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Wärmeaustauscher für gasbeheizte Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für gasbeheizte Durchlauferhitzer, bei dem ein von
Durchlaufrohren durchsetzter Lamellenblock als Abschluss eines die aufsteigenden Heizgase führenden
Heizschachtes angeordnet ist.
Die durch den Auftrieb zwischen denlamellen hindurchströmenden Heizgase treffen einseitig auf die
Lamellen sowie auf die Lamellenrohre auf und fliessen nach der Wärmeabgabe oben an der gegenüber- liegenden Seite zum Abgaskamin weiter. Durch den einseitigen Wärmefall werden die Lamellen in ihrem unteren Bereich viel heisser als im oberen und damit ungleichmässig belastet. Die Folge davon ist, dass das die Rohre durchströmende Wasser in der unteren Zone des Rohrquerschnittes wesentlich höher erhitzt wird als die Gebrauchs-Wassertemperatur ist, während das in der oberen Querschnittszone des Rohres fliessende Wasser unterhalb der Gebrauchs-Wassertemperatur bleibt. Das hinter dem Wärmeaustauscher entnommene Warmwasser ist demnach Wasser mit einer Mischtemperatur.
Während für den unteren, heisseren Bereich der Lamellen, besonders für die zwischen je zwei Lamellenrohren liegenden Flächen, die Gefahr der frühzeitigen Zerstörung durch Verbrennen besteht, ist für den oberen Bereich der Lamellen eine kurze Lebensdauer durch das Ausscheiden von Kondensaten aus den Heizgasen durch Unterkühlung derselben und die dadurch hervorgerufene Korrosion zu erwarten. Letzteres hat eine Verschmutzung der Lamellenflächen durch Korrosionsprodukte und Russ zur Folge, was zur Verengung des Durchtrittsquerschnittes für die Heizgase führt und ausser dem Wärmeübergang auch den Wirkungsgrad mindert.
Ausserdem kommt es leicht im unteren Rohrbereich zu Dampfbildung, wodurch bei kalkhaltigem Wasser die Ausscheidung des Kalkes aus dem Wasser zu verstärktem Ansatz von Kesselstein in den Rohren führt und das Kondensieren der Dampfblasen Geräusche verursacht. Je höher die Temperatur des Warmwassers gewählt wird, d. h. je weniger Wasser in der Zeiteinheit vom Gerät bei konstanter Belastung erhitzt wird, um so lebhafter ist die Dampfbildung in dem einseitig beheizten Lamellenblock.
Wenn auch diese Siedegeräusche bei kurzzeitiger Heisswasserentnahme an der Spüle durch die Arbeitsgeräusche beim Wirtschaften in der Küche oder durch das ausfliessende Warmwasser selbst nicht allgemein als unerträglich empfunden werden. dann ändert sich dies doch dann, wenn zur Warmwasserheizung einer Wohnung mittels eines durch Umwälzpumpe betriebenen Gaswasserheizers diese Geräusche während der Dauer der Beheizung vernehmbar sind. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Vorlauftemperatur sehr hoch ist (70-900C).
Um beide Temperaturextreme an der Lamelle und am Lamellenrohr näher zusammenzuführen, d. h. um die Flächenbelastung an der Lamelle gleichmässiger zu gestalten, hat man vielerlei Massnahmen getroffen, die sich mehr oder weniger erfolgreich auswirken, so hat man z. B. die Lamellenform, die Stärke derselben, den Abstand zwischen den Lamellen u. a. m., verschiedenartig ausgeführt.
Es ist z. B. bekannt, die Lamellenhöhe unterhalb der Lamellenrohrmitte wegen der heisseren Heizgase geringer zu halten als die Höhe des oberhalb der Lamellenrohrmitte liegenden Teils der Lamellen, die den Heizgasen mit gegenüber den Lamellen geringerem Temperaturgefälle die restliche Wärme entnehmen. Es ist ferner bekannt, die Lamellenfläche zwischen zwei Lamellenrohren, die normalerweise durch eine gerade untere Kante begrenzt wird, auszusparen, so dass die Wärme, die hier in die Lamelle
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herangeführt wird, erst von deren höher gelegenem Flächenabschnitt aufgenommen wird, was die untere
Zone des Lamellenrohres entlastet.
Es ist ausserdem durch Versuche ermittelt worden, dass der Wärmeanteil, der von der Lamelle durch
Wärmeleitung auf den unteren heisseren Teil des Lamellenrohres übergeht, relativ gering ist, verglichen mit dem Wärmeanteil, der von diesem Teil des Lamellenrohres durch Wärmestrahlung und durch un- mittelbare Berührung mit den aufsteigenden Heizgasen aufgenommen wird. Ausgehend von dieser Er- kenntnis besteht die Erfindung darin, dass zur Entlastung der am tiefsten liegenden Teile der Lamellen- rohre diese gegen Strahlungswärme und unmittelbare Berührung mit den Heizgasen durch einzelne, in den
Lamellenzwischenräumen dicht unterhalb der Lamellenrohre angeordnete waagrechte Planchen abse- schirmt sind, deren quer zur Rohrachse gemessene Breite geringer ist als die in der gleichen Richtung ge- messene Dicke der Lamellenrohre.
Zweckmässigerweise erfolgt diese Abschirmung durch aus den Lamel- len unterhalb der Lamellenrohre ausgestanzte und rechtwinklig aus der Lamellenebene herausgebogene
Lappen, die bis zur benachbarten Lamelle reichen. Man kann es dann so einrichten, dass sich der Aus- schnitt des herausgebogenen Lappens an dem zum Einsetzen des Lamellenrohres erforderlichen Durchbruch der Lamelle anschliesst. Dann hat der tiefste abgeschirmte Teil des Lamellenrohres gar keine Berührung mit der Lamelle mehr.
Bei einer solchen Anordnung wird erreicht, dass a) die Wärmeausstrahlung der Heizgase den abgeschirmten Teil des Lamellenrohres nicht trifft, b) die Heizgase diesen Teil des Lamellenrohres nicht mehr durch Anstoss berühren, c) hinter der Abschirmung eine tote Zone mit verringerter Heizgasbewegung entsteht und d) der Wärmefluss von der Lamelle zu diesem Teil des Lamellenrohres unterbrochen ist.
Alle diese Merkmale wirken zusammen, um zu verhindern, dass die am tiefsten liegenden Teile der
Lamellenrohre durch die im Heizschacht aufsteigenden Heizgase mehr Wärme aufnehmen als die höher gelegenen Teile der Lamellenrohre. Die Abschirmung ist sowohl bei ovalen als auch bei rundenLamellen- rohren mit Vorteil anwendbar.
Zweckmässigerweise sind in die Lamellenrohre an sich bekannte längsverlaufende, mit Durchbrüchen versehene Wärmeteilkörper von U- oder V-förmigem Querschnitt eingesetzt, deren Schenkel nach unten gerichtet und mit den unteren nicht mehr abgeschirmten Teilen des Lamellenrohres wärmeleitend ver- bunden sind. Dadurch werden diese Teile des Lamellenrohres besser gekühlt und ihre Wärme ins Innere des Wasserstranges abgeleitet.
Eine weitere Verbesserung des Wärmeaustausches wird dadurch erreicht, dass der untere Rand der La- mellen zwischen den Lamellenrohren in an sich bekannter Weise Ausnehmungen aufweist.
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ist ein lotrechter Schnitt durch einen Lamellenblockabschnitt, quer zu den Lamellenrohren, nach Linie A - A in Fig. 2 und Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines Lamellenrohres, zum Teil im Längsschnitt.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 Lamellenrohre eines Lamellenblockes bezeichnet. Die Lamellenrohre 1,2 werden nacheinander vom Wasser durchflossen. Jede Lamelle 3 ist durch Löten über die Kragen 3'und 3" wärmeleitend mit den Lamellenrohren 1,2 verbunden. Die Heizgase strömen in Pfeilrichtung von unten dem Lamellenblock zu. Oberhalb der Lamellenrohre 1,2 sind in der Lamelle 3 Durchbrüche 4, 4' vorgesehen, die zum Durchstecken des Lötmaterials dienen. Hier haben sie aber wärmetechnisch keine besondere Bedeutung. Unterhalb der Lamellenrohre 1, 2 sind Lamellenausschnitte 5, 5' eingebracht und die
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die unteren Bereiche der Lamellenrohre 1, 2 gegenüber der Strahlung und dem Aufprall der heissen Heizgase ab.
Zwischen den Lamellenrohren 1, 2 ist ein sich von der Unterkante der Lamelle 3 nach oben erstreckender Flächenteil 7 ausgespart, so dass die Wärme der hier durchströmenden Heizgase erst im höher liegenden Teil der Lamelle 3 an diese abgegeben wird, von wo aus sie dann zu den Lamellenrohren 1,2 fliesst.
Um die rechts und links von den Lappenausschnitten 5, 5' denRohrwandabschnittenzufliessende grosse Wärmemenge an das Wasser weiterzuleiten, sind in die Lamellenrohre l, 2 gelochte U-oder V-förmige Wärmeleitkörper 8,9 mit schräg nach abwärts gerichteten Schenkeln 8', 8"bzw. 9', 9" der Länge nach eingeschoben und mit den Lamellenrohren 1,2 durch Löten wärmeleitend verbunden. Dadurch kann ein Teil der von aussen heranfliessenden Wärme ins Rohrinnere, also in die kühlere Zone des Durchflussquerschnittes weiterbefördert werden.
Die Schenkel 8', 8", 9', 9" der Wärmeleitkörper 8, 9, die abgewinkelt sind, sind in geeigneten Abständen mit Durchbrüchen 10, 10' versehen. Die Folge davon ist, dass ein lebhafterer Wärmefluss durch das hier fliessende Wasser entsteht, ohne dass durch merkliche Wirbelbildung
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des strömenden Wassers der Durchflusswiderstand durch das Gerät grösser wird. Auch können sich hier keine überhitztenRandschichten am Lamellenrohr bilden, die der Anlass zu den durch Dampfblasen entstehenden
Geräuschen sind (Kalkausscheidung).
Die darüber angebrachten Lochreihen 11, ' dienen gleichermassen zum Ausgleich zwischen den Wassersträngen, die durch die Wärmeleitkörper 8,9 innerhalb der Lamellenrohre 1,2 abgeteilt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauscher für gasbeheizte Durchlauferhitzer, bei dem ein von Durchlaufrohren durch- setzter Lamellenblock als Abschluss eines die aufsteigenden Heizgase führenden Heizschachtes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die am tiefsten liegenden Teile der Lamellenrohre gegen Strahlungs- wärme und unmittelbare Berührung mit den Heizgasen durch einzelne, jeweils in den Lamellenzwischenräumen dicht unterhalb der Lamellenrohre angeordnete waagrechte Plättchen abgeschirmt sind, deren quer zur Rohrachse gemessene Breite geringer ist als die in der gleichen Richtung gemessene Dicke der
Lamellenrohre.