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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für einen
Heizkessel mit einem an einen Vorlauf und einen Rücklauf eines
Wärmeträgerkreises
angeschlossenen, einen Außenmantel
mit vertikaler Achse bildenden Gehäuse und mit einem Bündel von
das Gehäuse
achsparallel durchsetzenden, mit gegenseitigem Abstand angeordneten,
von den Abgasen eines Brenners durchströmten Rohren.
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Zum
Erwärmen
des Wärmeträgers beispielsweise
eines Heizkreislaufes mit Hilfe der heißen Abgase eines Heizkessels
ist es bekannt, ein Wärmetauschergehäuse mit
vertikaler Achse vorzusehen, das von einem Bündel von Rohren zur Abgasführung axial
durchsetzt wird. Der Wärmeträger des über einen
Vor- und einen Rücklauf
an das Gehäuse
angeschlossenen Wärmeträgerkreises
wird über
das Rohrbündel
mit Hilfe der heißen
Abgase im Gleich- oder Gegenstrom erwärmt. Da die Rohre des Rohrbündels im
Rücklaufbereich
des Wärmeträgerkreislaufes
vom kalten Wärmeträger angeströmt werden, bringt
die damit verbundene Kühlung
der Rohrwände die
Gefahr mit sich, dass auf der Innenseite der Rohwände der
Taupunkt der Abgase unterschritten wird, was aufgrund des dann anfallenden
Kondensats zu einer Korrosionsbelastung der Rohre des Rohrbündels führt. Um
diese Gefahr zu verringern, wurde bereits vorgeschlagen (
AT 5587 U1 ), im Gehäuse durch eine
achsnormale Trennwand eine an den Rücklauf des Wärmeträgerkreises
angeschlossene Verteilerkammer vorzusehen, um mit Hilfe von in der
Trennwand vorgesehenen Durchströmöffnungen
eine Strömungsverteilung
des Wärmeträgers zu
erzwingen, die eine unmittelbare Beaufschlagung der Rohre des Rohrbündels im
Zulaufbereich des kalten Wärmeträgers verhindert.
Da der kalte Wärmeträger aus
dem Rücklauf
des Wärmeträgerkreises
jedoch zwischen den Rohren des Rohrbündels das Gehäuse axial durchströmt, kann
die Gefahr einer Taupunktun terschreitung insbesondere bei Niedertemperaturheizungen
nicht ausgeschlossen werden.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher
für einen
Heizkessel der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass
auch bei einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau des Wärmeträgers eine
Taupunktunterschreitung für
die die Rohre des Rohrbündels durchströmenden Abgase
im Bereich der Rohinnenwandungen ausgeschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch
das Vorsehen eines Innenmantels, der einen das Rohrbündel aufnehmenden
Innenraum von einem äußeren Ringraum
zwischen dem Innen- und Außenmantel
des Gehäuses
abgrenzt, wird in einfacher Weise verhindert, dass der kalte Wärmeträger des
an den Ringraum angeschlossenen Wärmeträgerkreises den Innenraum des
Gehäuses
mit dem Rohrbündel
durchströmt,
was eine wesentliche Voraussetzung für die Vermeidung von Taupunktunterschreitungen
im Bereich der Rohre des Rohrbündels darstellt.
Da der Ringraum zwischen dem Innen- und dem Außenmantel des Gehäuses in
eine obere Rücklaufkammer
und eine untere Vorlaufkammer unterteilt ist und diese beiden Kammern über Durchströmöffnungen
in der die beiden Kammern voneinander trennenden Trennwand in Strömungsverbindung
stehen, kann ein thermischer Kurzschluss zwischen dem Rücklauf und
dem Vorlauf des Wärmeträgerkreises über den
Ringraum unterbunden werden, so dass für einen entsprechenden Wärmeübergang zwischen
dem durch das Rohrbündel erwärmten Wärmeträger im Innenraum
des Gehäuses
und dem Wärmeträger im Ringraum über den
Innenmantel als Wärmetauscherfläche gesorgt
ist. Über
die Durchtrittsöffnungen
des Innenmantels sowohl im Bereich der Vorlaufkammer als auch im
Bereich der Rücklaufkammer
stellt sich außerdem
eine Konvektionsströmung
des Wärmeträgers vom
Innenraum über
die Rücklauf-
und die Vorlaufkammer zurück
zum Innenraum mit der Wirkung eines teilweisen Temperaturausgleiches
ein. Der aus dem Innenraum in die obere Rücklaufkammer strömende, erwärmte Wärmeträger mischt
sich ja mit dem kalten Wärmeträger aus
dem Rücklauf
des Wärmeträgerkreislaufes.
Zugleich wird ein Teil des im Ringraum erwärmten Wärmeträgers aus der unteren Vorlaufkammer
in den Innenraum abgesaugt, so da sich für den Wärmeübergang vom Rohrbündel auf
den Wärmeträger im Innenraum
des Gehäuses
und vom Wärmeträger im Innenraum
auf den Wärmeträger im Ringraum
insgesamt ein günstiger
Wirkungsgrad ergibt, ohne Gefahr zu laufen, dass der Taupunkt der
Abgase durch Zufuhr eines kühlen
Wärmeträgerstromes
zum Innenraum unterschritten oder eine obere Grenztemperatur des
Wärmeträgers im
Innenraum des Gehäuses überschritten
wird. Bei einer entsprechenden Auslegung und Anordnung des Durchströmöffnungen
in der Trennwand zwischen der Rücklauf-
und der Vorlaufkammer sowie der Durchtrittsöffnungen zwischen Innenraum
einerseits und Vorlauf- und Rücklaufkammer anderseits
im Bereich des Innenmantels ergibt sich eine einfache selbsttätige Temperaturregelung
für den
Wärmeträger im Innenraum
des Gehäuses.
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Um
die sich über
den Ringraum schließende Konvektionsströmung im
Innenraum des Gehäuses gut
ausnützen
zu können,
empfiehlt es sich, die Durchtrittsöffnungen im Innenmantel im
Bereich des Gehäusebodens
und der Gehäusedecke
vorzusehen, so dass die gesamte axiale Länge des Gehäuses für diesen Zweck genützt werden
kann.
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Bei
einem höheren
Wärmebedarf
des an den Wärmetauscher
angeschlossenen Wärmeträgerkreises
ist es vorteilhaft, zusätzlich
warmen Wärmeträger aus
dem Innenraum des Gehäuses
dem Wärmeträgerkreis
zuzumischen. Zu diesem Zweck kann die Vorlaufkammer im Bereich der
Trennwand mit dem vom Innenmantel umschlossenen Innenraum des Gehäuses durch
Strömungskanäle verbunden
sein, die im Bereich der Gehäusedecke
im Innenraum enden. Da in der Vorlaufkammer im Bereich der Trennwand
aufgrund der Drosselwirkung der Durchströmöffnungen gegenüber dem
Innenraum des Gehäuses insbesondere
bei größeren Durchflußmengen
ein Unterdruck herrscht, wird über
die Strömungskanäle zusätzlich warmer
Wärmeträger aus
dem Deckenbereich des Innenraumes in die Vorlaufkammer gesaugt,
was für
einen entsprechenden Anstieg der Vorlauftemperatur des Wärmeträgerkreises
sorgt.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.
Es zeigen
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1 einen
erfindungsgemäßen Wärmetauscher
in einem vereinfachten achsnormalen Schnitt durch das Gehäuse und
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2 diesen
Wärmetauscher
in einem Schnitt nach der Linie II-II der 1.
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Der
dargestellte Wärmetauscher
für einen Heizkessel
weist Gehäuse 1 auf,
das einen Außenmantel 2 einen
Boden 3 sowie eine Decke 4 umfasst. Mit radialem
Abstand vom mit vertikaler Achse angeordneten Außenmantel 2 ist ein
Innenmantel 5 vorgesehen, zwischen dem und dem Außenmantel 2 sich ein
Ringraum ergibt, der der Höhe
nach durch eine Trennwand 6 in eine untere Vorlaufkammer 7 und eine
obere Rücklaufkammer 8 unterteilt
wird. Die Vorlaufkammer 7 ist an einen Vorlauf 9 und
die Rücklaufkammer 8 an
einen Rücklauf 10 eines
nicht näher dargestellten
Wärmeträgerkreises,
beispielsweise eines Heizkreises, angeschlossen. Die Strömungsverbindung
zwischen der Rücklaufkammer 8 und
der Vorlaufkammer 7 wird durch Durchströmöffnungen 11 in der
Trennwand 6 sichergestellt. Wie der 1 entnommen
werden kann sind die Durchströmöffnungen 11 mit
einem entsprechenden Abstand vom Rücklauf 10 vorgesehen,
um eine ausreichende Strömungskomponente
in Umfangsrichtung zu erreichen.
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Der
durch den Innenmantel 5 gegenüber dem Außenmantel 2 abgegrenzte
Innenraum 12 des Gehäuses 1 wird
von einem Bündel
paralleler Rohre 13 durchsetzt, die flüssigkeitsdicht im Boden 3 und
in der Decke 4 des Gehäuses 1 gehalten
sind.
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Diese
in Richtung der Mantelachse verlaufenden Rohre 13 werden
mit heißen
Abgasen aus einem Brenner des Heizkessels beaufschlagt, wie dies in
der 2 durch die Strömungspfeile 14 angedeutet
ist. Mit Hilfe der durch die Rohre 13 strömenden Abgase
kann somit der Wärmeträger im Innenraum 12 des
Gehäuses
erwärmt
werden, um über
den erwärmten
Wärmeträger im Innenraum 12 den
Wärmeträger des
angeschlossenen Wärmeträgerkreises
im Ringraum zwischen Innenmantel 5 und Außenmantel 2 zu
erwärmen.
Diese Erwärmung
des über
den Rücklauf 10 in
die Rücklaufkammer 8 strömenden und über den
Vorlauf 9 aus der Vorlaufkammer 7 abgezogenen
Wärmeträgers erfolgt
jedoch nicht ausschließlich über den
Innenmantel 5 als Wärmetauscherfläche, sondern
auch mit Hilfe einer sich über die
Rücklaufkammer 8 und
die Vorlaufkammer 7 schließenden Konvektionsströmung des
Wärmeträgers im
Innenraum 12. Zu diesem Zweck sind im Innenmantel 5 Durchtrittsöffnungen 15 vorgesehen,
die eine Strömungsverbindung
mit der Vorlaufkammer 7 ergeben. Im Bereich der Rücklaufkammer 8 sind
entsprechende Durchtrittsöffnungen 16 im
Innenmantel 5 vorhanden. Wie der 2 entnommen
werden kann, befinden sich die Durchtrittsöffnungen 15 im Bereich
des Gehäusebodens 3 und
die Durchtrittsöffnungen 16 im
Bereich der Gehäusedecke 4,
so dass die axiale Höhe
des Gehäuses 1 für eine entsprechende
Konvektionsströmung
gut genützt
werden kann, mit deren Hilfe im Innenraum 12 des Gehäuses 1 ein
erwärmter
Wärmeträger über die
Durchtrittsöffnungen 16 im
Deckenbereich in die Rücklaufkammer 8 überströmt, um sich
mit dem kalten Wärmeträger aus
dem Rücklauf 10 des
Wärmeträgerkreislaufes
zu vermischen. Mit dem Überströmen eines
heißen Wärmeträgers aus
dem Innenraum 12 in die Rücklaufkammer 8 wird
gleichzeitig ein Teil des erwärmten Wärmeträgers aus
der Vorlaufkammer 7 durch die Durchtrittsöffnungen 15 im
Bodenbereich in den Innenraum 12 angesaugt. Wegen der gegenüber der Rücklauftemperatur
höheren
Vorlauftemperatur des Wärmeträgers kann
die Gefahr einer Taupunktunterschreitung im Bereich der Rohre 13 durch
den über die
Durchtrittsöffnungen 15 in
den Innenraum 12 strömenden
Wärmeträger ausgeschlossen
werden, zumal das heiße
Ende der Rohre 13 mit dem auf die Vorlauftemperatur erwärmten Wärmeträger beaufschlagt
wird. Das kalte Ende der Rohre 13 wird vom im Innenraum 12 über das
Rohrbündel
erwärmten Wärmeträger umspült, was
eine Taupunktunterschreitung auch in diesem Bereich unterbindet.
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Gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist für
eine zusätzliche,
sich über
die Vorlaufkammer 7 schließende Wärmeträgerströmung gesorgt, und zwar über Strömungskanäle 17,
die sich zwischen der Vorlaufkammer 7 und dem Innenraum 12 erstrecken.
Diese Strömungskanäle gehen
im Bereich der Trennwand 6 aus und enden im Deckenbereich
des Innenraumes 12. Herrscht aufgrund der Wärmeträgerströmung durch
die Durchströmöffnungen 11 in
der Trennwand 6 in der Vorlaufkammer 7 im Trennwandbereich
ein entsprechender Unterdruck, so wird zusätzlich warmer Wärmeträger aus
dem Deckenbereich des Innenraumes 12 über die Strömungskanäle 17 in die Vorlaufkammer 7 angesaugt, was
die Deckung eines in diesem Fall erhöhten Wärmebedarfs des Wärmeträgerkreises
unterstützt.