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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserregister für einen
Ofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2, einen diesbezüglichen
Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19 oder
20 sowie Verfahren zu deren Herstellung, jeweils nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 22 oder 23 und des Anspruchs 26 oder 27.
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Aus
der Patentschrift
DE
198 04 093 C2 ist ein Wasser-Wärmetauscher für Öfen
und Kleinfeuerungsanlagen mit einer automatischen Zuführvorrichtung
für feste, rieselfähige Brennstoffe bekannt. Dort ist
ein wasserführender Bereich oberhalb der Seitenwandungen
und der Rückwand des Brennraumes angeordnet. Dabei sind
die Seitenwandungen und die Rückwand des Brennraumes als
wasserführende Wände ausgebildet. Der oberhalb
der drei wasserführenden Wände angeordnete wasserführende
Bereich ist derart ausgebildet, daß unterhalb der Decke des
Brennraumes ein wasserführendes Rohrsystem verläuft.
Der so ausgebildete Wasserwärmetauscher ist damit Teil
der Brennraumwandungen des in der
DE 198 04 093 C2 diskutierten Ofens.
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Das
Gebrauchsmuster
DE
87 03 287.3 U1 wie auch die zugeordnete Offenlegungsschrift
DE 37 06 937 A1 desselben
Erfinders diskutieren einen Regelherd mit Feststoffverbrennung,
eingebautem Heizwasserregister, Mehrfachanschlüssen für
Bratröhre, eingebautem Kachelofen mit Bypass, Nachheizregister,
zusätzlicher Glastüre mit Gegengewicht und Bimetallregelung,
sowie einer Rauchgasklappe. Das Wasserregister, das zusammen mit
einer Umlenkung Teil eines Regelregisters ist, wird hier zwischen dem
Feuerraum und der Kochplatte angeordnet. Ferner ist das Wasserregister
am Registereingang mit einem Katalysator versehen, wobei das Wasserregister
eine leicht zugängliche Katalysatortasche aufweist.
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Schließlich
offenbart das Gebrauchsmuster
DE G 83 23 947.5 U1 einen Heizeinsatz für
Kachelöfen mit einem Feuerraum, einem mit einem Rauchgas-Abzugstutzen
versehenen Rauchfang und einem Wärmeaustauscher zur Warmwasserbereitung. Der
Wärmeaustauscher ist in einem Aufsatz angeordnet, der im
Bereich des Rauchfanges aufgesetzt ist. Der Aufsatz weist wenigstens
zwei mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen verbundene Kammern auf, die
wahlweise zu Öffnen oder zu Schließen sind, und
von denen eine direkt mit dem Rauchgas-Abzugsstutzen verbunden ist
und die andere den Wärmetauscher enthält. Der
Wärmetauscher ist als außen geripptes, von zu
erwärmendem Wasser durchströmbares, vorzugsweise
horizontal verlaufendes Rohr ausgebildet. Im Inneren des Wärmetauscher-Rohres
ist ein von einem Kühlmedium durchströmbares Innenrohr
als thermische Ablaufsicherung angeordnet. Dabei sind das Wärmeaustausch-Rohr
sowie die in ihm angeordnete, als Innenrohr ausgebildete thermische
Ablaufsicherung „U"-förmig ausgebildet. Der Aufsatz
wiederum ist als ein auf Kachelofeneinsätze aufflanschbares
Bauteil ausgebildet.
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Dem
gegenüber sind aus der Praxis Wasserregister derselben
Anmelderin bekannt, zum nachträglichen Einbau oder als
Ergänzung von bestehenden Öfen, wie beispielsweise
Kaminöfen, Kachelöfen oder beispielsweise mit
Holz befeuerten Kellerheizungen. Diese „Wertstein-Wasser-Aufsatzregister" sind
seit mehr als 30 Jahren im Einsatz und haben sich in der Praxis
bewährt.
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Diese
aus der Praxis bekannten Nachrüst-Wasserregister für
Kaminöfen, Kachelöfen oder Kellerheizungen weisen
einen Rauchrohreingang, einen Rauchrohrausgang, Rauchgaskanäle,
einen Wärmetauscher und Wasseranschlüsse auf.
Durch den Rauchrohreingang werden die Rauchrohrgase vom Ofen in
das Gehäuse des Wasserregisters geleitet. Dort durchströmen
die Rauchgase das Wasserregister und werden hierbei – je
nach Ausführungsform z. B. von Rauchgaskanälen – am
Wärmetauscher vorbeigeführt, so daß die
Rauchgase den Wärmetauscher zur Wärmeabgabe abschnittsweise
umströmen können. Dabei können die Rauchgaszüge
bzw. Rauchgaskanäle z. B. im Wasserregister stehend oder
liegend angeordnet sein. Die so um den Wärmetauscher herum
bzw. an diesem vorbei geführten Rauchgase verlassen das
Gehäuse des Wasserregisters durch den Rauchrohrausgang
und werden von dort letzen Endes in den Kamin geleitet.
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Im
Gehäuse dieser aus der Praxis bekannten „Wertstein-Wasserregister"
kann ein Reinigungsdeckel zur Reinigung von abgesetzten Rauchgaspartikeln
vorgesehen sein. Die Anschlüsse für den Rauchrohreingang,
den Rauchrohrausgang als auch für die Wasseranschlüsse
können je nach Bedarfsfall am Wasserregister-Gehäuse
angeordnet sein. Dabei ist der Reinigungsdeckel üblicherweise
so angeordnet, daß er möglichst bequem zugänglich
ist. Die Anschlüsse für die Heizung bzw. für
den vom Wärmetauscher mit aufzuheizendem Wasser beschickten Heizungskreislauf
wie auch für eine thermische Ablaufsicherung können
entsprechend des Kundenwunsches angeordnet werden. Gegebenenfalls
ist eine Anheizklappe vorgesehen. Das „Wertstein-Wasserregister"
wird im Prinzip zwischen dem Rauchrohrabgang des Ofens und einem
zum Kamin führenden Rauchrohrstutzen angeordnet.
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Der
im Wasserregister bzw. innerhalb dessen Gehäuse angeordnete
Wärmetauscher wird von einem mittels der von den Rauchgasen
abgegebenen Wärme aufzuheizenden Wasser, vorzugsweise für
einen Heizungskreislauf, zur Wärmeaufnahme durchströmt
und übernimmt dabei die von den Rauchgasen eingetragene
Wärmemenge.
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Der
Wärmetauscher wiederum ist in aller Regel als rechteckiger
Kasten aus einem Bodenteil, einem Deckelteil, zwei Seitenwänden
sowie einer Vorder- und Rückwand aufgebaut, die üblicherweise
miteinander an den Kanten zum Wärmetauscher-Kasten verschweißt
werden. Dabei sind im Inneren des Wärmetauscherkastens
zur Verbesserung des Wärmeübergangs zuvor flächige
Rippenelemente auf die Innenseite der Vorder- bzw. Rückwand
des Wärmetauschers angeordnet und vor dessen Zusammenbau
dort angeschweißt worden. Dabei können die Wärmetauscherrippen
in einer einfachen Ausführungsform lediglich senkrecht
auf die Innenwandung aufgeschweißt sein. In einer verbesserten
Ausführungsform stützt sich die Wärmetauscherrippe
an der gegenüberliegenden anderen Wand beispielsweise an
dort entsprechend aufgeschweißten Führungsleisten
ab. Die Wärmetauscherrippen sind dabei derart versetzt
zueinander ange ordnet, daß das durch den Wärmetauscher
hindurchströmende Wasser die Wärmetauscherrippen
mäanderförmig umströmt und dabei die
von den Rauchgasen über die Wärmetauschergehäusewand
an die Wärmetauscherrippen weitergegebene Wärme
aufnimmt.
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Dabei
hat sich jedoch gezeigt, daß der Wärmeübergang
von den Rauchgasen über die Rauchgaszüge zum Wärmetauschergehäuse
bzw. zu den Wärmetauscherwänden und von dort zu
den Wärmetauscherrippen und über diese in das
wärmeaufnehmende Medium, wie beispielsweise Wasser ggf.
mit korrosionshemmenden Zusätzen für einen Heizungskreislauf,
weiter verbesserungswürdig ist.
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Dementsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das aus der Praxis bekannte
Wasserregister für einen Ofen derart zu verbessern, daß ein
optimierter Wärmeübergang zwischen den wärmeeintragenden
Rauchgasen und dem wärmeaufnehmenden aufzuheizenden Medium
erzielbar ist.
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Ferner
soll ein hierfür optimierter Wärmetauscher angegeben
werden. Des weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen.
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Schließlich
ist es ein Aspekt der Erfindung, eine im Vergleich zur aus der Praxis
bekannten, herkömmlichen händischen Herstellungsweise,
kostengünstigere qualitativ zumindest gleich- oder hochwertigere
Herstellungsweise anzugeben, die nach Möglichkeit einer
zumindest teilautomatisierten Serienproduktion zugänglich
sein soll.
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Diese
Aufgaben und Aspekte werden gelöst durch das Wasserregister
für einen Ofen gemäß der Merkmale des
Anspruchs 1 oder 2, wie auch durch den Wärmetauscher nach
den Merkmalen gemäß des Anspruchs 19 oder 20.
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In
verfahrenstechnischer Hinsicht werden diese Aufgaben und Aspekte
gelöst durch das Verfahren mit den Verfahrensschritten
gemäß Anspruch 22 oder 23, wie auch gemäß der
Verfahrensschritte nach Anspruch 26 oder 27.
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Hierfür
wird ein Wasserregister für einen Ofen vorgeschlagen, mit
einem Rauchrohreingang, einem Rauchrohrausgang, wenigstens einem Rauchgaskanal,
einem Wärmetauscher und Leitungsanschlüssen. Der
wenigstens eine Rauchgaskanal ist von durch den Rauchrohreingang
vom Ofen herangeführten, wärmeeintragenden Rauchgasen des
Ofens derart durchströmbar, daß die Rauchgase zur
Wärmeabgabe an den Wärmetauscher diesen zumindest
abschnittsweise umströmen. Der Wärmetauscher ist
von einem aufzuheizenden Medium zur Wärmeaufnahme durchströmbar.
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Dabei
weist der Wärmetauscher erstmalig eine Mehrzahl von Profilen
auf. Die Profile bilden miteinander verbunden wenigstens eine Wand
des Wärmetauschers aus, wobei die Wand eine Mehrzahl von Wandabschnitten
aufweist. Die Profile bilden eine Mehrzahl von flächigen
Wärmetauscherrippen aus, die mit den zugeordneten Wandabschnitten
einstückig verbunden sind. Die Wärmetauscherrippen
sind von dem aufzuheizenden Medium umströmbar.
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Ferner
wird ein Wasserregister für einen, vorzugsweise mit Holz
befeuerten, Ofen vorgeschlagen, wie beispielsweise für
einen Kachel-, Kamin-, Holzofen oder dergleichen, mit einem Rauchrohreingang,
einem Rauchrohrausgang, Rauchgaskanälen, einem, insbesondere
in einem Gehäuse des Wasserregisters angeordneten, Wärmetauscher
und Leitungsanschlüssen. Die Rauchgaskanäle sind
von durch den Rauchrohreingang vom Ofen herangeführten,
wärmeeintragenden Rauchgasen des Ofens derart durchströmbar,
daß die Rauchgase zur Wärmeabgabe an den Wärmetauscher
diesen zumindest abschnittsweise umströmen. Der Wärmetauscher
ist von einem aufzuheizenden Medium, vorzugsweise Wasser über
einen Heizungskreislauf, zur Wärmeaufnahme durchströmbar.
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Dabei
weist der Wärmetauscher erstmalig zumindest eine Mehrzahl
von identisch ausgebildeten Profilen auf. Die Profile bilden miteinander
verbunden jeweils eine von zwei gegenüberliegenden Wanden
aus, vorzugsweise die Vorder- und Rückwand des Wärmetauschers,
wobei jede der beiden Wände jeweils eine Mehrzahl von Wandabschnitten aufweist.
Die Profile bilden ferner eine Mehrzahl von abwechselnd gegenüber
liegend angeordneten, jeweils in Richtung zur gegenüber
liegenden Wand weisenden, flächigen Wärmetauscherrippen
aus, die mit den zugeordneten Wandabschnitten einstöckig verbunden
sind. Die Wärmetauscherrippen sind von dem aufzuheizenden
Medium, vorzugsweise mäanderförmig bzw. quer zu
den flächigen Wärmetauscherrippen, umströmbar.
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Durch
die mittels der Profile erstmalig erfolgende einstückige
Ausbildung der die von den Rauchgasen eingetragenen Wärme
aufnehmenden Wandabschnitte mit den die Wärme wiederum
an das aufzuheizende Medium abgebenden Wärmetauscherrippen
ist es erstmalig überraschend gelungen, eine weitestgehend
verlustfreie Wärmeleitung von den Rauchgasen zum aufzuheizenden
Medium zu realisieren.
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Das
aufzuheizende Medium kann hierbei einfaches Leitungswasser sein,
oder beispielsweise Wasser welches ggf. mit korrosionshemmenden
Zusätzen versetzt worden ist, wie z. B. für einen
Heizungskreislauf.
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Das
erfindungsgemäße Wasserregister für einen
Ofen und insbesondere der hierfür erstmalig vorgeschlagene
Wärmetauscher kann in vorteilhafter Weise aufgrund der
erfindungsgemäßen Verwendung einer Mehrzahl von
Profilen in deutlich besserer Qualität hergestellt werden,
als dies bislang aus der Praxis bekannt war. Eine qualitative Verbesserung
ist dabei nicht nur bei einer herkömmlichen händischen Herstellungsweise
zu verzeichnen, sondern es ist darüber hinaus erstmals
wirtschaftlich sinnvoll möglich, den Wärmetauscher
und mithin das den Wärmetauscher enthaltende Wasserregister
bei zumindest gleicher oder verbesserter Qualität einem
zumindest teilautomatisierten Fertigungsprozeß zu unterwerfen. Damit
kann zugleich in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Herstellungskosten
erreicht werden.
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Die
verwendeten Profile lassen sich entlang der aneinander angrenzenden
Längskanten der die Wärmetauscherwand ergebenden
Wandabschnitte wesentlich besser verschweißen, als dies
bislang bei herkömmlichen kastenförmigen Wärmetauschern von
aus der Praxis bekannten Wasserregistern der Fall war, bei denen
flächig ausgebildete Wände bzw. Wandelemente z.
B. aus Stahlplatten oder Blechen entlang der an den Gehäuseecken
rechtwinklig gegeneinander stoßenden Kanten verschweißt
worden sind.
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Dem
gegenüber bilden die aneinander grenzenden Längskanten
benachbarter Profile eine Art Kehle oder Nut aus, in welche die
auszubildende Schweißnaht hervorragend hinein gelegt werden kann,
so daß die erzeugte Schweißnaht eine besonders
gute Schweißqualität aufweist und mithin selbst bei
Prüfdrücken von bis zu 3,5 bar und mehr absolut wasserdicht
bleibt.
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Dies
gilt auch für die vorteilhafte Verwendung eines Schweißroboters,
da der die Schweißnaht ausbildende Schweißrüssel
längs der vorgegebenen Kehle bzw. Nut präzise
geführt werden kann, so daß die auszubildende
Schweißnaht mit einer möglichst gleichmäßigen
Geschwindigkeit gezogen und somit möglichst homogen ausgebildet
werden kann. Damit läßt sich zugleich die Wärmeleitung
in diesem Bereich der Wandabschnitte hinein in die Wärmetauscherrippen
weiter optimieren.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen, Details, Aspekte oder Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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So
sind die Profile vorzugsweise aus einem nicht rostenden Stahl ausgebildet.
Diese lassen sich damit besser dauerhaft miteinander verbinden,
insbesondere verschweißen, und es ist die Herstellung eines
Wärmetauschers wie auch eines Wasserregisters gewährleistet,
das viele Jahre bis hin zu Jahrzehnten ohne Probleme im täglichen
Dauereinsatz bleiben kann.
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Die
Profile können als einstückige Stanz- und/oder
Biegeteile ausgebildet sein. Die Profile, aus denen zumindest eine
Wand des Wärmetauschers ausgebildet ist, können
winkelförmige Profile sein, die im Querschnitt bevorzugt „J"-, „L"-
oder „U"-förmig oder „Z", vierkant-,
mäander oder stufenförmig ausgebildet sind, wobei
ein „J"-förmiges, ein „Z"-förmiges oder
ein stufenförmiges Profil bevorzugt wird.
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Damit
stehen in vorteilhafter Weise wenigstens zwei miteinander einstückig
verbundene, eine bestmögliche Wärmeleitung garantierende,
flächige Abschnitte des Profils zur Verfügung,
mit denen einerseits die flächige Wärmetauscherrippe
und andererseits ein flächiger Wandabschnitt der Vorder-
bzw. Rückwand ausgebildet werden kann. Dabei ist die nach
innen weisende Wärmetauscherrippe vorzugsweise aus einem
im Querschnitt betrachtet ersten Abschnitt des Profils ausgebildet,
insbesondere aus einem im Querschnitt betrachtet langen Schenkel des „J"-, „L"-
oder „U"-förmig ausgebildeten Profils. Ein Abschnitt
einer Wand des Wärmetauschers ist ferner aus einem im Querschnitt
betrachteten kürzeren und/oder mittleren Abschnitt des „J"-, „L"-
oder „U"-förmig ausgebildeten Profils ausgebildet.
Ferner kann eine nach außen weisende Rauchgaszugrippe bzw.
ein Rauchgaszug- bzw. Rauchgaskanalwandabschnitt aus einem im Querschnitt
betrachtet zweiten nach außen weisenden Abschnitt eines „Z"- oder
stufenförmigen Profils ausgebildet sein. Damit kann der
Wärmeübergang von den Rauchgasen zum aufzuheizenden
Medium weiter optimiert werden, da die wärmeleitenden Teile
vom Rauchgaszugwandabschnitt über den Wärmetauscherwandabschnitt
bis zur Wärmetauscherrippe einstückig miteinander
verbunden ausgebildet sind, so daß keine Unterbrechung
oder Verschlechterung der Wärmleitung zu befürchten
ist.
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Dabei
weisen die Wärmetauscherrippen in einer bevorzugten Ausführungsform
ausgestanzte oder lasergeschnittene Löcher auf. Die Profile
können hierfür in vorteilhafter Weise in Serienfertigung aus
einem geeigneten Flachstahl gefertigt werden, wobei das Flachmaterial
zunächst auf ein erforderliches Maß hinsichtlich
der späteren Breite, Tiefe und Höhe des Profils
gebracht wird. Danach können die Löcher in den
Bereich des späteren Profils gestanzt bzw. lasergeschnitten
werden, der am Schluß die Wärmetauscherrippe ausbildet.
Schließlich kann das Flachmaterial längs entsprechender
Linien abgekantet bzw. rechtwinklig gefalzt werden, um letztlich
das vorgenannte „J"-, „L"- oder „U"-förmig
ausgebildete Profil zu ergeben. Mit einem solchen Stanz- und/oder Biegeverfahren
lassen sich des weiteren auch im Querschnitt betrachtet „Z"-,
vierkant-, mäander- oder stufenförmige Profile
herstellen. Die so hergestellten Profile lassen sich in großer
Stückzahl kostengünstig anfertigen, wobei zudem
eine Standardisierung der am meisten verwendeten Wärmetauschergrößen möglich
ist.
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Die
Länge des verwendeten Profils wird auf die gewünschte
Breite des Wärmetauschers abgestimmt. Die Tiefe des Profils
bestimmt normalerweise die Tiefe der Wärmetauscherrippe,
mit welcher diese von der Vorder- oder Rückwand aus gesehen
in den Wärmetauscher hinein reicht. Dabei sind die Profiltiefen
bzw. die Ausdehnung der Wärmetauscherrippen so aufeinander
abgestimmt, daß diese im zusammengebauten Zustand einander überlappen
und somit einen mäanderförmigen Strömungskanal
für das durch den Wärmetauscher strömende
Medium, wie beispielsweise Wasser, ausbilden. Die Höhe
des Wärmetauschers ergibt sich aus der Anzahl der übereinander
gestapelten Profile zuzüglich gegebenenfalls des Bodenteils
und des Deckelteiles. Die damit erzielbare Durchströmkanalhöhe
für das wärmeaufnehmende Medium ist letztlich
aufgrund der überlappenden Anordnung der Wärmetauscherrippen,
die in der Höhe gegenseitig beabstandet sind und in der Tiefe
einander überlappen, mit etwa der Hälfte der Höhe
des Profils bestimmt. D. h. die lichte Durchgangshöhe des
Strömungskanals entspricht der Hälfte der um die
Materialdicke des Profils bzw. der Wärmetauscherrippe reduzierten
lichten inneren Höhe des Profils.
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Die Überlappung
der Wärmetauscherrippen und damit deren Tiefe relativ zur
lichten Tiefe des Wärmetauschers kann so gewählt
sein, daß zwischen der zur gegenüber liegenden
Vorder- bzw. Rückwand weisenden Stirnkante der dorthin
zeigenden Wärmetauscherrippe und der Innenseite der vorderen
bzw. hinteren Wärmetauscherwand ein lichter Durchgang verbleibt,
der in etwa so breit ausgestaltet ist, wie die Höhe des
Strömungsmediumdurchgangkanals zwischen zwei Wärmetauscherrippen,
um auf diese Weise eine möglichst gleichmäßige
mäanderförmig angeordnete Durchgangsströmung
mit gleichbleibenden Querschnitten zu erzielen. Dies gewährleistet
in vorteilhafter Wei se ein möglichst homogenes Durchströmverhalten
des Wärmetauschers ohne größere Druckverluste
oder Druckschwankungen, so daß die einzukoppelnde Wärme
optimal vom Medium aufgenommen werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der den Abschnitt
einer Wand des Wärmetauschers bildende, im Querschnitt
betrachtete, kürzere und/oder mittlere Abschnitt des „J"-, „L"-
oder „U"-förmig ausgebildeten Profils in dessen
Längsrichtung betrachtet um etwas mehr als die doppelte
Wandstärke des Materials länger ausgebildet, als
die anderen Abschnitte des Profils, und ragt über diese
jeweils randseitig um etwas mehr als die einfache Wandstärke
hinaus. Damit wird in vorteilhafter Weise eine vordefinierte Aufnahme
für die zwischen der Vorder- und Rückwand einzufügende
Seitenwand ausgebildet, wobei sich die Seitenwand gegen die seitlichen
Stirnränder der Wärmetauscherrippen abstützen
kann und zwischen den überstehenden Ränder der Wandabschnitten
gehalten ist. Somit ergibt sich in der dabei ausgebildeten Ecke
automatisch eine vorteilhafte Kehle, in welche die Schweißnaht
optimal in homogener Weise hinein gelegt werden kann.
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Dabei
sind die Profile in vorteilhafter Weise miteinander zu einer die
Vorder- bzw. Rückwand bildenden Wärmetauscherbaugruppe
wasserdicht verschweißbar. Hierbei halten die Schweißnähte
Prüfdrücken von bis zu 3,5 bar und mehr stand,
ohne dabei die gewünschte Dichtigkeit zu verlieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wärmetauscher
aus einem Bodenteil, einem Deckelteil, den Seitenwänden
und den die Vorder- und Rückwand bildenden Wärmetauscherbaugruppen
erstellt, wobei alle Komponenten miteinander wasserdicht verschweißbar
sind.
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Die
Rauchgaskanäle oder Rauchgaszüge des Wasserregisters
können hierbei aus vorgefertigten winkelförmigen
Profilen, insbesondere aus „J"-, „L"- oder „U"-förmigen
Profilen bestehen, die beispielsweise auf der Vorder- und/oder Rückwand
des Wärmetauschers befestigt werden. Sie können
auch alternativ an den Seitenwänden angebracht werden. In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Winkelprofile,
aus denen die Rauchgaskanäle gebildet werden, miteinander
verschweißt und dementsprechend auch an den Wänden
des Wärmetauschers mit einer durchgängigen Schweißnaht
befestigt. Dies gewährleistet einen optimalen Wärmeübergang
der miteinander verbundenen Teile bzw. Komponenten des erfindungsgemäßen
Wasserregisters und des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Hierbei kann die Durchströmrichtung der Rauchgaskanäle
parallel oder quer zu einer Hauptdurchströmrichtung des
Wärmetauschers ausgerichtet sein. Dies gewährleistet
eine optimale Wärmeübertragung von den Rauchgasen
zu dem aufzuheizenden Medium bzw. Wasser eines Heizkreislaufs.
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Dabei
sind die Rauchgaskanäle in den Rauchgasabzug des Ofens
integrierbar oder mit dem Rauchgasabzug des Ofens und mit einem
zu einem Kamin führenden Rauchgasrohr verbindbar. Auf diese
Weise kann das erfindungsgemäße Wasserregister
problemlos in jedem Haushalt nachträglich zwischen einem
bereits vorhandenen Ofen und dem Kamin nachgerüstet werden.
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Hierbei
weist der Wärmetauscher Leitungsanschlüsse für
eine Zuführung für eine Ableitung des wärmeaufnehmenden
Mediums, vorzugsweise Wasser, auf. Diese Leitungsanschlüsse
sind durch das Gehäuse des Wasserregisters nach außen
geführt und können dort mit den entsprechenden
Leitungen beispielsweise des zu unterstützenden Heizungskreislaufes
verbunden werden. Der Wärmetauscher weist einen Temperaturfühler
auf, damit der Heizungskreislauf beispielsweise mit den vom Temperaturfühler
gemessen Istwerten der im Wärmetauscher gerade vorherrschenden
Wassertemperatur zur ergänzenden Regelung des Heizungskreislaufs
beaufschlagt werden kann.
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Darüber
hinaus weist der Wärmetauscher in einer bevorzugten Ausführungsform
einen als thermische Ablaufsicherung ausgebildeten Überhitzungsschutz
auf. Damit ist gewährleistet, daß der Wärmetauscher
selbst im ungünstigsten Fall nicht überkochen
kann. Der Überhitzungsschutz ist in einer bevorzugten Ausführungsform
als ein „U"-förmig gebogenes, kühlwasserführendes,
Leitungsrohr ausgebildet, auf dessen Schenkel die Wärmetauscherrippen beim
Zusammenbau der Wärmetauscher-Baugruppen mittels der in
den Wärmetauscherrippen vorgesehenen Löcher auffädelbar
sind. Derartige „U"-förmig gebogen ausgebildete
Leitungsrohre haben sich in der Vergangenheit als thermische Ablaufsicherung bzw. Überhitzungsschutz
bereits hervorragend bewährt. Deren Integration in die
Löcher der Wärmetauscherrippen bieten den Vorteil,
daß durch eine lückenlose Verschweißung
des Rohrumfangs des Überhitzungsschutzes mit den Rändern
der Löcher ein optimaler Wärmeübergang
gewährleistet ist, so daß ein möglichst
hoher Schutzwirkungsgrad des Überhitzungsschutzes im Bedarfsfall
erzielbar ist. Alternativ kann die thermische Ablaufsicherung auch als
gerade durchlaufendes Rohr ausgebildet sein oder jede andere Form
aufweisen, wie beispielsweise eine als Kühlwasser führende
Wand ausgebildete Seitenwand, die der vorherrschenden Einbausituation
am besten gerecht werden kann.
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Das
Gehäuse des Wasserregisters ist vorzugsweise aus nicht
rostendem Stahl gefertigt. Hierfür werden entsprechend
den Abmessungen des Wasserregisters zugeschnittene plattenförmige
Elemente längs der in den meisten Fällen im rechten Winkel
aneinander stoßenden Kanten verschweißt. Das Wasserregister
ist häufig rechteckig bzw. quaderförmig aufgebaut.
Je nach Einbausituation kann es auch andere Querschnitte aufweisen,
wie beispielsweise trapezförmig oder mehreckig mit z. B. teilweise
abgeschrägten Seitenflächen ausgebildet sein,
um der jeweiligen Einbausituation und der dementsprechend vorgegebenen
Führungsmöglichkeiten der Rauchgasrohre gerecht
zu werden. Dabei gibt es mit dem bewährten „Wertstein"-Wasserregister
bereits für jede erdenkliche Einbausituation eine in der Praxis
bewährte Lösung.
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Der
Wärmetauscher weist seinerseits vorzugsweise einen rechteckförmigen
Querschnitt auf. Je nach Einbausituation kann er auch einen quadratischen
Querschnitt aufweisen. Bei Bedarf kann von der üblicherweise
quaderförmigen Grundausbildung abgewichen werden. Hierfür
sind die verwendeten, einheitlich vorgefertigten Profile dann beispielsweise zur
Ausbildung einer angeschrägten dachartigen Form oder Anschrägung
entsprechend schräg verlaufend zu verjüngen und
die Seitenflächen erforderlichenfalls zwei- oder mehrteilig
auszuführen.
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Die
Wandstärke der zur Herstellung der Profile verwendeten,
nichtrostenden Stahlbleche bzw. Stahlplatten oder sonstigen Flachmaterialien
ist den gewünschten Abmessungen des Wärmetauschers wie
auch des Wasserregisters angepaßt. Hierzu werden bevorzugt
Wandstärken von etwa 2 mm bis 6 mm zum Einsatz gelangen,
je nach Größe der Baueinheit und je nach Abhängigkeit
vom geforderten Prüfdruck zur Kontrolle auf Dichtigkeit
insbesondere des Wärmetauschers. In Abhängigkeit
vom gewählten Blech- oder Flachmaterial für den
Wärmetauscher wie auch für das Wasserregister
werden die Schweißnähte beispielsweise im Laserschweißverfahren,
im WIG-Schweißverfahren, im MIG- oder MAG-Schweißverfahren,
im Ultraschall-Schweißverfahren oder dergleichen weiteren
Schweißverfahren ausgebildet. Dabei eignen sich unter anderem
das Laserstrahlschweißen und das Schutzgasschweißen für
eine automatisierte Roboterschweißlösung.
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Die
Herstellung des Wärmetauschers wie auch des Wasserregisters
ist jedoch nicht auf nichtrostende Stähle beschränkt.
Es können auch andere Materialien bzw. Flachmaterialen
zum Einsatz gelangen. Dabei kann neben den vorgenannten Schweißverfahren
auch daran gedacht werden, entsprechend geeignete Materialien miteinander
zu verkleben oder mittels anderer Fügetechniken miteinander
dicht zu verbinden, so daß der Wärmetauscher eine
ausreichende dauerhafte Dichtigkeit hinsichtlich des durch ihn hindurch
strömenden Mediums aufweist.
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Die
vorstehend diskutierte Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
schematisch vereinfachte Schnittansicht durch vier beispielhaft
aufeinander gesetzte erfindungsgemäße einheitliche
Profile einer daraus aufgebauten beispielhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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2 eine
schematisch vereinfachte Schnittansicht durch eine teilweise erstellte
beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Wärmetauschers,
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3 eine
schematisch vereinfachte Ansicht schräg von vorne auf einen
teilfertig erstellten Wärmetauscher, wie in 1 und 2 gezeigt,
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4 eine
schematisch vereinfachte Draufsicht schräg von oben auf
einen teilfertig erstellten Wärmetauscher, wie in 1 bis 3 gezeigt,
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5 eine
schematisch vereinfachte dreidimensionale Ansicht eines im Detail
nicht näher dargestellten Wärmetauschers, wie
beispielsweise in 1 bis 4 gezeigt,
mit daran angebrachten Rauchgaskanalprofilen,
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6 eine
dreidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführumgsform
eines erfindungsgemäßen „Wertstein"-Wärmetauschers,
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7 in
den Teilfiguren a) bis i) eine Vielzahl von beispielhaften Profilformen
zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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8 eine
aus der Praxis bekannte beispielhafte Ausführungsform des „Wertstein"-Wasserregisters
in der Variante als Aufsteckregister mit liegenden Rauchgaszügen
und nicht dargestelltem Wärmetauscher, und
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9 eine
aus der Praxis bekannte beispielhafte Ausführungsform des „Wertstein"-Wasserregisters
in der Variante als Standregister mit stehenden Rauchgaszügen
und nicht dargestelltem Wärmetauscher.
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In 1 ist
eine schematisch vereinfachte Schnittansicht durch vier beispielhaft
aufeinander gesetzte, erfindungsgemäße einheitliche
Profile einer daraus aufgebauten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Wärmetauschers gezeigt.
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Der
Wärmetauscher 1 weist eine Mehrzahl von identisch
ausgebildeten Profilen 2 auf, wie dies hier in 1 anhand
der vier Profile 2 in der Aufbauphase verdeutlicht ist.
Die Profile 2 bilden miteinander verbunden jeweils eine
von zwei gegenüberliegenden Wänden 4 bzw. 6 aus.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die eine Wand 4 die
Vorderwand und die andere Wand 6 die Rückwand
des Wärmetauschers 1. Die Wände 4 bzw. 6 sind
jeweils aus einer Mehrzahl von Wandabschnitten 8 bzw. 10 ausgebildet.
Die Profile 2 sind im Querschnitt betrachtet „J"-förmig
ausgebildet. Die Profile 2 bilden flächige Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 aus,
die jeweils zur gegenüberliegenden Wand 4 bzw. 6 weisen
und welche mit den jeweils zugeordneten Wandabschnitten 8 bzw. 10 einstückig
verbunden sind.
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Die
Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 sind vom
aufzuheizenden wärmeaufnehmenden Medium 16 mäanderförmig
umströmbar. Die nach innen weisende Wärmetauscherrippe 12 bzw. 14 besteht
im Querschnitt betrachtet aus den langen Schenkel des „J"-förmig
ausgebildeten Profils 2. Dementsprechend besteht ein Abschnitt 8 bzw. 10 der
Vorder- bzw. Rückwand 4 bzw. 6 des Wärmetauschers 1 aus
dem im Querschnitt betrachteten mittleren Abschnitt des „J"-förmig
ausgebildeten Profils 2. Der kürzeste letzte Abschnitt 18 des „J"-förmigen
Profils 2 liegt im Bereich der benachbarten Falzkante 20 auf
dem die Wärmetauscherrippe 12 bzw. 14 ausbildenden
langen Abschnitt des „J"-förmigen Profils 2 auf.
Entlang der so gebildeten Berührungslinie 22 werden
die beiden benachbarten Profile miteinander verbunden, vorzugsweise
verschweißt. Indem hierbei die beiden Falzkanten 20 bzw. 24 der
beiden benachbarten Profile 2 längs der Berührungslinie 22 eine
Art Kehle oder Nut ausbilden, kann die zu erstellende Verbindung,
insbesondere Schweißnaht, möglichst homogen und
gleichmäßig ausgebildet werden.
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Die
Profile 2 des in 1 dargestellten
Wärmetauschers 1 sind beispielsweise aus nicht
rostendem Stahl hergestellt.
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In 2 ist
eine schematisch vereinfachte Schnittansicht dargestellt, durch
eine teilweise fertiggestellte beispielhafte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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Das
in 1 anhand von vier Profilen 2 verdeutlichte
Grundprinzip des Wärmetauschers 1 ist in 2 anhand
eines beispielhaften Wärmetauschers 1 in einer
weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase wiederum erkennbar. Dabei
bilden die übereinander gestapelten und miteinander verschweißten
Profile 2 jeweils eine Baugruppe 26 bzw. 28 aus,
welche die Wände 4 bzw. 6, also die Vorder-
und Rückwand des Wärmetauschers 1, ergeben.
Die beiden Baugruppen 26 bzw. 28 sind auf dem
Bodenteil 30 aufgesetzt und mit diesem verschweißt.
Nach oben bildet ein nicht näher dargestelltes Deckelteil
den Abschluß des Wärmetauschers 1. In
der in 2 gezeigten teilfertigen Ausführungsform
des Wärmetauschers 1 sind nach oben heraus ragende
Schenkel 32 bzw. 34 eines aus einem „U"-förmig
gebogenen Leitungsrohr ausgebildeten thermischen Überhitzungsschutzes 36 zu
erkennen. Dabei sind die Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 mittels
hier nicht näher dargestellter, darin vorgesehener Löcher
auf die Schenkel 32 bzw. 34 des thermischen Überhitzungsschutzes 36 auffädelbar.
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In 3 ist
eine schematisch vereinfachte Ansicht schräg von vorne
auf einen teilfertig erstellten Wärmetauscher gezeigt,
wie er in 1 und 2 diskutiert
ist.
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Der
Blick des Betrachters fällt in 3 schräg
von oben auf die Rückwand 6 des Wärmetauschers 1,
der hier im teilfertigen Zustand dargestellt ist. Links und rechts
sind Seitenwände 38 und 40 gegen die
seitlichen Stirnkanten 42 bzw. 44 einer Wärmetauscherrippe 12 abgestützt.
In der Wärmetauscherrippe 12 sind Löcher 46 erkennbar.
Dabei fällt der Blick auf die nach innen in den Wärmetauscher 1 hinein
ragende Kante 48 der Wärmetauscherrippe 12.
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Wie
in 3 erkennbar ist, sind zwei von dort dargestellten
sechs Löchern 46 durch die Schenkel 32 bzw. 34 der
thermischen Ablaufsicherung bzw. des Überhitzungsschutzes 36 belegt.
Zwei weitere der hier sechs dargestellten Löcher 46 können
für den Einbau eines nicht näher dargestellten
Temperaturfühlers für den ebenfalls nicht näher
dargestellten Heizungskreislauf als auch für einen weiteren
Temperaturfühler für die thermische Ablaufsicherung
genutzt werden.
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In 4 ist
eine schematisch vereinfachte Draufsicht gezeigt, schräg
von oben auf einen teilfertig erstellen Wärmetauscher,
wie in 1 bis 3 erläutert.
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Durch
den Blick schräg von oben auf den bis u. a. auf das fehlende
Deckelteil fertig gestellten Wärmetauschers 1 werden
die Schenkel 32 bzw. 34 des Überhitzungsschutzes 36 gut
erkennbar. Diese sind entlang deren Umfangs, dort wo sie durch die
in der Wärmetauscherrippe vorgesehenen Löcher 46 hindurch
ragen, mit einer vollständig umlaufenden Schweißnaht 50 mit
den Wärmetauscherrippen verbunden, um auch hier einen optimalen
Wärmeübergang sicher stellen zu können.
Ferner sind die Seitenwände 38 bzw. 40,
welche zwischen die Vorderwand 4 bzw. Rückwand 6 eingelegt
und von diesen gehalten sind, mit diesen verbunden. Hierzu ragen die
Vorder- und Rückwand 4 bzw. 6 des Wärmetauschers 1 über
die seitlichen Stirnseiten der Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 jeweils
randseitig hinaus und nehmen die jeweilige Seitenwand 38 bzw. 40 zwischen
sich auf. Zu diesem Zweck ist der den Abschnitt 8 bzw. 10 einer
Wand 4 bzw. 6 des Wärmetauschers 1 bildende,
im Querschnitt betrachtete, mittlere Abschnitt des hier „J"-förmigen
Profils 2 in dessen Längsrichtung betrachtet länger
ausgebildet, als die anderen beiden Abschnitte des Profils 2 und
ragt über diese jeweils randseitig hinaus. Dabei wird zwischen
den Seitenwänden 38 bzw. 40 und der Vorder- bzw.
Rückwand 4 bzw. 6 im aufeinander stoßenden Bereich
eine Art Innenecke bzw. Kehle 52 ausgebildet, entlang der
die Schweißnaht zum Verbinden der Wandelemente optimal
gelegt werden kann. Dabei wird zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs
auch die Seitenwand 38 bzw. 40 dort, wo sie an
die seitlichen Stirnkanten 42 bzw. 44 der Wärmetauscherrippe 12 bzw. 14 anliegt,
mit dieser entlang der hier erkennbaren Schweißlinie 54 möglichst
homogen verschweißt, um wiederum einen optimalen Wärmeübergang
sicher stellen zu können.
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In 5 ist
eine schematisch vereinfachte dreidimensionale Ansicht eines im
Detail nicht näher dargestellten Wärmetauschers
veranschaulicht, wie er beispielsweise vorstehend im Zusammenhang
mit 1 bis 4 beschrieben ist, mit daran
angebrachten Rauchgaskanalprofilen.
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Der
schematisch vereinfacht dargestellte weitestgehend fertig gestellte
Wärmetauscher 1 zeigt mit einer Wand 6 bzw. 8 zum
Betrachter. Im oberen Bildbereich sind die nach oben heraus ragenden Schenkel 32 bzw. 34 des Überhitzungsschutzes
erkennbar. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform
sind links und rechts entlang der Seitenwände 38 bzw. 40 angeordnete
Winkelprofile 56 erkennbar, die alternativ auch einfache
Blechstreifen sein können, und die auf den Seitenwänden 38 bzw. 40 aufgeschweißt
werden und erforderlichenfalls von einer einfachen Blechplatte 58 mit
dieser verschweißt gehalten sind. Auf diese Weise werden
Rauchgaskanäle 60 ausgebildet. Ein Teil der Rauchgaskanäle 60 bzw.
Rauchgaskanalwandabschnitte davon können ggf. auch ein
Abschnitt des verwendeten Profils 2 sein, wenn dieses beispielsweise
ein „Z"- oder stufenförmiges Profil ist, von dem
ein Teil nach außen über die Wärmetauscherwand
hinaus ragt. Damit ist ein besonders guter Wärmeübergang
von den Rauchgasen zum aufzuheizenden Medium gewährleistet.
Die Rauchgaskanäle könne je nach Bedarf auch auf
der Vorder- bzw. Rückwand befestigt sein, alternativ alle
vier Wände umfassen, oder nur Teile davon.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsform eines
Wärmetauschers 1 verläuft die Durchströmrichtung 62 der
Rauchgase im wesentlichen quer zur Hauptdurchströmrichtung 64 des
Wärmetauschers 1. Die Rauchgaskanäle 60 bzw.
deren Durchströmrichtung 62 kann auch parallel
zur Hauptdurchströmrichtung 64 des Wärmetauschers 1 ausgerichtet
sein.
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Die
winkelförmigen Profile 56 oder auch Streifenelemente,
aus denen die Rauchgaskanäle 60 gebildet werden,
können auch aus „J"-, „L"- oder „U"-förmig
ausgebildeten Profilen bestehen. Die Rauchgaskanäle 60 werden
von den wärmeeintragenden hier nicht näher dargestellten
Rauchgasen eines hier nicht näher dargestellten Ofens derart durchströmt,
daß die Rauchgase zur Wärmeabgabe an den Wärmetauscher 1 diesen
zumindest abschnittsweise umströmen.
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In 6 ist
eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen „Wertstein"-Wärmetauschers
veranschaulicht. Aus einem rechts dargestellten Deckelteil 66 des
Wärmetauschers 1 ragen die Reihen mit den Leitungsanschlüssen 102 bzw. 104 heraus.
Der Wärmetauscher 1 ist in der hier dargestellten
Ausführungsform oben und unten von Rauchgaszügen
bzw. Rauchgaskanälen 60 begrenzt. Das durch den
Wärmetauscher 1 hindurch strömende, aufzuheizende Medium
ist mit dem mäanderförmigen Pfeil 16 angedeutet.
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Weiterhin
sind in 7 in den Teilfiguren a) bis
i) eine Vielzahl von beispielhaften Profilformen zum Aufbau eines
erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 in
schematisch vereinfachter Weise dargestellt. Die Profile 2 können
beispielsweise als einstückige Stanz- und/oder Biegeteile,
im Querschnitt betrachtet „J"-, „L"-, „Z"-, „U"-,
vierkant-, mäander- oder stufenförmig ausgebildet
sein.
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Die
Profile 2 bilden miteinander verbunden wenigsten eine der
Wände 4 bzw. 6 des Wärmetauscher 1 aus.
Die wenigstens eine Wand 4 bzw. 6 ist hierbei
aus einer Mehrzahl von in 7a) bis 7i) senkrecht orientierten Wandabschnitten 8 bzw. 10 ausgebildet.
Nach außen weisende Abschnitte 68 der Profile 2 bilden
Wandabschnitte der Rauchgaskanäle 60 aus.
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Die
Profile 2 bilden mit den nach innen weisenden Abschnitten
flächige Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 aus,
die jeweils zur gegenüberliegenden Wand 4 bzw. 6 weisen
oder, wie in 7c) bis 7i) schematisch
vereinfacht gezeigt, bis dort hin reichen, und welche mit den jeweils
zugeordneten Wandabschnitten 8 bzw. 10 einstückig
ver bunden sind. Alternativ verbinden die Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 der
Profile 2 die Vorder- und Rückwand des Wärmetauschers 1 über
dessen Tiefe hinweg miteinander einstückig (vgl. 7c) bis 7i)).
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Die
Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 sind vom
aufzuheizenden, wärmeaufnehmenden Medium 16 umströmbar,
insbesondere mäanderförmig. Durchgängige
Wärmetauscherrippen ausbildende Profile, wie beispielsweise
in den 7c) bis 7i) dargestellt,
können Öffnungen 70 in den Wärmetauscherrippen 12 bzw. 14 aufweisen,
um eine Durchströmung mit dem Medium zu ermöglichen.
Alternativ können die Wärmetauscherrippen in Bildtiefe
der 7 betrachtet unterschiedlich weit ausgedehnt sein,
d. h. eine unterschiedliche oder abwechselnd versetzte Breite aufweisen,
so daß die Wärmetauscherrippen vom Medium 16 zur
Wärmeaufnahme umströmt werden können.
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In 8 ist
eine aus der Praxis bekannte beispielhafte Ausführungsform
des „Wertstein"-Wasserregisters in der Variante als Aufsteckregister
mit liegenden Rauchgaszügen und nicht dargestelltem Wärmetauscher
schematisch vereinfacht dargestellt.
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Das
dargestellte Wasserregister 100 ist in 8a) in
der Draufsicht dargestellt. An der rechten Seite sind zwei Reihen
von Leitungsanschlüssen 102 bzw. 104 erkennbar.
In der linken Seite ist eine Reinigungsöffnung 106 vorgesehen.
In der in 8b) gezeigten Seitenansicht
ist schematisch vereinfacht ein Rauchrohreingang 108 und
ein Rauchrohrausgang 110 dargestellt. In der Vorderansicht
gemäß 8c) sind mit
dem gestrichelten Pfeil 112 die durch das Wasserregister 1 hindurch
strömenden Rauchgase angedeutet. Dabei können
die Rauchgase 112 bei einer geöffneten Bypassklappe 114 am
Wärmetauscher 1 ungehindert vorbei strömen.
Bei geschlossener Bypassklappe 114 strömen die
Rauchgase 112 vom nicht näher dargestellten Ofen
kommend durch den Rauchrohreingang 108 in das Wasserregister 100 und
durchströmen dort die Rauchgaskanäle 60 wie
mit dem gestrichelten Pfeil 112 angedeutet. Dabei können
die Rauchgaskanäle mit deren Durchströmrichtung 62 in
diesem Beispielsfalle quer zur Hauptströmrichtung 116 der
Rauchgasel 12 angeordnet sein. Die Rauchgaskanäle 60 sind
um den Wärmetauscher 1 herum angeordnet, welcher
innenliegend im Wasserregister 100 befestigt ist.
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Wie
aus 8b) erkennbar wird, bestehen die
beiden Reihen Leitungsanschlüsse 102 bzw. 104 jeweils
aus drei Leitungsanschlüssen. Zwei davon dienen für
die thermische Überlaufsicherung, zwei weitere dienen zur
Integration der vorstehend diskutierten beiden Temperaturfühler
für die thermische Überlaufsicherung und für
die Regelung des Heizkreislaufes bzw. dessen Ergänzung
durch den Wärmetauscher 1 und zwei Anschlüsse
dienen zur Integration in den Heizkreislauf.
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Schließlich
ist in 9 eine aus der Praxis bekannte beispielhafte Ausführungsform
des „Wertstein"-Wasserregisters in der Variante als Standregister
mit stehenden Rauchgaszügen und nicht dargestelltem Wärmetauscher
veranschaulicht.
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Die
gezeigte Ausführungsform des Wasserregisters 100 ist
ein sogenanntes „Wertstein-Standregister". In der Schnittansicht
in 9a) ist der innenliegende Wärmetauscher 1 schematisch
angedeutet, wobei hiervon lediglich die außen am Wärmetauscher 1 angeordneten
Rauchgaskanäle 60 schematisch vereinfacht skizziert
sind. Bei geöffneter Bypassklappe 114 können
die Rauchgase 112 vom nicht näher dargestellten
Ofen kommend durch den Rauchrohreingang 108 in das Wasserregister 100 einströmen
und dieses unmittelbar durch den Rauchrohrausgang 110 wieder
verlassen. Bei geschlossener Bypassklappe 114 strömen
die Rauchgase 112, wie dies mit dem gestrichelten Pfeil
dargestellt ist, durch die Rauchgaszüge bzw. Rauchgaskanäle 60 des
Wärmetauschers 1. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
sind die Rauchgaskanäle 60 mit deren Durchströmrichtung 62 quer
zur Durchströmrichtung des Wärmetauschers 1 angeordnet.
Am rechten Rand sind eine Reihe von vier Anschlüssen 102 bzw. 104 für
den Wärmetauscher 1 erkennbar. Die weiteren 9b) bis 9d) zeigen
das Wasserregister 100 in drei weiteren Ansichten von außen.
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Der
erfindungsgemäße, im Wasserregister innen liegende
Wärmetauscher verfügt in vorteilhafter Weise über
die erforderlichen Anschlüsse beispielsweise für
eine Integration in einen bestehenden Brauchwasser-Heizkreislauf.
Weiterhin ist beispielsweise ein „U"-förmig gebogenes
Leitungsrohr vorgesehen, das als thermische Ablaufsicherung dient. Ferner
ist ein erster Temperaturfühler vorgesehen, der mittels
eines entsprechenden Regelkreises im Bedarfsfall die thermische
Ablaufsicherung anspricht. Es ist ein weiterer Temperaturfühler
vorgesehen, der die im Wärmetauscher vorherrschende Wassertemperatur
erfaßt, beispielsweise als Ausgangswert für den
Regelkreis des hiermit unterstützen Heizkreislaufes.
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Der
Wärmetauscher weist hierbei erstmals ein Optimum an Rippen
auf, zum Übertragen der eingetragenen Wärme auf
das Medium, insbesondere das Wasser. Dabei wird die übertragbare
Wärmemenge möglichst verlustfrei über
Rauchgaskanäle von den Rauchgasen eines Ofens abgenommen,
auf die Außenseite des Wärmetauschers übertragen
und von dort in die Rippen eingekoppelt.
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Der
im Wasserregister in dessen Gehäuse innen liegende Wärmetauscher
ist erstmalig aus einer Vielzahl von gleich ausgebildeten Winkelprofilen aufgebaut,
die wechselseitig einander gegenüberliegend aufeinander
gestapelt werden. Die Winkelprofile können hierbei im Querschnitt „J"-, „U"-
oder „L"-förmig ausgebildet sein, wobei mit Blick
auf die gewünschte teilautomatische Fertigung aus schweißtechnischen
Gründen und aus wärmeübergangstechnischen Überlegungen „J"-fömige
Winkelprofile bevorzugt sind.
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Die
Winkelprofile bilden zugleich die nach innen weisenden Rippen als
auch die Außenwand des Wärmetauschers. Die nach
innen weisenden Wärmetauscherrippen verfügen in
einer bevorzugten Ausführungsform über zumindest
vier oder ggf. sechs Öffnungen, die beispielsweise herausgestanzt oder
mit Laserschneiden gefertigt sind, und von denen zwei für
die beiden vorstehend erwähnten Temperaturfühler
vorgesehen sind, sowie zwei weitere Öffnungen von der thermischen
Ablaufsicherung durchströmt werden. Die ggf. verbleibenden
zwei weiteren Öffnungen können frei bleiben.
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Hierbei
sind die sechs genannten Öffnungen ähnlich der
Augenzahl sechs auf einem Würfel jedoch schräg
gegeneinander versetzt angeordnet, so daß nur ein einziges
Profil bzw. nur eine einzige Profilart benötigt wird, um
sowohl die Vorder- als auch die Rückwand ausbilden zu können.
Durch die schräg versetzt zueinander angeordneten Reihen von
drei Öffnungen treffen auch beim Wenden eines Profiles
um 180° immer zwei Öffnungen korrekt auf die Schenkel
der thermischen Ablaufsicherung wobei die beiden anderen Öffnungen
zugleich einen Durchgangskanal für die einzusetzenden Temperaturfühler ergeben,
so daß diese durch die in Reihe hintereinander liegenden Öffnungen
hindurch geführt werden können. Die beiden letzten Öffnungen
bleiben wechselseitig frei.
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Die
Schenkel der thermischen Ablaufsicherung werden längs deren
Umfangs mit den Kanten der jeweiligen Öffnung homogen verschweißt,
um auch hier einen optimalen Wärmeübergang von
der Wärmetauscherrippe zur thermischen Ablaufsicherung
sicherstellen zu können, so daß im Bedarfsfalle auch
ein möglichst guter Wirkungsgrad bei der thermischen Ablaufsicherung
erreicht wird, um den diesbezüglichen Kühlwasserverbrauch
möglichst gering halten zu können.
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Bei
der Herstellung des Wasserregisters bzw. des Wärmetauschers
bildet beispielsweise ein umgekehrtes Winkelprofil oder ein speziell
hierfür vorbereites Bodenteil den Anfang bzw. die Basis,
auf dem dann die weiteren Winkelprofile nacheinander jeweils um
180° verdreht aufgesetzt und miteinander fest verschweißt
werden. Hierbei werden die Winkelprofile über die beiden
nach oben ragenden Rohrabschnitte des bereits zu Beginn integrierten,
in der diskutierten Ausführungsform „U"-förmig
ausgebildeten Leitungsrohrs für die thermische Ablaufsicherung aufgefädelt
und mit diesem rippenweise vollständig verschweißt.
Hierbei kommt die vorstehend erwähnte spezielle Anordnung
der insgesamt sechs Öffnungen in den Rippen zum Tragen,
da je nach Orientierung des Winkelprofils das eine Paar oder das
andere Paar der beiden Zugangsöffnungen über die
Ablaufsicherung gefädelt wird.
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Alternativ
zu der vorstehend diskutierten, rechteckigen bzw. quaderförmigen
Ausgestaltungsvariante des Wärmetauschers, der im Wasserregister angeordnet
ist, kann der Wärmetauscher auch in einer weiteren Ausgestaltungsvariante
aus einer Mehrzahl von Profilen derart aufgebaut werden, daß deren mittlere
Abschnitte, welche letztlich die jeweilige Vorder- bzw. Rückwand
bildenden Wandabschnitte ausbilden, gegeneinander leicht abgewinkelt,
im zusammengebauten Zustand einem Bogen folgen, und damit letztlich
eine quasi aus zwei halbzylinderförmigen Wänden
gebildete, einem Zylinder angenäherte Außenkontur
ergeben.
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Dabei
ragen die Wärmetauscherrippen radial nach innen und weisen
zur Längsachse des Zylinders. Im Inneren kann ein konzentrisch
angeordnetes inneres Durchgangsrohr vorgesehen sein, welches als
thermische Ablaufsicherung dienen kann und von der einen Seite zur
anderen vom Kühlmittel linear durchströmt wird.
Dabei können die Vorderkanten der radial nach innen weisenden
Wärmetauscherrippen an das innenliegende Rohr anstoßen
und sich gegen dieses abstützen. Soweit diese Berührungslinien
mit dem Schweißrüssel zugänglich sind,
können die Vorderkanten der Wärmetauscherrippen
gegen das für die thermische Ablaufsicherung vorgesehene Innenrohr
verschweißt werden.
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Je
nach Ausführungsform dieser weitestgehend zylindrischen
Variante kann das Medium bzw. das Wasser eines Heizungskreislaufs
den so aufgebauten Wärmetauscher in dessen Längsrichtung
linear in jeder der durch die Profile erzeugten Längskammern
durchströmen. Alternativ können die Profile auch
so gefertigt werden, daß die Wärmetauscherrippe
eine auf einer Seite geringere Länge aufweist als der Rest
des Profils, so daß die Gesamtlänge des so aufgebauten
näherungsweise zylindrischen bzw. einem Kreis angenäherten
vieleckigen Wärmetauschers erforderlichenfalls durch in
Längsrichtung überlappende Wärmetauscherrippen
mäanderförmig durchströmt werden kann.
Die jeweilige Ausgestaltung der Profile kann zur Verbesserung der
Wärmeübertragung weiter optimiert werden.
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Die
Rauchgaskanäle zur Führung der wärmeabgebenden
Rauchgase kann dann in Längsrichtung mit entsprechenden
Profilen mittels Aufschweißung erfolgen. In einer etwas
aufwendigeren Ausführungsform können die Rauchgaskanäle
zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung
auch ringförmig oder helixförmig, ähnlich
einer Schraubenwindung folgend, um den aus einer Mehrzahl von Profilen
näherungsweise zylindrisch aufgebauten Wärmetauscher
angeordnet sein.
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Die
derart näherungsweise zylindrisch aufgebaute Wärmetauscher-Variante
kann beispielsweise konzentrisch in Längsrichtung in einem
zylinderförmigen Wasserregistergehäuse angeordnet
sein, um erforderlichenfalls auf entsprechend beschränkte oder
für rechteckige bzw. quaderförmige Lösungen problematische
Einbauverhältnisse eine alternative Lösung anbieten
zu können. Sofern der Außendurchmesser des näherungsweise
zylindrisch ausgebildeten Wärmetauschers durch entsprechend
geeignet dimensionierte Profile derart gewählt wird, daß im Vergleich
zum Durchmesser üblicher Rauchgasrohre ein ausreichend
dimensionierter ringförmiger Restraum verbleibt, könnte
der so ausgebildete Wärmetauscher auch alternativ in einem
Rauchgasrohr angeordnet werden, um möglichst platzsparend
zu bauen.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt damit ein Wasserregister
für einen, vorzugsweise mit Holz befeuerten, Ofen vor,
wie einen Kachel-, Kamin-, Holzofen oder dergleichen, mit einem
Rauchrohreingang, einem Rauchrohrausgang, Rauchgaskanälen,
einem Wärmetauscher und Leitungsanschlüssen. Die Rauchgaskanäle
sind von durch den Rauchrohreingang vom Ofen herangeführten,
wärmeeintragenden Rauchgasen des Ofens derart durchströmbar,
daß die Rauchgase zur Wärmeabgabe an den Wärmetauscher
diesen zumindest abschnittsweise umströmen. Der Wärmetauscher
ist von einem aufzuheizenden Medium, vorzugsweise Wasser für
einen Heizungskreislauf, zur Wärmeaufnahme durchströmbar. Dabei
weist der Wärmetauscher erstmalig zumindest eine Mehrzahl
von identisch ausgebildeten Profilen auf. Die Profile bilden miteinander
verbunden jeweils eine von zwei gegenüberliegenden Wänden
aus, vorzugsweise die Vorder- und Rückwand des Wärmetauschers,
die jeweils eine Mehrzahl von Wandabschnitten aufweisen. Die Profile
bilden eine Mehrzahl von abwechselnd gegenüberliegend angeordneten,
jeweils in Richtung zur gegenüberliegenden Wand weisenden,
flächigen Wärmetauscherrippen aus, die mit den
zugeordneten Wandabschnitten einstückig verbunden sind.
Die Wärmetauscherrippen sind vom aufzuheizenden Medium,
vorzugsweise mäanderförmig bzw. quer zu den flächigen
Wärmetauscherrippen, umströmbar.
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Ferner
gibt die vorliegende Erfindung einen solchen Wärmetauscher
als auch Verfahren zu deren Herstellung an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19804093
C2 [0002, 0002]
- - DE 8703287 U1 [0003]
- - DE 3706937 A1 [0003]
- - DE 8323947 U1 [0004]