AT392533B - Waermeuebertrager fuer fluessigkeitserhitzer fuer nach dem durchlaufprinzip arbeitende gas-wassererhitzer - Google Patents

Description

AT 392 533 B

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für Flüssigkeitserhitzer für nach dem Durchlaufprinzip arbeitende Gas-Wassererhitzer mit einem Brenner und einem Lamellenblock, durch den mehrere die zu erwärmende Flüssigkeit führende Rohre parallel zueinander hindurchgeführt sind, deren aus dem Lamellenblock herausragende Enden starr miteinander verbunden sind über Verbindungsbleche, welche einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten oder eine andere Temperatur als die Lamellen haben, welche mit Biegefalten versehen sind.

Es ist schon ein derartiges Gerät bekannt (DE-OS 25 05 765), bei dem die Lamellen bis auf Durchzüge an den Durchgangslöchem für die Rohre und auf abgekantete Randstreifen als völlige glatte Bleche ausgeführt sind und der Lamellenblock in einem Rahmen gefaßt ist, der den Lamellenblock versteift und mit einem umlaufenden Flansch zum Aufsitzen des Wärmeübertragers auf eine Verbrennungskammer versehen ist. Bei der Erhitzung derartiger Wärmeübertrager treten verhältnismäßig hohe Schubbeanspruchungen an den Rohreinspannstellen auf, wenn der Lamellenwerkstoff und das Blechmaterial des Rahmens unterschiedliche Wärmedehnungen oder unterschiedliche Temperaturen haben. Dazu kommen Torsionsspannungen, die dadurch entstehen, daß sich die Lamellen an der dem Brenner zugekehrten Unterseite stärker dehnen als an der Oberseite und dadurch die Tendenz haben, sich mit ihren Enden nach oben hochkant durchzukrümmen. Diese periodisch auftretenden Spannungen können in ungünstigen Fällen dazu führen, daß es zu Materialbrüchen der Rohre an ihren Einspannstellen kommt

Fernerhin betrifft die US-PS 1921278 die oben genannte Gattung. Bei dieser Ausführung können vielleicht Sicken in den Lamellen bis zu einem gewissen Grad auch Wärmedehnungen aufhehmen. Weil sie andererseits die Lamellen aber bestimmungsgemäß versteifen, werden sie doch erhebliche Schub- und Torsionsspannungen auf die Lötstellen der Lamellen mit den Rohren übertragen. Diese Spannungen sind schädlich, weil sie die weichen Rohre verformen oder zum Aufreißen der Lötstellen führen können, wodurch sich der Wärmeübergang von den Lamellen auf die Rohre erheblich verschlechtert

Endlich ist es bei wärmeabgebenden Heizkörpern auch bekannt, die an den Heizrohren befestigten Lamellen mit senkrechten Sicken zu versehen (US-PS 1940152). Diese Sicken sollen jedoch die Lamellen versteifen und auch eine rückfedemde Kraft bewirken, wenn die Lamellen durch eine äußere Kraft verformt werden. Es ist auch schon bekannt (DE-GbM 1704422) Lamellen waagrecht einzuschneiden und die dadurch entstehenden Zonenabschnitte herauszuprägen.

Zur Vermeidung aller oben genannten Nachteile wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Lamellen im Bereich ihrer quer zur Längsrichtung der Lamellen verlaufenden Biegefalten mit ebenso verlaufenden Aussparungen versehen sind. Die Aussparungen sind als Schlitze ausgebildet, deren Lage und Anzahl so gewählt ist daß sich zwei im möglichst geringen Abstand voneinander angeordnete Stege im Bereich jeder Biegefalte ergeben. Erfindungsgemäß sind an den Biegefalten zwei oder drei axial hintereinander angeordnete Schlitze vorgesehen, von denen der eine bzw. die beiden äußeren zum Rand der Lamelle hin offen sind. Endlich ist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager dadurch gekennzeichnet daß die zum Rand der Lamelle hin offenen Längsschlitze in den Biegefalten auf der vom Brenner abgekehrten oberen Lamellenseite liegen.

Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager hat den Vorteil, daß die mechanischen Spannungen, die mit jedem Heizzyklus periodisch wechselnd aufgebracht werden, so reduziert werden, daß die Dauerschwingfestigkeit der verwendeten Werkstoffe nicht überschritten wird. Andererseits hat die gefaltete und mit Langlöchem bzw. Schlitzen in den Faltscheiteln versehene Lamelle noch eine so große Steifigkeit daß sie sich ausreichend gut in eine Fügevorrichtung zum Zusammensetzen des Wärmetauschers einführen läßt.

Die elastischen Verbindungsstege gewährleisten in ihrer Vielzahl, daß sich der lichte, abgasseitige Strömungsquerschnitt nicht verändert, wie dies bei einer durchgehenden Trennung zwischen den Rohrdurchbrüchen durch innere Spannungen oder äußere Krafteinwirkung möglich wäre. Dadurch könnte das hygienische Abgasverhalten unzulässig beeinflußt werden, weil die Sekundärluftansaugung bei einem Vefbrennungsvorgang durch den Druckverlust im engsten, abgasseitigen Lamellenblockquerschnitt über der Kaminwirkung erzeugenden Verbrennungskammer bestimmt ist. Auch würde der Wirkungsgrad, d. h. die vom Wärmeübertrager aufgenommene Wärme, durch eine Änderung der Sekundärluftansaugung ebenfalls verändert, weil die Luftzahl λ die Verbrennungstemperatur und damit die mittlere wirksame Temperaturdifferenz sowie das Abgasvolumen beeinflußt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigen Figur 1 eine Ansicht einer Verbrennungskammer eines gasbeheizten Durchlauf-Wasser-Erhitzers mit als Lamellenblock ausgebildetem Wärmeübertrager, teilweise im Schnitt Figur 2 die Seitenansicht und Figur 3 die Stimansicht einer Lamelle des Wärmeübertragers nach Figur 1. In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lamelle dargestellt und Figur 5 veranschaulicht das Bestreben der Lamellen, sich bei Erwärmung hochkant durchzubiegen.

Der am oberen Mündungsrand einer Verbrennungskammer (10) sitzende Wärmeübertrager (11) hat einen Lamellenblock (12), durch den mehrere wasserführende Rohre (13) parallel zueinander hindurchgeführt sind. Die Enden der Rohre (13) sind in Platten (14) eingelötet die mit Deckeln (15) verlötet sind, welche zwischen sich und den Platten (14) Sammelräume (16) umschließen. In dem einen Sammelraum (16) mündet eine Zulaufleitung (17) ein; an den anderen Sammelraum ist eine Ablaufleitung (18) angeschlossen. Zulaufleitung (17) und Ablaufleitung (18) sind in die Deckel (15) eingelötet. -2-

Claims (4)

1. AT 392 533 B Der Lamellenblock (12) besteht aus einzelnen Chromstahllamellen (20) (Figur 2), die mit Löchern (21) für den Durchtritt der Rohre (13) versehen sind. An den Lochrändem sind hochgestellte Kragen (22) gebildet, mit welchen die Lamellen an die Rohre (13) angelötet sind. Die Kragen (22) und in Kragenhöhe abgewinkelte Seitenränder (23) der Lamellen bestimmen den Lamellenabstand (a). Die Lamellen (20) haben einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten sowie eine andern Temperatur als die Platten (14) und die Deckel (15), in welche die Wasserrohre (13), (17) und (18) eingelötet sind. Zwischen den Löchern (21) sind die Lamellen mit im Querschnitt wellenförmigen Biegefalten (26) versehen, die von der oberen Lamellenkante (27) bis zu der dem Brenner des Gerätes zugekehrten unteren Biegekante (28) durchlaufen. Im Scheitel der Biegefalten (26) sind Schlitze (30) vorgesehen, zwischen denen und den Lamellenkanten (27), (28) je zwei Stege (31) und (32) gebildet sind. Die untere Lamellenkante (28) ist zwischen den Löchern (21) nach oben eingezogen, damit eine möglichst gleichmäßige Wärmestromdichte in diesen Lamellenbereichen erhalten wird. Im Betrieb des Wärmeübertragers dehnen sich die gegenüber Heizgasen beständigen Chromstahl-Lamellen (20) weniger stark aus als die aus Kupfer bestehenden Platten (14) und Deckel (15). Die dadurch hervorgerufenen Dehnungsunterschiede werden von den Stegen (31), (32) elastisch federnd aufgenommen, so daß nur geringe Schubspannungen an den Einspannstellen der Rohre (13) in den Platten (14) auftreten. Die Stege (31), (32) verleihen den Lamellen andererseits noch eine so große Formsteifigkeit, daß das Einfügen der Lamellen in ein kammartiges Montagewerkzeug keine Schwierigkeiten bereitet Neben der geradlinigen Dehnung tritt beim Betrieb des Wärmeübertragers noch eine Hochkantkrümmung auf. Dieses Bestreben, sich hochkant durchzukrümmen, kommt daher, daß die Lamellen an der Unterkante (28) eine Temperatur von 300 bis 400 °C erreichen, während die Temperatur an der Oberkante (27) der Lamellen nur bis etwa 150° ansteigt Die nach Figur 4 ausgebildete Lamelle (20') unterscheidet sich von der Lamelle (20) nach Figur 2 dadurch, daß in jeder Biegefalte (26) zwei Schlitze (35) und (36) eingestanzt sind, von denen der obere Schlitz (35) in den Rand (27) der Lamelle ausmündet Zwischen den Schlitzen (35) und (36) ist ein Steg (38) gebildet, der tiefer sitzt als der Steg (31) der Lamelle (20) nach Figur 2. Eine derart ausgebildete Lamelle hat zwar bei freier Verformung unter der Annahme einer linearen Temperaturverteilung eine genau gleiche Hochkantkrümmung wie die Lamelle (20), die Rückstellmomente in eine eingespannte Zwangslage sind jedoch wesentlich kleiner. Figur 5 zeigt, daß bei ein« solchen Hochkantkriimmung sich die Löcher (21) in der Lamelle gegenüber den Rohren (13) mit gegen das Ende der Lamelle hin zunehmender Tendenz verdrehen und verschieben. Dadurch werden Torsionsspannungei und zusätzliche Schubspannungen auf die Einspannsteilen der Rohre (13) ausgeübt, die bei der Lamelle nach Figur 4 gemäß den wesentlich kleineren Rückstellmomenten verringert werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Wärmeübertrager für Flüssigkeitserhitzer für nach dem Durchlaufprinzip arbeitende Gas-Wassererhitzer mit einem Brenner und einem Lamellenblock, durch den mehrere die zu erwärmende Flüssigkeit führende Rohre parallel zueinander hindurchgeführt sind, deren aus dem Lamellenblock herausragende Enden starr miteinander verbunden sind über Verbindungsbleche, welche einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten oder eine andere Temperatur als die Lamellen haben, welche mit Biegefalten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (20) im Bereich ihr« quer zur Längsrichtung d« Lamellen verlaufenden Biegefalten (26) mit ebenso v«laufenden Aussparungen (30) versehen sind.
2. 2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (30) als Schlitze ausgebildet sind, deren Lage und Anzahl so gewählt ist, daß sich zwei im möglichst geringen Abstand voneinand« angeordnete Stege (31,32) im Bereich jeder Biegefalte (26) «geben.
3. 3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Biegefalten (26) zwei oder drei axial hintereinand« angeordnete Schlitze (35,36) vorgesehen sind (Fig.
4. 4), von denen d« eine bzw. die beiden äußeren zum Rand (27) der Lamelle hin offen sind. 4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, bei welchem die einem Brenner zugekehrte Unterkante (28) der Lamellen in d«i zwischen den Rohren liegenden B«eichen nach oben eingezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Rand (27) der Lamelle hin offenen Längsschlitze (35) in den Biegefalten (26) auf der vom Brenner abgekehrten oberen Lamellenseite liegen. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-