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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für einen Heizkessel mit einem Gehäuse aus einem zylindrischen Mantel und zwei den Mantel stirnseitig abschliessenden Stirnwänden, mit einem das Gehäuse von Stirnwand zu Stirnwand durchsetzenden Rohrbündel, dessen von Rauchgasen eines Brenners durch- strömte Rohre mit gegenseitigem Abstand über die Stirnwände verteilt angeordnet sind, und mit einem an den Mantel im Bereich einer Stirnwand angeschlossenen Zulauf sowie einem mantelseitigen Ablauf im Bereich der gegenüberliegenden Stirnwand für einen zu erwärmenden Wärmeträger.
Bei Heizkesseln mit einer Brennkammer für stückeligen Brennstoff, insbesondere Holzpellets, ist es unter anderem bekannt, zum Erwärmen eines Wärmeträgers, im allgemeinen Wasser, einen an einen Vor- und einen Rücklauf eines Wärmeträgerkreislaufes angeschlossenen Wärmetauscher einzusetzen, der ein Gehäuse mit einem zylindrischen Mantel und zwei den Mantel stirnseitig abschliessenden Stirnwänden besteht. Dieses mit einem Zu- und einem Ablauf für den Wärmeträger verbundene Gehäuse wird in axialer Richtung von einem Rohrbündel durchsetzt, durch das die heissen Rauchgase aus der Brennkammer geführt werden, um den durch das Gehäuse des Wärmetauschers strömenden Wärmeträger im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu erwärmen.
Da der Zu- und der Ablauf für den Wärmeträger radial an den Gehäusemantel angesetzt sind, ergibt sich innerhalb des Wärmetauschergehäuses eine über den Gehäusequerschnitt ungleichmässige Strömungsverteilung für den Wärmeträger zwischen dem Zu- und dem Ablauf, was naturgemäss den Wirkungsgrad des Wärmetauschers beeinträchtigt. Aus diesem Grunde werden häufig Leitbleche eingesetzt, die durch Strömungsumlenkungen
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eine verbesserte Strömungsverteilung innerhalb des Gehäuses erzwingen sollen.
Die einseitige, radiale Wärmeträgerzufuhr stellt hiefür allerdings eine ungünstige Voraussetzung dar.
Dazu kommt, dass die Rohre des für die Rauchgasführung vorgesehenen Rohrbündels im Zulaufbereich des Wärmeträgers vom kalten Wärmeträger angeströmt werden, so dass die damit verbundene Kühlung der Rohrwände die Gefahr mit sich bringt, dass auf der Innenseite der Rohrwände der Taupunkt der Rauchgase unterschritten wird. Das dabei anfallende Kondensat führt zu einer Korrosionsbelastung der Rohre des Rohrbündels.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für einen Heizkessel der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln der Wirkungsgrad des Wärmetauschers verbessert werden kann, ohne Korrosionserscheinungen im Bereich des Rohrbündels für die Rauchgasführung in Kauf nehmen zu müssen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Zulauf für den Wärmeträger in eine Verteilerkammer mündet, die vom übrigen Gehäuse durch eine stirnwandparallele Trennwand abgetrennt ist, in der in den Zwischenräumen zwischen den die Trennwand durchsetzenden Rohren des Rohrbündels bzw. zwischen den Rohren und dem Mantel Durchströmöffnungen vorgesehen sind.
Über die Verteilerkammer kann trotz des radialen Zulaufs für den Wärmeträger eine gleichmässigere Strömungsverteilung über den Gehäusequerschnitt im unmittelbaren Anschluss an die Verteilerkammer erzwungen werden, was unmittelbar mit einer Verbesserung des Wirkungsgrades einhergeht. Da die Durchströmöffnungen in der die Verteilerkammer vom übrigen Gehäuse abtrennenden Trennwand mit Abstand von den Rohren des Rohrbündels in den Zwischenräumen zwischen diesen Rohren bzw. zwischen den Rohren und dem Mantel vorgesehen sind, tritt der kalte Wärmeträger mit Abstand von den Rohren aus der Verteilerkammer in das anschliessende Gehäuse ein, und zwar in axialer Strömungsrichtung, so dass eine unmittelbare Beaufschlagung der Rohre des Rohrbündels mit dem kalten Wärmeträger unterbunden wird.
Dies bedeutet, dass eine Taupunktunterschreitung der Rauchgase mit der damit verbundenen Korrosionsgefahr weitgehend ausge-
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schlossen werden kann. Um den mit wachsendem Abstand vom Zulauf des Wär- meträgers zunehmenden Strömungwiderstand berücksichtigen zu können, können die Durchströmöffnungen mit zunehmendem Abstand von der Mündungsöffnung des Zulaufes für den Wärmeträger zumindest gruppenweise eine höhere Vertei- lungsdichte und/oder einen grösseren Strömungsquerschnitt aufweisen. Durch eine entsprechende Verteilung der Durchströmöffnungen zwischen den Rohren des
Rohrbündels können somit in Anpassung an die jeweiligen Strömungsverhältnisse vorteilhafte Strömungsbedingungen zwischen der Verteilerkammer und dem Ablauf für den erwärmten Wärmeträger sichergestellt werden.
Diese Strömungsbedingungen können zusätzlich durch eine Richtwirkung auf die Teilströme des Wärmeträgers durch die Durchströmöffnungen verbessert werden. Zu diesem Zweck können die Durchströmöffnungen aus in die Trennwand eingesetzten Rohrstutzen bestehen, die für eine entsprechende Ausrichtung der aus der Verteilerkammer in das Gehäuse in axialer Richtung einströmenden Teilströme des Wärmeträgers sorgen.
Innerhalb der Verteilerkammer kann die durch die Verteilerkammer im anschlie- ssenden Gehäuse erzwungene Wärmeträgerströmung nicht genützt werden, so dass die zumindest im unmittelbaren Ausströmbereich des Zulaufs für den Wärmeträger verlaufenden Rohre des Rohrbündels durch den kalten Wärmeträger umspült werden. Wegen der begrenzten Höhe der Verteilerkammer bleibt jedoch auch die Kühlwirkung auf die Rohre beschränkt, zumal im unmittelbaren Ausströmbereich des Zulaufs auf die Anordnung eines Rohres für die Rauchgasführung verzichtet werden kann.
Damit eine weitergehende Kühlung der Rohre im Bereich der Verteilerkammer unterbunden wird, kann die Trennwand im Bereich der Rohrdurchtritte des Rohrbündels in die Verteilerkammer ragende, die Rohre umschlie- ssende Kragen bilden, die in ihrem Bereich eine unmittelbare Anströmung der Rohre durch den kalten Wärmeträger verhindern. Da die Kragen der Trennwände vorteilhaft durch einen Tiefziehvorgang hergestellt werden, ergibt sich zwischen den Rohren und den Kragen auf der der Verteilerkammer abgekehrten Seite ein sich gegen die Verteilerkammer hin verjüngender Ringraum, aus dem der Wärmeträger nicht abströmen kann, wenn die Kragen der Trennwand an den Rohren des Rohrbündels anliegen.
Um der damit verbundenen Verdampfungsgefahr zu begegnen, können die Rohre die Trennwand, insbesondere im Kragenbereich, mit
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Spiel durchsetzen, wobei sich eine aus dem Gehäuse in die Verteilerkammer gerichtete Konvektionsströmung ausbildet, die die Abkühlung der Rohre im Bereich der Verteilerkammer erschwert. Das Spiel zwischen den Kragen und den Rohren darf selbstverständlich nicht ein Ausmass erreichen, das ein Zuströmen des kalten
Wärmeträgers aus der Verteilerkammer in das anschliessende Gehäuse entlang der Rohre ermöglicht. Bilden sich bei kragenlosen Trennwänden im Durchtrittsbe- reich der Rohre des Rohrbündels strömungsbedingte Toträume auf der der Verteilerkammer abgewandten Seite der Trennwand, so können mit einer ähnlichen Wirkung die Rohre die Trennwand ebenfalls mit Spiel durchsetzen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen Heizkessel mit einem erfindungsgemässen Wärmetauscher in einer vereinfachten, zum Teil aufgerissenen Vorderansicht, Fig. 2 den Wärmetauscher dieses Kessels in einem Axialschnitt in einem grösse- ren Massstab, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 2, Fig. 4 eine Konstruktionsvariante der die Verteilerkammer vom übrigen Gehäuse des Wärmetauschers abtrennenden Trennwand ausschnittsweise im
Querschnitt in einem grösseren Massstab und Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Trennwand.
Der Heizkessel des dargestellten Ausführungsbeispiels ist gemäss der Fig. 1 aus drei Baueinheiten modulartig aufgebaut, nämlich aus einem Feuerungsteil 1 mit einer Brennkammer 2, einem Wärmetauscher 3 und einem Abgaskasten 4, der mit einem Sauggebläse ausgerüstet ist und die aus dem Wärmetauscher austretenden Rauchgase in ein an den Abgaskasten 4 angeschlossenes Rauchrohr fördert. Der Feuerungstell 1, der über eine Tür 5 zugänglich ist, weist einen Brenner für Holzpellets auf, die über ein Fallrohr in herkömmlicher Weise dem Brenner zugeführt werden.
Die bei der Verbrennung der Holzpellets in der Brennkammer entstehenden und über eine Nachverbrennungsstrecke geführten Rauchgase treten unmittelbar aus dem Feuerungsteil 1 in den auf den Feuerungsteil 1 aufgesetzten Wärmetauscher 3 ein, der von den Rauchgasen in einem Rohrbündel durchströmt
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wird. Die Rohre 6 für die Rauchgasströmung nehmen wendelförmige Einsätze 7 auf, die zur Verwirbelung der Rauchgasströmung dienen und über ein Hebelge- stänge 8 zur Reinigung der Rohre 6 axial verlagert werden können. Zu diesem
Zweck ist im Abgaskasten 4 eine Betätigungswelle 9 vorgesehen, die mit Hilfe eines Handhebels 10 verschwenkt werden kann und dabei die wendelförmigen
Einsätze 7 über das Hebelgestänge 8 hebt und senkt.
Wie insbesondere den Fig. 2 und 3 entnommen werden kann, wird das Gehäuse des Wärmetauschers 3 durch einen zylindrischen Mantel 11 und zwei Stirnwänden
12 und 13 gebildet, wobei die Rohre 6 des Rohrbündels für die Rauchgasführung das Gehäuse des Wärmetauschers 3 durch die Stirnwände 12 und 13 axial durchsetzen. Im Bereich der Stirnwände 12 und 13 sind an den Mantel 11 ein Zulauf 14 und ein Ablauf 15 für einen Wärmeträger, im allgemeinen Wasser, angeschlossen.
Da der Wärmetauscher 3 gemäss dem Ausführungsbeispiel als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, schliesst der beispielsweise mit dem Rücklauf eines Heizkreises verbundene Zulauf 14 für den Wärmeträger unmittelbar an die obere Stirnwand 12 an, während der mit dem Vorlauf des Heizkreises verbundene Ablauf 15 im Bereich der unteren Stirnwand 13 liegt. Zum Unterschied von herkömmlichen Wärmetauschern mündet der Zulauf 14 in einer durch eine Trennwand 16 vom übrigen Gehäuse abgetrennten Verteilerkammer 17, die mit Durchströmöffnungen 18 in der Trennwand 16 mit dem übrigen Gehäuse in Strömungsverbindung steht.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Durchströmöffnungen 18 in den Zwischenräumen zwischen den die Trennwand 16 durchsetzenden Rohren 6 des Rohrbündels bzw. zwischen den Rohren 6 und dem Mantel 11 liegen, und zwar jeweils mit Abstand von den Rohren 6, so dass die Wärmeträgerströmung durch die Durchströmöffnungen 18 die Rohre 6 nicht unmittelbar beaufschlagt. Dies hat zur Folge, dass eine Abkühlung der Rohre 6 unter den Taupunkt der Rauchgase in vergleichsweise einfacher Weise unterbunden wird, so dass eine Korrosionsgefahr durch im Bereich der Rohre 6 anfallendes Kondensat ausgeschlossen werden kann.
Dazu kommt, dass durch die Verteilung der Durchström- öffnungen 18 im Zusammenwirken mit dem jeweiligen Strömungsquerschnitt der Durchströmöffnungen 18 eine weitgehend gleichmässige Strömungsverteilung über den Querschnitt des Wärmetauschers 3 erzwungen werden kann, was vorteilhafte
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Wärmeübergangsbedingungen schafft, so dass die Länge der Rohre 6 als Voraus- setzung für den modularen Aufbau des Heizkessels eine vergleichsweise kurz ausfallen kann. Die gleichmässige Strömungsverteilung wird vor allem dadurch erreicht, dass die Durchströmöffnungen 18 mit zunehmendem Abstand von der
Mündungsöffnung des Zulaufs 14 zumindest gruppenweise eine höhere Vertei- lungsdichte und/oder einen grösseren Strömungsquerschnitt aufweisen, wie dies in der Fig. 3 angedeutet ist.
Da ausserdem im Austrittsbereich des Zulaufes 14 auf die Anordnung eines Rohres 6 des Rohrbündels für die Rauchgasführung verzichtet wurde, bleibt die Kühlung der Rohre 6 im Bereich der Verteilerkammer 17 wegen deren kleinen Höhe beschränkt, so dass die im Bereich der Verteilerkammer 17 zugelassene unmittelbare Beaufschlagung der Rohre 6 mit dem kalten Wärmeträger nicht zu einer Taupunktunterschreitung innerhalb der Rohre 6 führt.
Um eine axial ausgerichtete Strömung aus der Verteilerkammer 17 in das angeschlossen Gehäuse des Wärmetauschers 3 zu unterstützen, können gemäss der Fig. 4 die Durchströmöffnungen 18 aus in die Trennwand 16 eingesetzten Rohrstutzen 19 bestehen.
In der Fig. 5 wird ein unmittelbares Anströmen der Rohre 6 durch den kalten Wärmeträger in der Verteilerkammer 17 zumindest in einem Längenabschnitt der Rohre 6 durch Kragen 20 der Trennwand 16 vermieden, die die Rohre 6 des Rohrbündels im Bereich der Rohrdurchtritte umschliessen, und zwar mit einem Spiel 21.
Dieses Spiel 21 verhindert, dass der Wärmeträger auf der Aussenseite der Verteilerkammer 17 im Ringraum 22 zwischen den Kragen 20 und den Rohren 6 verdampft, weil eben bei einer entsprechenden Erwärmung des Wärmeträgers eine Konvektionsströmung aus dem Ringraum 22 in die Verteilerkammer 17 durch das Spiel 21 ermöglicht wird. Diese Konvektionsströmung des erwärmten Wärmeträgers entlang der Rohre 6 wirkt ausserdem einer unzulässigen Abkühlung der Rohre 6 im Bereich der Verteilerkammer 17 entgegen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte anstellen eines Gegenstromwärmetauschers ein Gleichstromwärmetauscher treten, bei dem der Zulauf 14 naturgemäss im Bereich der
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unteren Stirnwand 13 anzuordnen ist, was die Verlagerung der Verteilerkammer 17 nach unten mit sich bringt. Ausserdem könnten innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers 3 zusätzliche Leiteinrichtungen für den Wärmeträger vorgesehen werden, um auch ausserhalb der Verteilerkammer 17 für eine zusätzliche Strömungsverteilung zu sorgen.