die Wand des Rohrelementes (14) abgedichtet hindurchgeführt ist.

Ein aus geradlinigen Rohrabschnitten (22, 24, 26) zusammengesetzter und in der Figur einen Polygonverlauf aufweisender Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt (28) zweigt bei (30) unmittelbar nach dem Zuleitungsanschlussende (3) von dem Anschlussrohrleitungsabschnitt (2) ab und mündet bei (32) unmittelbar vor dem Ableitungsanschlussende (5) wieder in den Anschlussrohrleitungsabschnitt (2) ein. Heißgas, welches den Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt (28) durchströmt, umgeht daher die Absperrklappe (14).

An dem Rohrelement (22) des Nebenschluss-Rohrleitungsabschnittes (28) ist ein stutzenförmiger Ansatz (34) als Einstecköffnung und Halterung für ein Wärmeübertragungselement (36) vorgesehen, welches die Form eines länglichen Topfs oder Hülsenkörpers aufweist, welcher mit einem großen Teil seiner Länge in den Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt (28) hineinreicht, wenn er in der gezeigten Montageanordnung ist.

Das Wärmeübertragungselement (36) weist an seiner außen liegenden Stirnseite einen Zulaufanschluss (37) und einen Ablaufanschluss (38) für die Zuleitung und die Ableitung von Wasser oder ggf. eines anderen Nutzwärmetransportmediums auf. Die Anschlüsse (37, 38) sind mit einem Nutzwärmeleitungssystem zu verbinden, über welches das zu erwärmende Wasser bzw. Wärmetransportmedium zu dem Wärmeübertragungselement hinzuführen und das im Wärmeübertragungselement erwärmte Wasser bzw. Wärmeträgerfluid wieder abzuführen ist.

Im Inneren des Wärmeübetragungselementes (36) erstreckt sich ein an dem Zulaufanschluss (37) angeschlossenes Rohr (40), welches kurz vor dem stirnseitigen Einsteckende (42) in den Hohlraum (44) des Wärmeübetragungselementes (36) mündet. Vor dem Ablaufanschluss (38) erstreckt sich allenfalls ein sehr kurzes Rohrstück (47) in den Hohlraum (44) hinein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass über den Zulaufanschluss (37) zugeführtes Wärmeträgerfluid einen möglichst langen Weg im Hohlraum (44) des Wärmeübetragungselementes zurückzulegen hat, bis es wieder an dem Ablaufanschluss (38) ablaufen kann. Die so erzielte lange Aufenthaltsdauer des Fluids im Wärmeübertragungselement (36) stellt eine gute Wärmeaufnahme des Wärmeträgerfluids sicher.

Zur Fixierung des Wärmeübertragungselementes (36) an dem Stutzen (34) weisen das Wärmeübertragungselement (36) und der Stutzen (34) miteinander zu verbindende Befestigungsflansche (46, 48) auf.

In der Figur ist der Wärmetauscher in einem Zustand gezeigt, in dem die Absperrklappe (14) so eingestellt ist, dass sie den Durchlassquerschnitt des Anschlussrohrleitungsabschnittes (2) nahezu vollständig verschließt. Heißgas, welches an dem Anschlussende (3) in die Wärmetauschereinheit einströmt, passiert somit nahezu vollständig den Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt (28), wie dies anhand der Pfeile (50) angedeutet ist. Das Heißgas umströmt dabei die in den Nebenschluss-Rohrleitungsabschnitt (28) hineinreichenden Teile des Wärmeübertragungselementes (36), so dass es dabei zur Wärmeübertragung von Heißgas auf das Nutzwärmeträgerfluid im Hohlraum (44) des Wärmeübertragungselementes (36) kommen kann.

Bedarfsweise kann die motorisch verstellbare Absperrklappe (14) in eine andere Schwenkstellung gebracht werden, um einen Anteil des Heißgases unmittelbar durch den Anschlussrohrleitungsabschnitt (2) hindurch abzuleiten. In diesem Zusammenhang sei darauf hinhgewiesen, dass es sich bei dem Rohrabschnitt (10) mit Sperrklappe (14) und Stellmotor um ein Standard-Element der Abgasanlagentechnik handeln kann, wie es z.B. als „motorisch gesteuerte Abgasklappe" in der Fachliteratur bezeichnet wird.