DE112005001061T5

DE112005001061T5 - Wärmetauscher und Wasserheizvorrichtung

Info

Publication number: DE112005001061T5
Application number: DE112005001061T
Authority: DE
Inventors: Tetsurou Kobe Hamada; Hitoshi Kobe Hara; Hideaki Kobe Yoshitomi; Kozo Kobe Uehara; Hiroaki Kobe Takashima; Mitufuku Kobe Asakawa
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2008-11-06
Also published as: DE112005001069T8; WO2005108876A1; DE112005001069T5; US20070209606A1; US7523721B2; WO2005108875A1; US20070221143A1; US7428883B2

Abstract

Wärmetauscher, der folgendes aufweist:
– ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind;
– eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die über eine Vielzahl von Zwischenräumen in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind;
– einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht;
– eine Trennwand, um zu verhindern, daß in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt, und um zu bewirken, daß das Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen strömt; und
– einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das unter Durchströmung der Zwischenräume in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen;
– wobei die Schleifen ein Rohr aufweisen, das eine Dicke in Axialrichtung und eine Breite in einer zu der Axialrichtung senkrechten...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für die Rückgewinnung von Wärme aus Verbrennungsgas sowie auf eine Wasserheizvorrichtung, die in einen Wärmetauscher integriert ist.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Ein Beispiel eines Wärmetauschers ist in dem Patentdokument 1 offenbart. Wie in 93 gezeigt ist, beinhaltet der in diesem Dokument offenbarte Wärmetauscher eine Wärmaustausch-Rohrschlange 40e, die in einem Gehäuse 2e angeordnet ist. Der Boden des von der Rohrschlange 40e umgebenen Raums 3e ist durch eine Trennwand 6e verschlossen.
Wenn bei dem Wärmetauscher Verbrennungsgas von der Oberseite des Gehäuses 2e eingeleitet wird, strömt das Verbrennungsgas unter Durchströmung der Zwischenräume der Rohrschlange 40e aus dem Raum 3e heraus und wird durch die untere Öffnung des Gehäuses 2e nach außen ausgeleitet. Andererseits wird ein Medium von dem einen Ende der Rohrschlange 40 her zugeführt, wobei dieses Medium durch das Verbrennungsgas erwärmt wird. Das erwärmte Medium strömt durch das andere Ende der Rohrschlange 40e aus dieser hinaus.
Da bei dieser Konstruktion die Rohrschlange 40e in Form eines einzigen wendelförmigen Rohrs vorliegt, ist die Konstruktion im Vergleich zu einem Wärmetauscher, der eine große Anzahl von gerippten Rohren verwendet, einfach. Aus diesem Grund ist diese Konstruktion für eine Verringerung der Herstellungskosten sowie der Größe des Wärmetauschers insgesamt geeignet.
Die vorstehend beschriebene herkömmliche Konstruktion beinhaltet jedoch folgende Probleme.
Da die Wärmeaustausch-Rohrschlange 40e ein einziges wendelförmiges Rohr aufweist, ist das Berührungsausmaß zwischen dem in den Raum 3e eingeleiteten Verbrennungsgas und der Rohrschlange 40e gering. Insbesondere ist das Berührungsausmaß gering, wenn das Verbrennungsgas durch die Zwischenräume der Rohrschlange 40e hindurchtritt, so daß somit auch das Ausmaß der Wärmeübertragung gering ist. Aus diesem Grund ist die Wärmeaustauscheffizienz bei der herkömmlichen Konstruktion niedrig.
In den letzten Jahren ist zum Zweck des Umweltschutzes durch das Einsparen von Brennstoff, die Verringerung der laufenden Kosten usw. die Steigerung der Wärmeaustauscheffizienz eines Wärmetauschers zu einem großen Erfordernis geworden. Als wirksames Mittel zum Steigern der Wärmeaustauscheffizienz kann man die Rückgewinnung von latenter Wärme aus dem Verbrennungsgas (im spezielleren von latenter Wärme von Wasserdampf in dem Verbrennungsgas) zusätzlich zu spürbarer Wärme in Betracht ziehen. Bei der herkömmlichen Konstruktion ist die Rückgewinnung von solcher latenter Wärme jedoch schwierig.

Patentdokument 1: JP-U-61-69676

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend geschilderten Probleme der herkömmlichen Konstruktion zu lösen oder zu verringern.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß einem ersten Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmetauscher angegeben, der folgendes aufweist: ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die über eine Vielzahl von Zwischenräumen in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; eine Trennwand, um zu verhindern, daß in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt, und um zu bewirken, daß das Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen strömt; und einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das unter Durchströmung der Zwischenräume in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen. Die Schleifen weisen ein Rohr auf, das eine Dicke in Axialrichtung und eine Breite in der zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung aufweist, wobei die Breite größer ist als die Dicke.
Vorzugsweise weisen die Schleifen ein Flachrohr auf.
Vorzugsweise beinhaltet das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand und ist der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und der Rohrschlange gebildet.
Vorzugsweise besitzt der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ferner einen Niederschlag-Aufnahmebereich, der in dem Gehäuse vorgesehen ist und von der Rohrschlange herabtropfenden Niederschlag aufnimmt, sowie eine Austrittsöffnung zum Ausleiten des von dem Niederschlag-Aufnahmebereich aufgenommenen Niederschlags zur Außenseite des Gehäuses.
Vorzugsweise beinhaltet der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Niederschlag-Führungseinrichtung zum Führen des Niederschlags zu dem Verbrennungsgasauslaß, so daß der von der Rohrschlange herabtropfende Niederschlag durch den Verbrennungsgasauslaß zur Außenseite des Gehäuses ausgeleitet wird.
Vorzugsweise ist die Breite der Schleifen nicht gleichmäßig, so daß eine Breite an einer Stelle in der Nähe von der Brenneröffnung und eine Breite an einer von der Brenneröffnung abgelegenen Stelle voneinander verschieden sind.
Vorzugsweise ist die Rohrschlange mit einer Vielzahl von nach innen vorstehenden Vorsprüngen ausgebildet, so daß durch die Rohrschlange hindurchfließendes Wasser Turbulenzen bildet.
Vorzugsweise weist der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine zusätzliche Rohrschlange mit einer Vielzahl von Schleifen auf, die mit den Schleifen der Rohrschlange in Berührung gehalten sind, und es erfolgen der Wassereintritt und der Warmwasseraustritt in bezug auf die Vielzahl der Rohrschlangen in individueller Weise, so daß eine Warmwasserzufuhr zu einer Vielzahl von Bestimmungsorten ermöglicht ist.
Vorzugsweise überlappen die Vielzahl der Rohrschlangen einander in Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung.
Vorzugsweise hat die Rohrschlange eine Doppelrohrkonstruktion mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, und es können die Wasserströmung in dem Innenrohr und die Wasserströmung in einem Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr in individueller Weise ausgeführt werden.
Vorzugsweise besitzt der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Vielzahl von Rohrmodulen, die jeweils ein gegenüberliegendes Paar aus einem ersten und einem zweiten Ende für die Verbindung sowie einen dazwischen liegenden Bereich in Form einer Schleife aufweisen, sowie eine Wasserströmungseinrichtung, die mit den gegenüberliegenden Enden der Vielzahl der Rohrmodule verbunden ist, um eine Wasserströmung in den Rohrmodulen zu ermöglichen, wobei die Module in dem Gehäuse in Axialrichtung angeordnet sind. Die Rohrschlange ist aus den Rohrmodulen gebildet.
Vorzugsweise besitzt die Wasserströmungseinrichtung eine Wassereintrittskammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Wassereintrittsöffnung aufweist, eine Warmwasser-Austrittskammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Warmwasser-Austrittsöffnung aufweist, und eine gemeinsame Kammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit der jeweilige erste Enden der Rohrmodule verbunden sind, so daß die Rohrmodule miteinander in Verbindung stehen. Die Rohrmodule beinhalten ein erstes Rohrmodul, dessen zweites Ende mit der Wassereintrittskammer verbunden ist, sowie ein zweites Rohrmodul, dessen zweites Ende mit der Warmwasser-Austritts kammer verbunden ist. Das in die Wassereintrittskammer eingeleitete Wasser fließt durch das erste Rohrmodul in die gemeinsame Kammer und fließt dann durch das zweite Rohrmodul in die Warmwasser-Austrittskammer.
Vorzugsweise ist die Rohrschlange aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wasserheizvorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus dem von dem Brenner erzeugtem Verbrennungsgas angegeben.
Der Wärmetauscher weist folgendes auf: ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die über eine Vielzahl von Zwischenräumen in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; eine Trennwand, um zu verhindern, daß von dem Brenner in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt, und um zu bewirken, daß das Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen strömt; und einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das unter Durchströmung der Zwischenräume in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen. Die Schleifen weisen ein Rohr auf, das eine Dicke in Axialrichtung, und eine Breite in einer zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung aufweist, wobei die Breite größer ist als die Dicke.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmetauscher angegeben, der folgendes aufweist: ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; eine Trennwand, um zu verhindern, daß in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt; und einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen.
Der Wärmetauscher besitzt ferner mindestens eine zusätzliche Rohrschlange, die sich von der Rohrschlange entweder in dem Durchmesser der Schleifen oder in der Breite der Schleifen unterscheidet, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in einer in Lagen bzw. Runden gewickelten Weise angeordnet ist, um eine Rohrlagen-Wickelkonstruktion zu bilden, bei der die Vielzahl von Schleifen in der Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung angeordnet sind. Der Wärmetauscher weist ferner eine Vielzahl von Zwischenräumen auf, die zwischen den Schleifen zum Hindurchlassen von Verbrennungsgas gebildet sind, so daß das Verbrennungsgas von dem Raum unter Durchströmung der Rohrlagen-Wickelkonstruktion in den Verbrennungsgasweg strömt.
Vorzugsweise weist jede der Rohrschlangen ein wendelförmiges Rohr auf, bei dem die Vielzahl der Schleifen in wendelförmiger Weise miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise beinhaltet das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand, und es ist der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und der Rohrlagen-Wickelkonstruktion gebildet.
Vorzugsweise wird nicht erwärmtes Wasser, das durch keine der inneren Rohrschlangen hindurchgeleitet worden ist, einer äußeren der Rohrschlangen zugeführt.
Vorzugsweise weist der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Abstandselement zum Bilden der Zwischenräume auf. Das Abstandselement beinhaltet einen Basisbereich mit einer Länge in Axialrichtung sowie eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von dem Basisbereich in der Art von Zähnen eines Kamms wegstehen und die zwischen den Schleifen angeordnet sind.
Vorzugsweise weist jede der Schleifen eine mit einem Vorsprung ausgebildete Oberfläche auf, und es sind einander benachbarte Schleifen in Axialrichtung über den Vorsprung miteinander in Berührung gehalten, um die jeweiligen Zwischenräume zu bilden.
Vorzugsweise weist jede der Schleifen eine mit einer Vertiefung ausgebildete äußere Oberfläche auf, und es weist jeder der Zwischenräume einen Bereich zwischen Vertiefungen von einander in Axialrichtung benachbarten Schleifen auf.
Vorzugsweise weist jede der Schleifen eine äußere Oberfläche auf, die mit mindestens einer wendelförmigen Nut ausgebildet ist, und bildet ein Teil der wendelförmigen Nut den Zwischenraum.
Vorzugsweise besitzt der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ferner einen Niederschlag-Aufnahmebereich, der in dem Gehäuse vorgesehen ist und von der Rohrschlange herabtropfenden Niederschlag aufnimmt, sowie eine Austrittsöffnung zum Ausleiten des von dem Niederschlag-Aufnahmebereich aufgenommenen Niederschlags zur Außenseite des Gehäuses.
Vorzugsweise beinhaltet der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Niederschlag-Führungseinrichtung zum Führen des Niederschlags zu dem Verbrennungsgasauslaß, so daß der von den Rohrschlangen herabtropfende Niederschlag durch den Verbrennungsgasauslaß zur Außenseite des Gehäuses ausgeleitet wird.
Vorzugsweise sind die Abmessungen der Zwischenräume nicht gleichmäßig, so daß eine Abmessung an einer Stelle in der Nähe von der Brenneröffnung und eine Abmessung an einer von der Brenneröffnung abgelegenen Stelle voneinander verschieden sind.
Vorzugsweise ist die Vielzahl der Rohrschlangen in dem Rohrdurchmesser der Schleifen gleich ausgebildet und bilden die Schleifen, die in der zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung angeordnet sind, in Axialrichtung keinen Stufenbereich.
Vorzugsweise bilden die Schleifen, die in der zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung angeordnet sind, in der Axialrichtung einen Stufenbereich.
Vorzugsweise sind die Vielzahl der Rohrschlangen in dem Rohrdurchmesser voneinander verschieden, und es weist die innerste Rohrschlange den größten Rohrdurchmesser auf.
Vorzugsweise besitzt der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Wassereinritts-Sammler-/Verteilereinrichtung, die eine Verbindungsöffnung für ein Wassereintrittsrohr aufweist und mit dem einen Ende jeder der Vielzahl von Rohrschlangen verbunden ist, so daß der Verbindungsöffnung zugeführtes Wasser auf die Vielzahl der Rohrschlangen verteilt wird, sowie eine Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung, die eine Verbindungsöffnung für ein Warmwasser-Austrittsrohr aufweist und mit dem anderen Ende jeder der Vielzahl von Rohrschlangen verbunden ist, so daß durch die Vielzahl der Rohrschlangen hindurchgeleitetes Wasser an der Verbindungsöffnung zusammengeführt wird.
Vorzugsweise ist die Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung mit einem näher bei der Brenneröffnung gelegenen Ende einer jeden Rohrschlange verbunden, während die Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung mit einem anderen der Enden verbunden ist, wobei die Wasserströmung in den Rohrschlangen von einem von der Brenneröffnung abgelegenen Bereich in Richtung auf einen nahe bei der Brenneröffnung gelegenen Bereich stattfindet.
Vorzugsweise beinhaltet bei dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand. Es ist eine Vielzahl von gekrümmten Rohren vorgesehen, von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die die Umfangswand des Gehäuses derart durchsetzen, daß das erste Ende in ein Ende von jeder der Rohrschlangen gepaßt und mit diesem verbunden ist und das zweite Ende außerhalb von dem Gehäuse angeordnet ist. Mindestens eine der Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung und der Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung ist mit den zweiten Enden der Vielzahl der gekrümmten Rohre verbunden und außerhalb von dem Gehäuse angeordnet.
Vorzugsweise ist die Anordnungs-Beabstandung der die Umfangswand durchsetzenden Bereiche und der zweiten Enden der gekrümmten Rohre größer als die Anordnungs-Beabstandung der Enden der Rohrschlangen und der ersten Enden der Vielzahl der gekrümmten Rohre.
Vorzugsweise besitzt der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Plattenelement, das mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen der gekrümmten Rohre ausgebildet ist und ein gegenüberliegendes Paar von Rändern aufweist, die zum Bilden vor Vorsprüngen umgebogen sind. Die Umfangswand des Gehäuses ist durch Formen des Plattenelements in eine zylindrische Formgebung sowie durch Verbinden der Vorsprünge miteinander an den gegenüberliegenden Rändern gebildet.
Vorzugsweise beinhaltet der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein erstes Plattenelement, das mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen der gekrümmten Rohre ausgebildet ist, sowie ein zweites Plattenelement, das separat von dem ersten Plattenelement ausgebildet ist. Die Umfangswand des Gehäuses ist durch Verbinden eines gegenüberliegenden Paares von Rändern des zweiten Plattenelements mit dem ersten Plattenelement gebildet, so daß das erste und das zweite Plattenelement eine kontinuierliche zylindrische Formgebung bilden.
Vorzugsweise bildet die Vielzahl der Rohrschlangen eine Vielzahl von Wasserwegen, um den Wassereintritt und den Warmwasseraustritt in individueller Weise auszuführen, so daß unter Durchströmung der Wasserwege erzeugtes Warmwasser zu einer Vielzahl von Bestimmungsorten geliefert wird. Die die Vielzahl der Wasserwege bildenden Rohrschlangen sind miteinander in Berührung gehalten.
Vorzugsweise hat mindestens eine der Rohrschlangen eine Doppelrohrkonstruktion mit einem Innenrohr und einem Außenrohr und können die Wasserströmung in das Innenrohr und die Wasserströmung in einen Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr in individueller Weise vorgenommen werden.
Vorzugsweise weist jede der Rohrschlangen eine Vielzahl von im wesentlichen C-förmigen Rohrbereichen auf, die in Axialrichtung angeordnet sind, und es ist mindestens eine Sammler-/Verteilereinrichtung zum Bewerkstelligen einer Wasserströmung in bezug auf die Rohrbereiche mit gegenüberliegenden Enden der Rohrbereiche verbunden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wasserheizvorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus von dem Brenner erzeugtem Verbrennungsgas angegeben. Der Wärmetauscher weist folgendes auf: ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; eine Trennwand, um zu verhindern, daß von dem Brenner in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt; und einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen.
Die Wasserheizvorrichtung besitzt ferner mindestens eine zusätzliche Rohrschlange, die sich von der Rohrschlange entweder in dem Durchmesser der Schleifen oder der Breite der Schleifen unterscheidet, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in einer in Lagen bzw. Runden gewickelten Weise angeordnet ist, um eine Rohrlagen-Wickelkonstruktion zu bilden, bei der eine Vielzahl von Schleifen in der Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung rechtwinkligen Richtung angeordnet sind. Die Wasserheizvorrichtung weist ferner eine Vielzahl von Zwischenräumen auf, die zwischen den Schleifen zum Hindurchlassen von Verbrennungsgas gebildet sind, so daß das Verbrennungsgas von dem Raum unter Durchströmung der Rohrlagen-Wickelkonstruktion in den Verbrennungsgasweg strömt.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher derart ausgerichtet, daß die Brenneröffnung höher angeordnet ist als der Verbrennungsgasauslaß, und der Brenner ist mit einem oberen Bereich des Wärmetauschers verbunden und verbrennt Brennstoff in Richtung nach unten.
Vorzugsweise ist jede der Schleifen kreisförmig, beinhaltet das Gehäuse eine die Schleifen umgebende, im wesentlichen zylindrische Umfangswand, und es ist der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und den Schleifen gebildet.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher derart ausgerichtet, daß die Brenneröffnung niedriger angeordnet ist als der Verbrennungsgasauslaß, und es ist der Brenner mit einem unteren Bereich des Wärmetauschers verbunden und verbrennt Brennstoff in Richtung nach oben.
Vorzugsweise ist jede der Schleifen rechteckig ausgebildet, das Gehäuse weist eine Umfangswand auf, die in Form eines rechteckigen Zylinders ausgebildet ist und die Schleifen umgibt, und der Verbrennungsgasweg ist zwischen der Umfangswand und den Schleifen gebildet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich in deutlicherer Weise aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integriertem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1;
3A eine Draufsicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Rohrmoduls, das ein Wärmeaustausch-Wasserrohr bildet, während
3B eine Frontansicht von diesem zeigt;
4 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Hauptbereichs der in 1 dargestellten Heizvorrichtung;
5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V in 2;
6 eine teilweise fragmentarische Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Abstandselements, das bei der in 1 gezeigten Wasserheizvorrichtung verwendet wird;
7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels des Betriebsablaufs einer Steuerung der in 1 dargestellten Heizvorrichtung;
8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Beispiels des Betriebsablaufs der Steuerung des in 1 dargestellten Wassers;
9 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Beispiels des Betriebsablaufs der Steuerung der in 1 dargestellten Wasserheizvorrichtung;
10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung noch eines weiteren Beispiels des Betriebsablaufs der Steuerung der in 1 dargestellten Wasserheizvorrichtung;
11 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
12 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
13A und 13B Perspektivansichten zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
14A und 14B Perspektivansichten zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
15 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
16 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Abstandselements;
17A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Bereichs eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, während
17B eine von der linken Seite gesehene Ansicht eines wesentlichen Bereichs der 17A darstellt;
18A und 18B Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Beispiels mit nicht gleichmäßiger Steigung einer Rohrschlange;
19A und 19B Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Beispiels mit nicht gleichmäßiger Breite einer Rohrschlange;
20A eine horizontale Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs eines Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, das zum Erzeugen von Turbulenz mit Vorsprüngen ausgebildet ist, während
20B eine Schnittdarstellung entlang der Linie XX-XX in 20A zeigt;
21A eine horizontale Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, das zur Erzeugung von Turbulenz mit Vorsprüngen ausgebildet ist, während
21B eine Schnittdarstellung entlang der Linie XXI-XXI in 21A darstellt;
22A eine horizontale Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, das zur Erzeugung von Turbulenz mit Vorsprüngen ausgebildet ist, während
22B eine Schnittdarstellung entlang der Linie XXII-XXII in 22A darstellt;
23A eine horizontale Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, das zur Erzeugung von Turbulenz mit Vorsprüngen ausgebildet ist, während
23B eine Schnittdarstellung entlang der Linie XXIII-XXIII in 23A darstellt;
24A eine horizontale Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs, das zur Erzeugung von Turbulenz mit Vorsprüngen ausgebildet ist, während
24B eine Schnittdarstellung entlang der Linie XXIV-XXIV in der 24A darstellt;
25A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Beispiels einer Konstruktion, bei der eine Vielzahl von Wärmeaustausch-Wasserrohren in Berührung miteinander gehalten sind, während
25B eine horizontale Schnittdarstellung des wesentlichen Bereichs zeigt;
26A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Konstruktion, bei der eine Vielzahl von Wärmeaustausch-Wasserrohren in Berührung miteinander gehalten sind, während
26B eine horizontale Schnittdarstellung des wesentlichen Bereichs zeigt;
27 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Konstruktion, bei der eine Vielzahl von Wärmeaustausch-Wasserrohren in Berührung miteinander gehalten sind;
28 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Konstruktion, bei der eine Vielzahl von Wärmeaustausch-Wasserrohren in Berührung miteinander gehalten sind;
29A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Beispiels eines Wärmeaustausch-Wasserrohrs mit einer Doppelrohrkonstruktion, während
29B eine teilweise weggeschnittene, horizontale Schnittdarstellung von diesem zeigt;
30A und 30B schematische horizontale Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Gehäuses eines Wärmetauschers;
31 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Niederschlag-Aufnahmebereichs des Wärmetauschers;
32 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Niederschlag-Aufnahmebereichs des Wärmetauschers;
33 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Rohrmodul-Verbindungskonstruktion bei dem Wärmetauscher;
34 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integriertem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung;
35 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integriertem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung;
36 eine Schnittdarstellung des in 35 dargestellten Wärmetauschers;
37 eine Schnittdarstellung des in 35 dargestellten Wärmetauschers;
38 eine horizontale Schnittdarstellung des in 35 dargestellten Wärmetauschers;
39 eine Schnittdarstellung eines wesentlichen Bereichs der 38;
40 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Verbindungskonstruktion zwischen einer Rohrschlange und einem gebogenen Rohr, das ein Wasserrohr bildet;
41 eine schematische Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Vielzahl von Rohrschlangen;
42 eine schematische Perspektivansicht zur Erläuterung eines Vorgangs zum Anbringen von Zubehörteilen an der Vielzahl der in 41 dargestellten Rohrschlangen;
43 eine schematische Perspektivansicht zur Erläuterung eines Vorgangs, bei dem die Rohrschlangen und die Zubehörteile in der Darstellung der 42 mit einer Platte umgeben werden;
44 eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Zustands, in dem die Rohrschlangen und die Zubehörteile gemäß der Darstellung in 42 von der Platte umgeben sind;
45 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
46 eine horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs des in 45 dargestellten Wärmetauschers;
47 eine schematische Perspektivansicht zur Erläuterung einer Vielzahl von Rohrschlangen, die für die Herstellung des in 45 dargestellten Wärmetauschers verwendet werden;
48 eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Zustands, in dem zugehörige Teile an der Vielzahl der in 47 dargestellten Rohrschlangen angebracht sind;
49 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Vorgangs, bei dem die Rohrschlangen und die zugehörigen Teile gemäß der Darstellung in 48 mit einer Platte umgeben werden;
50 eine auseinandergezogene Perspektivansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Vorgangs zur Herstellen eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
51 eine horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Sammler-/Verteilerkonstruktion eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
52 eine Schnittdarstellung des Bereichs, der in 51 mit dem Bezugszeichen LII bezeichnet ist;
53 eine Schnittdarstellung entlang der Linie LIII-LIII in 52;
54A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Anschlags, der für die Sammler-/Verteilerverbindung verwendet wird, während
54B eine Schnittdarstellung entlang der Linie LIVb-LIVb in der 54A darstellt und
54C eine Schnittdarstellung entlang der Linie LIVc-LIVc in der 54A darstellt;
55 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung zur Erläuterung des in 51 gezeigten Sammler-/Verteilerkonstruktionsbereichs;
56 eine horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Verbindungskonstruktion für eine Vielzahl von gebogenen Rohren, die für die Sammler-/Verteilerverbindung verwendet werden;
57 eine schematische horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
58 eine schematische horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
59 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integriertem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung;
60 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
61 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
62 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
63 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs der 62;
64 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
65 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
66 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
67 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
68 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
69 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Abstandselements;
70 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung;
71 eine Schnittdarstellung entlang der Linie LXXI-LXXI in 70;
72 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels für eine Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung;
73 eine Schnittdarstellung entlang der Linie LXXIII-LXXIII in der 72;
74 eine Perspektivansicht einer in 72 und 73 gezeigten Rohrschlange;
75A eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung, wobei
75B eine Schnittdarstellung entlang der Linie LXXV-LXXV in der 75A zeigt;
76 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung;
77 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung;
78 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange bei der vorliegenden Erfindung;
79 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Schließen eines Spalts über einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion bei der vorliegenden Erfindung;
80 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Schließen eines Spalts über einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion bei der vorliegenden Erfindung;
81 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Schließen eines Spalts über einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion bei der vorliegenden Erfindung;
82 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels einer Einrichtung zum Schließen eines Spalts über einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion bei der vorliegenden Erfindung;
83A eine horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung, während
83B eine Schnittdarstellung entlang der Linie LXXXIII-LXXXIII in der 83A darstellt;
84 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels einer Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
85 eine schematische horizontale Schnittdarstellung der in 84 gezeigten Wasserheizvorrichtung;
86 eine teilweise fragmentarische Perspektivansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
87 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs des in 86 dargestellten Wärmetauschers;
88A und 88B Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Beispiels für die Art und Weise, in der eine Vielzahl von Rohrschlangen miteinander in Berührung gebracht werden;
89 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
90 eine horizontale Schnittdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
91 eine Schnittdarstellung entlang der Linie XCI-XCI in 90;
92 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integriertem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung; und
93 eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Konstruktion gemäß dem Stand der Technik.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel eines Wärmetauschers und einer Wasserheizvorrichtung mit darin integrierten Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung. Die 2 bis 6 veranschaulichen die Konstruktion des in 1 gezeigten Wärmetauschers sowie die zugehörigen Teile von diesem. Wie in 1 deutlicher zu sehen ist, beinhaltet die Wasserheizvorrichtung B1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Brenner 1, ein unteres Gehäuse 80, einen Austrittskanal 81 und eine Steuerung 89 zusätzlich zu dem Wärmetauscher A1.
Bei dem Brenner 1 handelt es sich um einen Brenner mit umgekehrtem Brennvorgang, bei dem das Gas, das durch Zerstäuben von Kerosin als Brennstoff gebildet wird, in Richtung nach unten verbrannt wird oder das Kerosin für den Brennvorgang strahlförmig nach unten gerichtet wird. An dem Wärmetauscher A1 ist ein Gehäuse 10 angeordnet, das im wesentlichen die Form eines Kastens mit einem offenen Boden hat. Der Brenner 1 ist in dem Gehäuse 10 angeordnet und wird von diesem abgestützt. An dem Gehäuse 10 ist ein Gebläse 13 zum Zuführen von Luft für die Verbrennung in Richtung nach unten in das Gehäuse 10 vorgesehen. Die Luftzufuhr durch das Gebläse 13 ist von Nutzen, um eine Strömung der Luft für die Verbrennung in dem Wärmetauscher A1 entlang eines vorbestimmten Weges, der noch beschrieben wird, zu veranlassen.
Ferner ist an dem Gehäuse 10 eine Brennstoff-Zuführungseinheit 12 angebracht, die zum Zuführen von Brennstoff zu dem Brenner 1 dient und die zum Einstellen der Brennstoffzufuhr in der Lage ist. Die Steuerung 89 umfaßt einen Mikrocomputer mit einer CPU und einem damit gekoppelten Speicher. Die Steuerung 89 bestimmt die Verbrennungsleistungsstufe des Brenners 1 nach Maßgabe von bestimmten Bedingungen und steuert die Brennstoffzufuhr von der Brennstoff-Zuführungseinheit 12 zu dem Brenner 1 sowie die Anzahl der Umdrehungen des Motors M des Gebläses 13 in einer derartigen Weise, daß der Brenner 1 auf der vorbestimmten Verbrennungsleistungsstufe betrieben werden kann, wie dies im folgenden ausführlich beschrieben wird.
Der Wärmetauscher A1 beinhaltet ein Gehäuse 2 und ein Wärmeaustausch-Wasserrohr 6. Sowohl das Gehäuse 2 als auch das Wasserrohr 6 sind aus rostfreiem Stahl hergestellt, damit sie nicht so leicht durch den Niederschlag korrodiert werden, der unter Verwendung des Wasserrohrs 6 bei der Rückgewinnung von latenter Wärme aus dem Verbrennungsgas erzeugt wird. Im spezielleren wird bei der Rückgewinnung von latenter Wärme aus dem Verbrennungsgas in dem Verbrennungsgas vorhandener Wasserdampf kondensiert, so daß ein Niederschlag (kondensiertes Wasser) erzeugt wird.
Im allgemeinen hat der Niederschlag, der in dem Verbrennungsgas enthaltenes Schwefeloxid, Stickstoffoxid, usw. absorbiert hat, einen starken Säuregehalt mit einem pH-Wert von etwa 3. Aus diesem Grund sind das Gehäuse 2 und das Wasserrohr 6 aus einem Material mit ausgezeichneter Säurebeständigkeit hergestellt. Ein Niederschlag-Aufnahmebereich 26, eine Trennwand 19 und Abstandselemente 18, die später noch ausführlich beschrieben werden, sind ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Das Gehäuse 2 des Wärmetauschers A1 ist mit dem Boden des Gehäuses 10 verbunden und beinhaltet eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 20. Das Gehäuse 2 besitzt einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, die mit einer Brenneröffnung 22A bzw. einem Verbrennungsgasauslaß 22B ausgebildet sind. Die Brenneröffnung 22A wird zum Einleiten von Verbrennungsgas von dem Brenner 1 oder zum Einsetzen des Brenners 1 in das Gehäuse 2 und zur Montage des Brenners 1 in diesem verwendet.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Brenner 1 durch die Brenneröffnung 22A teilweise in das Gehäuse 2 eingeführt. Als Wasserströmungseinrichtung für das Wasserrohr 6 ist das Gehäuse 2 mit einer Wassereintrittskammer 71, die mit einem Wassereinlaß 71a ausgebildet ist, mit einer Warmwasser-Austrittskammer 72, die mit einem Warmwasserauslaß 72a ausgebildet ist, sowie mit einer gemeinsamen Kammer 73 versehen. Die Kammern 71 bis 73 können beispielsweise dadurch gebildet sein, daß geeignete Gehäuseelemente mit der Außenseite der Umfangswand 20 verschweißt sind. Die spezielle Verbindungskonstruktion zwischen den Kammern 71 bis 73 und dem Wasserrohr 6 wird im folgenden noch beschrieben.
Das Wasserrohr 6 beinhaltet eine Rohrschlange 60, die in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Die Rohrschlange 60 beinhaltet eine Vielzahl von wendelförmigen Schleifen 60a, die miteinander verbunden sind und über Zwischenräume 61 hinweg entlang der Höhenrichtung des Gehäuses 2 angeordnet sind. Jede der Schleifen 60a ist flach. Der Brenner 1 ist oben auf einem Raum 35 positioniert, der von der Rohrschlange 60 umschlossen wird. Zwischen dem Außenumfang der Rohrschlange 60 und der Umfangswand 20 des Gehäuses 2 ist ein Verbrennungsgasweg 36 gebildet, der in Höhenrichtung des Gehäuses 2 verläuft. Wie in 2 gezeigt, ist jede der Schleifen 60a im wesentlichen ringförmig, während die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 im wesentlichen zylindrisch ist. Die Breite L2 des Verbrennungsgasweges 36 in Radialrichtung des Gehäuses 2 ist im wesentlichen gleichmäßig.
Das Wasserrohr 6 ist durch Stapeln einer Vielzahl von Rohrmodulen 62 mit der gleichen Größe und der gleichen Formgebung in dem Gehäuse 2 gebildet. Wie im spezielleren in den 3A und 3B gezeigt ist, beinhaltet jedes der Rohrmodule 62 einen Teil, der aus einer Vielzahl von (beispielsweise fünf) im wesentlichen ringförmigen Schleifen 60a gebildet ist, die wendelförmig miteinander verbunden sind und in Richtung der Dicke aufeinander gestapelt sind.
Dieser Teil besitzt ein erstes und ein zweites Ende 62a und 62b, die jeweils mit einem Verbindungsanschluß 62c versehen sind. Das Rohrmodul 62 insgesamt ist mit Ausnahme der mit den Verbindungsanschlüssen 62c versehenen Bereiche durch ein flaches rostfreies Rohr gebildet, dessen Breite L1 größer ist als die Dicke t1. Im spezielleren kann die Dicke t1 etwa 5 mm betragen, während die Breite L1 beispielsweise etwa 25 mm betragen kann.
Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, beinhaltet das Wasserrohr 6 vier Rohrmodule 62 (62A bis 62D), die vertikal in Richtung der Höhe aufeinander gestapelt sind. Das erste Ende 62a jedes Rohrmoduls ist mit der gemeinsamen Kammer 73 verbunden und wird von dieser abgestützt. Die Beschreibung von vier Rohrmodulen 62 dient lediglich einem einfacheren Verständnis, wobei jedoch die Anzahl der Rohrmodule nicht auf vier begrenzt ist. Das zweite Ende 62b eines jeden der beiden unteren Rohrmodule 62C und 62D ist mit der Wassereintrittskammer 61 verbunden und wird von dieser abgestützt.
Das zweite Ende 62b von jedem der beiden oberen Rohrmodule 62A und 62B ist mit der Warmwasser-Austrittskammer 72 verbunden und wird von dieser abgestützt. Das in den Wassereinlaß 71a eintretende Wasser strömt somit von der Wassereintrittskammer 71 durch die Rohrmodule 62C, 62D in die gemeinsame Kammer 73, strömt durch das erste Ende 62a in die Rohrmodule 62A, 62B und erreicht somit die Warmwasser-Austrittskammer 72 und wird dann durch den Warmwasserauslaß 72a dem gewünschten Zielort zugeführt.
Wie in 5 besser zu sehen ist, sind die Trennwand 19 sowie eine Vielzahl von Abstandselementen 18 in dem Wärmetauscher 1 vorgesehen. Die Trennwand 19 dient zum Schließen des Bodens des Raums 35 und liegt beispielsweise in Form einer kreisförmigen Platte vor. Wie die Trennwand 19, die im folgenden bei den in den 35 bis 39 gezeigten Ausführungsbeispielen noch beschrieben wird, kann die Trennwand 19 auch eine Laminatkonstruktion aufweisen, die durch Bedecken einer Oberfläche einer Metallplatte mit einem wärmeisolierenden Material oder einer Konstruktion gebildet ist, bei der die obere Oberfläche, die mit dem Verbrennungsgas in Berührung tritt, vertieft ausgebildet ist. Die Trennwand 19 ist zum Beispiel durch Verschweißen der Trennwand 19 mit dem Wasserrohr 6 montiert. Alternativ hierzu kann die Trennwand 19 unter Verwendung einer geeigneten Stütze (nicht gezeigt) gehaltert werden, die an dem Boden des Gehäuses 2 angebracht ist.
Wie in 6 gezeigt ist, beinhaltet jedes der Abstandselemente 18 einen Basisbereich 18a in Form eines länglichen Rechtecks sowie eine Vielzahl von Vorsprüngen 18b, die nach der Art von Zähnen eines Kamms von dem Basisbereich 18a wegstehen. Das Abstandselement 18 kann durch Bearbeiten von Metall oder durch Verschweißen einer Vielzahl von Metallplatten gebildet werden. Alternativ hierzu kann das Abstandselement durch spanende Bearbeitung und Biegen einer Metallplatte gebildet werden.
Die speziellen Beispiele werden im folgenden noch angegeben. Wie in 5 gezeigt, ist jeder der Vorsprünge 18b zwischen einander benachbarten Schleifen 60a eingesetzt, so daß die Zwischenräume 61 gebildet werden. Somit ist die Abmessung L3 der Zwischenräume gleich der Dicke L3 der Vorsprünge 18b. Die Vielzahl der Vorsprünge 18b hat die gleiche Dicke L3, so daß auch die Vielzahl der Zwischenräume 61 die gleiche Abmessung aufweist. Wie im folgenden noch beschrieben, können die Zwischenräume 61 jedoch auch unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
Während die Dicke t1 des Wasserrohrs 6 in der vorstehend genannten Weise etwa 5 mm beträgt, beträgt die Abmessung L3 der Zwischenräume 61 beispielsweise etwa 0,8 bis 2,0 mm. Wie in 2 deutlicher zu sehen ist, sind die Abstandselemente 18 beispielsweise an drei Stellen entlang des Außenumfangs der Rohrschlange 60 etwa in regelmäßigen Intervallen vorgesehen. Zum zuverlässigen Anbringen der Abstandselemente 18 können die Abstandselemente 18 mit geeigneten Bereichen der Rohrschlange 60 oder des Gehäuses 2 verschweißt werden.
Wie in 1 besser zu sehen ist, beinhaltet der Wärmetauscher A1 einen Niederschlag-Aufnahmebereich 26. Der Niederschlag-Aufnahmebereich 26 dient zum Aufnehmen des Niederschlags, der von dem Wasserrohr 6 herabtropft, und ist unterhalb von der Rohrschlange 60 angeordnet. Der Niederschlag-Aufnahmebereich 26 ist in Form eines Rings ausgebildet, in dessen Zentrum der Verbrennungsgasauslaß 22B ausgebildet ist und dessen Außenumfang mit der Umfangswand 20 des Gehäuses 2 verschweißt ist.
Der Niederschlag-Aufnahmebereich 26 beinhaltet eine schräg verlaufende Fläche 260, die mit zunehmender Distanz von dem Außenumfang in Richtung auf den Verbrennungsgasauslaß 22B niedriger wird, sowie eine aufrechte Wand 261, die entlang des Umfangs des Verbrennungsgasauslasses 22B aufrecht nach oben ragt. Die aufrechte Wand 261 und die schräg verlaufende Fläche 260 bilden eine Nut 262, in der Niederschlag gesammelt wird. Der Boden des Niederschlag-Aufnahmebereichs 26 ist mit einer Austrittsöffnung 26b ausgebildet. Ein Rohr 82 zum Ausleiten des Niederschlags aus dem Gehäuse 2 oder dem unteren Gehäuse 80 ist mit der Austrittsöffnung 26b verbunden.
Das untere Gehäuse 80 ist im wesentlichen in Form eines hohlen rechtwinkligen Quaders ausgebildet. Der Wärmetauscher A1 und der Austrittskanal 81 sind nebeneinander an dem unteren Gehäuse 80 angebracht. Das untere Gehäuse 80 beinhaltet eine obere Wand, die mit Öffnungen 80a und 80b ausgebildet ist, die mit dem Verbrennungsgasauslaß 22B des Wärmetauschers A1 bzw. der unteren Öffnung des Austrittskanals 81 in Verbindung stehen.
Das Verbrennungsgas, das von dem Verbrennungsgasauslaß 22B des Wärmetauschers A1 in Richtung auf das untere Gehäuse 80 nach unten strömt, durchströmt somit das untere Gehäuse 80 und strömt dann von unten nach oben in den Austrittskanal 81. Anschließend durchlauft das Verbrennungsgas den Austrittskanal 81 und wird durch die Austrittsöffnung 81a als Abgas nach außen ausgeleitet. Der Austrittskanal 81 enthält ein schallabsorbierendes Material (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Glaswolle, und dient als Dämpfungseinrichtung zum Reduzieren des Austrittsgeräusches.
Im folgenden werden die Arbeitsweise und die Vorteile der Wasserheizvorrichtung B1 erläutert.
Wenn der Brenner 1 unter Zufuhr von Luft für die Verbrennung von dem Gebläse 13 in Richtung nach unten betrieben wird, so wird in dem als Brennkammer dienenden Raum 35 Verbrennungsgas erzeugt. Obwohl das Verbrennungsgas die Tendenz hat, nach unten zu strömen, wird eine nach unten gehende Strömung verhindert, da der Boden des Raums 35 durch die Trennwand 19 verschlossen ist. Daher strömt das Verbrennungsgas durch die Vielzahl der Zwischenräume 61 der Rohrschlange 60 hindurch in den Verbrennungsgasweg 36. Anschließend strömt das Verbrennungsgas durch den Verbrennungsgasweg 36 nach unten und tritt durch den Verbrennungsgasauslaß 22B in das untere Gehäuse 80 ein.
Anschließend strömt das Verbrennungsgas durch den Austrittskanal 81 hindurch und wird durch die Austrittsöffnung 81a als Abgas nach außen ausgeleitet. In der Wasserheizvorrichtung B1 strömt das Verbrennungsgas gleichmäßig die vorstehend beschriebene, vorbestimmte Route entlang. Aus diesem Grund wird ein partielles Zurückhalten des Verbrennungsgases innerhalb des Wärmetauschers A1 verhindert. Dadurch wird das durch den Betrieb des Brenners 1 nach und nach erzeugte Verbrennungsgas in effektiver Weise für den Wärmeaustausch genutzt.
Da die Rohrschlange 60 den Raum 35 als Brennkammer umschließt und die Zwischenräume 61 beinhaltet, durch die das Verbrennungsgas hindurchtritt, erfolgt durch die Rohrschlange eine Rückgewinnung von Wärme aus dem Verbrennungsgas. Jede der Schleifen 60a der Rohrschlange 60 ist durch ein flaches Rohr gebildet, dessen Breite L1 groß ist. Wenn das Verbrennungsgas durch die Zwischenräume 61 hindurchtritt, ist somit die Berührungsdauer zwischen der Schleife 60a und dem Verbrennungsgas lang. Infolgedessen ist die Wärmemenge, die die Rohrschlange 60 aus dem Verbrennungsgas zurückgewinnt, hoch.
Da bei dem Wärmetauscher A1 die Breite L1 groß ist, kann nicht nur die spürbare Wärme, sondern auch die latente Wärme aus dem Verbrennungsgas zurückgewonnen werden. Durch die Verwendung der Abstandselemente 18 kann die Abmessung der Zwischenräume 61 in Form einer Abmessung gewählt werden, die für die Wärmeübertragung optimal ist. Auch beim Strömen nach unten über den Verbrennungsgasweg 36 überträgt das Verbrennungsgas Wärme auf die Rohrschlange 60. Daher ist die Wärmeaustauscheffizienz des Wärmetauschers A1 sehr hoch, wobei dadurch wiederum die Warmwasser-Versorgungsleistung gesteigert wird.
Zusätzlich zu der Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz kann die Verwendung der Rohrschlange 60, die aus einem flachen Rohr gebildet ist, in vorteilhafter Weise die Wassermenge in dem Wasserrohr 6 erhöhen. Im spezielleren kann aufgrund der Tatsache, daß die Dicke t1 jeder der Schleifen 60a gering ist, die Anzahl der Schleifen 60a erhöht werden, ohne daß die Gesamthöhe der Rohrschlange 60 vergrößert wird, so daß die Wassermenge in dem Wasserrohr 6 gesteigert werden kann. Im spezielleren kann die Wassermenge durch Erhöhen der Breite L1 des flachen Rohrs weiter gesteigert werden.
Bei dem Wärmetauscher A1 wird die Wärmeaustauscheffizienz ohne Verwendung eines Rippenrohres als Wasserrohr verbessert, wobei die Konstruktion des Wasserrohrs 6 einfach ist. Obwohl der Wärmetauscher A1 aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, sind die Herstellungskosten somit relativ gering. Da das Wasserrohr 6 unter Verwendung einer Vielzahl von Rohrmodulen 62 mit gleichmäßiger Formgebung und Größe gebildet ist, lassen sich die Herstellungskosten im Vergleich zu der Konstruktion, bei der ein durch Bilden eines einzigen Rohrs zu einer kontinuierlichen wendelförmigen Formgebung gebildetes Wasserrohr verwendet wird, weiter reduzieren. Da ferner die Gesamtlänge und das Gesamtvolumen des Wasserrohrs 6 durch Verändern der Anzahl der Rohrmodule 62 geändert werden können, lassen sich die Spezifikationen des Wärmetauschers A1 in einfacher Weise verändern.
Das Verbrennungsgas erzeugt einen Niederschlag, wenn es mit der Rohrschlange 60 in Berührung gelangt und ein Wärmeaustausch stattfindet. Der Niederschlag tropft jedoch von der Rohrschlange 60 herab und wird dann von dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26 aufgenommen, um durch das Rohr 82 nach außen ausgeleitet zu werden. Somit kommt es zu keinem derartigen Problem, daß eine große Menge an Niederschlag in dem Gehäuse 2 vorhanden bleibt. Auf diese Weise wird eine Kontamination des unteren Gehäuses 40 durch den Niederschlag verhindert.
Da der Bereich, mit dem der Niederschlag in Berührung gelangen kann, aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, so wird auch Korrosion aufgrund der Berührung mit dem säurehaltigen Niederschlag verhindert. Da ferner auch das Wasserrohr 6 des Wärmetauschers A1 aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, kann zum Beispiel Kupfer oder Eisen enthaltendes Brunnenwasser für die Verwendung in das Wasserrohr 6 eingeleitet werden, so daß der Nutzungsbereich des Wärmetauschers gesteigert werden kann.
Bei der Wasserheizvorrichtung B1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Verbrennungsleistungsstufe beim Betreiben des Brenners 1 durch ein herkömmliches bekanntes Verfahren bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, kann bei der Wasserheizvorrichtung B1 die Wassermenge in dem Wasserrohr 6 erhöht werden, wobei das Wasserrohr 6 aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als beispielsweise Kupfer aufweist.
Bei der Wasserheizvorrichtung B1 wird somit als Mittel zum Steigern der Warmwasser-Versorgungsleistung sowie zum raschen Liefern von Warmwasser mit hoher Temperatur zum Beginn des Betriebs des Brenners 1 von der Steuerung 89 beispielsweise ein beliebiger der in den 7 bis 9 dargestellten Prozesse sowie des in 10 dargestellten Prozesses durchgeführt. Dieser Aspekt wird nachfolgend beschrieben.
In dem in 7 dargestellten Prozeß stellt die Steuerung 89 die Temperatur WT des Wassers in dem Wasserrohr 6 unabhängig davon, ob der Brenner 1 in Betrieb ist oder nicht, fest, und überwacht diese (S1). Die Wassertemperatur WT kann unter Verwendung von einem oder einer Vielzahl von Temperatursensoren (nicht gezeigt) festgestellt werden, die in geeigneten Bereichen des Wärmetauschers A1, beispielsweise den Bereichen innerhalb des Gehäuses 2, vorgesehen sind. Als Temperatursensor kann beispielsweise ein Sensor verwendet werden, der von einem Thermistor Gebrauch macht. Wenn die Wassertemperatur WT relativ niedrig sowie niedriger als eine erste vorgegebene Temperatur T1 ist, setzt die Steuerung 89 den Brenner 1 in Betrieb und veranlaßt den Brenner zum Ausführen einer vorläufigen Verbrennung (S2: JA, S3).
Bei der vorläufigen Verbrennung bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Funktion im Gegensatz zu der Verbrennung zum Ausführen einer Warmwasserabgabe (Hauptverbrennung), wobei darunter der Brennvorgang lediglich zum Anheben der Temperatur des in dem Wasserrohr 6 enthaltenen Wassers zu verstehen ist. Die vorläufige Verbrennung wird mit einer Wärmeleistung durchgeführt, die beträchtlich geringer ist als die Wärmeleistung für die Hauptverbrennung. Jedoch ist es auch mög lich, die vorläufige Verbrennung mit etwa dem gleichen Maß der Wärmeleistung wie dem für die Hauptverbrennung durchzuführen.
Wenn die Wassertemperatur WT durch die vorläufige Verbrennung erhöht wird und eine zweite vorgegebene Temperatur T2 erreicht oder höher als diese wird, beendet die Steuerung 89 die vorläufige Verbrennung (S4: JA, S5). Die zweite vorgegebene Temperatur T2 ist höher als die erste vorgegebene Temperatur T1. Jedoch kann die zweite vorgegebene Temperatur T2 auch gleich der ersten vorgegebenen Temperatur T1 sein. In diesem Fall wird jedoch die vorläufige Verbrennung gestartet, wenn die Wassertemperatur WT auf eine Temperatur geringfügig unterhalb der vorgegebenen Temperatur absinkt, und die vorläufige Verbrennung wird gestoppt, wenn die Wassertemperatur WT geringfügig ansteigt.
Es kommt somit zu einem Regelschwingungs-Phänomen, bei dem das Starten und das Stoppen der vorläufigen Verbrennung häufig wiederholt werden. Daher ist es wünschenswert, Maßnahmen gegen das Auftreten eines derartigen Phänomens zu ergreifen. Die Wasserheizvorrichtung B1 ist mit einem Fernbedienungspult (nicht gezeigt) ausgestattet, und vorzugsweise können die erste und die zweite vorgegebene Temperatur T1, T2 durch einen Schaltvorgang an dem Fernbedienungspult durch einen Benutzer verändert werden.
Nach dem Stoppen der vorläufigen Verbrennung wechselt der Prozeß auf den Hauptverbrennungsmodus über, wobei dies zu dem Zeitpunkt stattfindet, zu dem MOQ den Zustand EIN erreicht (S6: JA, S7). In der vorliegenden Beschreibung ist unter MOQ die minimale Wasserzuführungsmenge zu dem Wasserrohr 6 zu verstehen, die notwendig ist, damit die Wasserheizvorrichtung B1 den Warmwasserversorgungsvorgang ausführen kann; ferner ist unter der Ausdrucksweise, daß MOQ den Zustand EIN erreicht, zu verstehen, daß dem Wasserrohr 6 nicht weniger als die minimale Wasserversorgungsmenge zugeführt worden ist.
Durch den vorstehend beschriebenen Prozeß wird die Wassertemperatur WT in dem Bereich von der ersten vorgegebenen Temperatur T1 bis zu der zweiten vorgegebenen Temperatur T2 gehalten, wobei sie auf einer relativ hohen Temperatur gehalten werden kann. Wenn die Hauptverbrennung für die Warmwasserversorgung gestartet wird, kann somit bald Warmwasser mit einer hohen Temperatur geliefert werden.
Bei dem in 8 gezeigten Prozeß stellt die Steuerung 89 in ähnlicher Weise wie bei dem in 7 dargestellten Prozeß die Wassertemperatur WT fest (S11). Wenn die Wassertemperatur WT niedriger ist als die erste vorgegebene Temperatur T1 (S12: JA), berechnet die Steuerung 89 die Wärmemenge, die zum Erhöhen der Wassertemperatur WT auf die zweite vorgegebene Temperatur T2 erforderlich ist, und sie bestimmt die Verbrennungsbedingungen, die zum Erzielen dieser Wärmemenge erforderlich sind (S13, S14).
Bei den Verbrennungsbedingungen handelt es sich um die Verbrennungsleistungsstufe und die Verbrennungszeit. Anschließend veranlaßt die Steuerung 89 den Brenner 1 zum Ausführen der vorläufigen Verbrennung bei der bestimmten Verbrennungsleistungsstufe. Wenn die vorläufige Verbrennung die Verbrennungsbedingungen erfüllt, stoppt die Steuerung dann die vorläufige Verbrennung (S15, S16: JA, S17). Die anschließenden Verfahrensschritte S18 und S19 erfolgen in ähnlicher Weise wie die in 7 dargestellten Verfahrensschritte S6 und S7.
Mittels des vorstehend beschriebenen Vorgangs wird ähnlich dem in 7 dargestellten Vorgang die Wassertemperatur WT innerhalb des Bereichs von der ersten vorgegebenen Temperatur T1 bis zu der zweiten vorgegebenen Temperatur T2 gehalten, wobei die Wassertemperatur auf einer relativ hohen Temperatur gehalten werden kann. Wenn die Hauptverbrennung für die Versorgung mit Warmwasser gestartet wird, kann somit bald Warmwasser mit hoher Temperatur geliefert werden.
Wenn bei dem in 9 dargestellten Prozeß MOQ den Zustand EIN erreicht und die Verbrennung an dem Brenner 1 gestartet werden soll (S21: JA), berechnet die Steuerung 89 eine Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 und bestimmt eine Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 auf der Basis der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 sowie eines vorbestimmten Korrekturkoeffizienten γ1 (S22, S23). Bei der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 handelt es sich um das Verbrennungsleistungsniveau, das für die Periode mit Ausnahme des Beginns des Betriebs als optimal betrachtet wird und auf der Basis der Temperatur des einströmenden Wassers, der Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers sowie der Zielmenge des ausströmenden Warmwassers bestimmt wird.
Die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 kann unter Verwendung eines Rechenprogramms berechnet werden, das so wie es ist in einer herkömmlichen Wasserheiz vorrichtung verwendet wird. Bei der Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 handelt es sich um das Verbrennungsleistungsniveau, das nur bei Beginn des Betriebs des Brenners 1 verwendet wird und beispielsweise durch die Formel N2 = N1 × γ1 berechnet wird.
Der Korrekturkoeffizient γ1 ist vorbestimmt und wird vorab in den Speicher der Steuerung 89 als Bezugswert eingegeben, wobei es sich bei diesem um einen Wert von größer als 1 handelt. Somit ergibt sich die Beziehung N2 > N1. Vorzugsweise kann ähnlich der ersten und der zweiten vorgegebenen Temperatur T1 und T2 auch der Korrekturkoeffizient γ1 beispielsweise durch einen Schaltvorgang an der Fernbedienungskonsole geändert werden. Dies gilt auch für Korrekturkoeffizienten γ2 und γ3, wie dies im folgenden noch beschrieben wird.
Nach Abschluß der Berechnung betreibt die Steuerung 89 den Brenner 1 auf der Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 (S24). Wenn anschließend das Ausströmen bzw. die Abgabe von Warmwasser gestartet wird und die Temperatur T3 des ausströmenden Warmwassers auf die Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers oder eine vorbestimmte Temperatur nahe der Zieltemperatur erhöht worden ist, schaltet die Steuerung 89 die Verbrennungsleistungsstufe des Brenners 1 auf die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 um (S25: JA, S26). Wenn anschließend MOK den Zustand AUS erreicht, wird die Verbrennung gestoppt (S27: JA, S28).
Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß wird zu Beginn des Betriebs des Brenners 1 der Brenner 1 auf der Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 betrieben, deren Wärmeleistung höher ist als die der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1. Aus diesem Grund wird die Zeitdauer verkürzt, die die tatsächliche Temperatur des ausströmenden Warmwassers bis zum Erreichen der Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers benötigt. Da ferner die Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 auf die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 umgeschaltet wird, wenn die Temperatur des ausströmenden Warmwassers die Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers erreicht oder sich dieser nähert, kann eine anschließende Überhitzung vermieden werden, und die Abgabe von Warmwasser unter den gewünschten Bedingungen läßt sich in angemessener Weise fortsetzen.
Der Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung von der Betriebsbeginn-Verbrennungsleistungsstufe N2 auf die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 umgeschaltet wird ("JA" in Schritt S25) ist nicht auf den Zeitpunkt begrenzt, zu dem die Temperatur des ausströmenden Warmwassers die vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Zum Beispiel kann ein Zeitgeber beim Starten der Abgabe von Warmwasser gesetzt werden, so daß der Umschaltvorgang erfolgt, wenn der Zeitgeber den Aus-Zustand erreicht. Alternativ hierzu kann der Umschaltvorgang zu dem Zeitpunkt ausgeführt werden, zu dem die tatsächliche Menge des ausströmenden Warmwassers eine vorbestimmte Menge überschritten hat.
Der in 10 veranschaulichte Prozeß bewältigt die Situation, bei der die in das Wasserrohr 6 einströmende Wassermenge oder die vorgegebene Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers während des Ausströmens des Warmwassers rasch verändert wird. Wenn bei diesem Vorgang MOQ den Zustand EIN erreicht, betreibt die Steuerung 89 den Brenner 1 zuerst auf der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 (S31, S32).
Es ist zwar in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch können in diesem Stadium des Beginns der Verbrennung die in den 7 bis 9 dargestellten Prozeßschritte ausgeführt werden. Wenn während der Verbrennung auf der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 die in das Wasserrohr 6 einströmende Wassermenge oder der vorgegebene Wert der Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers über einen vorbestimmten Bereich rasch verändert wird (S33: JA), verändert die Steuerung 89 die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 auf eine korrigierte Verbrennungsleistungsstufe, um diese Situation rasch zu bewältigen.
Wenn die Eintrittswassermenge oder die vorgegebene Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers erhöht wird (S34: JA), bestimmt die Steuerung 89 genauer gesagt die Verbrennungsleistungsstufe N3 für eine rasche Veränderung der Betriebsbedingungen, und die Steuerung 89 betreibt den Brenner 1 auf der Verbrennungsleistungsstufe N3 (S35, S36). Die Verbrennungsleistungsstufe N3 läßt sich beispielsweise durch die Formel N3 = N1 × γ2 ermitteln. Hierbei handelt es sich bei γ2 um einen Korrekturkoeffizienten, der vorbestimmt ist und vorab in den Speicher der Steuerung 89 eingegeben worden ist, wobei es sich um einen Wert von größer als 1 handelt.
Daher ist die Verbrennungsleistungsstufe N3 höher als die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1. Wenn dagegen die Wassereintrittsmenge oder die vorgegebene Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers vermindert ist (S34: NEIN), bestimmt die Steuerung 89 die Verbrennungsleistungsstufe N4 für eine unmittelbare Veränderung der Betriebsbedingungen aufgrund der Formel N4 = N1 × γ3, und die Steuerung 89 betreibt den Brenner 1 auf der Verbrennungsleistungsstufe N4 (S41, S42). Hierbei handelt es sich bei γ3 um einen Korrekturkoeffizienten, der ähnlich dem Korrekturkoeffizienten γ2 in den Speicher eingegeben worden ist, wobei es sich jedoch um einen Wert handelt, der geringer ist als 1. Aus diesem Grund ist die Verbrennungsleistungsstufe N4 niedriger als die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1.
Wenn die Temperatur des ausströmenden Warmwassers die Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers oder einen vorbestimmten Temperaturbereich um die Zieltemperatur herum während des Betriebs des Brenners 1 auf der Verbrennungsleistungsstufe N3 oder N4 erreicht, führt die Steuerung 89 die Verbrennungsleistungsstufe des Brenners 1 auf die Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1 zurück (S37: JA, S43: JA, S38). Wenn anschließend MOQ den Zustand AUS erreicht, wird die Verbrennung gestoppt (S39: JA, S40).
Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß die Wassereintrittsmenge in das Wasserrohr 6 unmittelbar erhöht wird oder die Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers unmittelbar beträchtlich erhöht wird, erfolgt die Verbrennung auf der Verbrennungsleistungsstufe N3 für eine rasche Veränderung der Betriebsbedingungen, deren Wärmeenergie höher ist als die der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1, bei der es sich um die ursprüngliche Verbrennungsleistungsstufe handelt, so daß die Heizrate erhöht wird.
Somit wird verhindert, daß Warmwasser mit einer niedrigeren Temperatur als der Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers in einer großen Menge ausströmt. Wenn umgekehrt die Wassereintrittsmenge in das Wasserrohr 6 unmittelbar vermindert wird oder die Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers unmittelbar beträchtlich verringert wird, erfolgt die Verbrennung auf der Verbrennungsleistungsstufe N4 für eine rasche Veränderung der Betriebsbedingungen, deren Wärmeleistung niedriger ist als die der Referenz-Verbrennungsleistungsstufe N1. Somit kann ein sogenanntes Nachkochen in zuverlässiger Weise verhindert werden. Infolgedessen wird verhindert, daß Warmwasser mit einer höheren Temperatur als der Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers in einer großen Menge ausströmt.
Der in 10 dargestellte Prozeß ist nicht nur in der Situation anwendbar, bei der eine rasche Veränderung der Wassereintrittsmenge oder der vorgegebenen Zieltemperatur des ausströmenden Warmwassers vorliegt, sondern auch in der Situation, in der eine rasche Änderung der Temperatur des einströmenden Wassers vorhanden ist. Wenn die Temperatur des einströmenden Warmwassers rasch abfällt, werden die Verfahrensschritte ähnlich den Schritten S35 und S36 durchgeführt. Wenn die Temperatur des einströmenden Wassers rasch ansteigt, werden die Verfahrensschritte ähnlich den Schritten S41 und S42 durchgeführt. Ähnlich der Beschreibung des Verfahrensschrittes S25 gemäß 9 kann die Verbrennungsleistungsstufe von der Stufe N3, N4 auf die Stufe N1 umgeschaltet werden, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
Die 11 bis 92 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. In diesen Zeichnungen sind Elemente, die mit denen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels identisch sind oder diesen ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rohrschlange 60 des Wasserrohrs 6 mit einer Vielzahl von Abstandselementen 18A versehen, die in Richtung der Höhe voneinander beabstandet sind. Im Vergleich zu dem in den 5 und 6 dargestellten Abstandselement 18 hat der Basisbereich 18a jedes Abstandselements 18A eine kürzere Länge, und die Anzahl der Vorsprünge 18b ist gering.
Obwohl bei einer derartigen Anordnung die Abmessungen von allen Zwischenräumen 61 der Rohrschlange 60 nicht kollektiv durch ein einziges Abstandselement 18A festgelegt werden können, so können dennoch die Abmessungen einer bestimmten Anzahl von Zwischenräumen 61 kollektiv festgelegt werden, wobei dies zweckdienlich ist. Bei Verwendung von zwei Abstandselementen 18A, die sich in den Dicken t2 und t3 der Vorsprünge 18b unterscheiden, lassen sich Zwischenräume 61 mit unterschiedlichen Abmessungen in geeigneter Weise bilden, wie dies im folgenden noch beschrieben wird.
Bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Abstandselementen 18B jeweils mit der Formgebung einer ebenen Platte oder eines Chips einzeln zwischen die Schleifen 60a eingesetzt. Diese Anordnung kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, obwohl das Einsetzen der mehreren Abstandselemente 18b zwischen die Schleifen 60a mühsam ist. Selbst bei dieser Anordnung können Zwischenräume 61 mit gewünschten Abmessungen durch die Abstandselemente 18B in geeigneter Weise gebildet werden. Da es in einfacher Weise möglich ist, eine Vielzahl von Abstandselementen 18B mit unterschiedlichen Dicken auszubilden, ist diese Anordnung zum Bilden von Zwischenräumen 61 mit unterschiedlichen Abmessungen geeignet.
Bei den in den 13 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Abstandselement durch spanende Bearbeitung und Biegen einer Metallplatte gebildet. Das in 13A dargestellte Abstandselement 18C beinhaltet Vorsprünge 18b, die durch Bilden von Schnitten 18c in einem Basisbereich 18a sowie durch Biegen der von den Schnitten umgebenen Bereiche in Richtung nach oben gebildet sind. Mit dieser Konstruktion kann das Abstandselement 18C in einfacher Weise aus einer einzelnen Metallplatte hergestellt werden, wobei dies zum Reduzieren der Herstellungskosten von Vorteil ist.
Bei dem in 13B dargestellten Abstandselement 18D weist der Basisbereich 18a einen L-förmigen Querschnitt auf, der durch einen ersten und einen zweiten Plattenbereich 181 und 182 gebildet ist. Schnitte 18c sind in kontinuierlicher Weise über den ersten und den zweiten Plattenbereich 181 und 182 hinweg gebildet. Die durch die spanende Bearbeitung und das Biegen gebildeten Vorsprünge 18b sind von dem zweiten Plattenbereich 182 getrennt, so daß sie partiell von dem ersten Plattenbereich 181 wegstehen.
Bei dem in 13A dargestellten Abstandselement 18C ist die Steigerung der vorspringenden Dimension L4 jedes Vorsprungs 18b schwierig, wenn die Distanz P1 zwischen einander benachbarten Vorsprüngen 18b gering ist. Bei dem in 13B dargestellten Abstandselement 18D dagegen kann die vorspringende Dimension L5 jedes Vorsprungs 18b unabhängig von der Distanz P1 erhöht werden.
Das in 14A dargestellte Abstandselement 18E beinhaltet Vorsprünge 18b, die durch Bilden von Schnitten 18c in dem Basisbereich 18a sowie durch Biegen der von den Schnitten 18c umgebenen Bereiche in horizontaler Richtung gebildet sind. Mit dieser Konstruktion kann die vorspringende Dimension L6 unabhängig von der Distanz P1 zwischen den Vorsprüngen 18b erhöht werden. Obwohl die Breite L7 jedes Vorsprungs 18b gering ist, gibt es keine Probleme, da die Breite L7 nicht groß sein muß.
Ähnlich dem in 13B dargestellten Abstandselement 18D hat der Basisbereich 18a des in 14B gezeigten Abstandselements 18F einen L-förmigen Querschnitt aus einem ersten und einem zweiten Plattenbereich 181 und 182. Die Schnitte 18c zum Bilden der Vorsprünge 18a durch einen Biegevorgang sind über den ersten und den zweiten Plattenbereich 181 und 182 gebildet. Bei dieser Konstruktion kann die vor stehende Dimension L8 jedes Vorsprungs 18b noch weiter erhöht werden, ohne daß die Gesamtbreite des Basisbereichs 18a zunimmt.
Bei dem in 15 gezeigten Abstandselement 18G sind eine Vielzahl von Vorsprüngen 18b, die durch spanende Bearbeitung und Biegen des Basisbereichs 18a gebildet sind, in Sätzen von beispielsweise vier Vorsprüngen gruppiert. Die Vorsprünge 18b in jedem Satz sind schräg verlaufend angeordnet. Bei dieser Konstruktion kann eine große Anzahl von Vorsprüngen 18b in der Art von Zähnen eines Kammes in platzsparender Weise angeordnet werden, ohne daß die Gesamtbreite des Abstandselements 18 zunimmt.
Das in 16 gezeigte Abstandselement 18H beinhaltet Vorsprünge 18b, die jeweils mit einem Stufenbereich 180 ausgebildet sind, der durch Preßbearbeitung des Vorsprungs gebildet ist. Bei dieser Konstruktion läßt sich die maximale Dicke des Vorsprungs 18b größer ausbilden als die Dicke des Basisbereichs 18a. Durch Ausbilden der Stufenbereiche 180 mit unterschiedlichen Höhen können ferner Zwischenräume 61 mit unterschiedlichen Abmessungen ähnlich wie bei den im folgenden noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen ausgebildet werden.
Bei dem in 17A und 17B dargestellten Ausführungsbeispiel hat jede der Schleifen 60a der Rohrschlange 60 eine äußere Oberfläche, die mit einem Vorsprung 69 ausgebildet ist. Die Schleifen 60a, die in Richtung der Höhe einander benachbart sind, sind über den Vorsprung 69 miteinander in Berührung gehalten.
Mit dieser Konstruktion kann ein Zwischenraum 61 mit einer gewünschten Abmessung ohne Einsatz eines Abstandselements zwischen einander benachbarten Schleifen 60a gebildet werden. Auf diese Weise ist die Anbringung eines Abstandselements nicht notwendig, so daß sich die Montage des Wärmetauschers vereinfacht. Die spezielle Formgebung, Größe und Anzahl der Vorsprünge 69 sind nicht einschränkend zu verstehen.
Bei dem in 18A dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vielzahl der Zwischenräume 61 der Rohrschlange 60 unterschiedliche Abmessungen auf. Genauer gesagt, es ist die Abmessung L9 der Zwischenräume 61 in einem unteren Bereich der Rohrschlange 60 kleiner als die Abmessung L10 der Zwischenräume 61 in einem oberen Bereich. Bei der Temperaturverteilung in dem Raum 35 ist die Temperatur in einem unteren Bereich wahrscheinlich höher als in einem oberen Bereich, da der Brenner 1 den Brennvorgang in Richtung nach unten ausführt.
Durch Ausbilden von Zwischenräumen 61 mit einer kleineren Abmessung L9 in dem Bereich, der mit Wahrscheinlichkeit heiß wird, kann das eine hohe Temperatur aufweisende Verbrennungsgas in ausreichender Weise mit der Rohrschlange 60 in Berührung treten, so daß das Ausmaß des Wärmetransfers erhöht wird.
Bei dem in 18B gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Abmessung L11 der Zwischenräume 61 im Verlauf von der Oberseite zum Boden der Rohrschlange 60 allmählich geringer. Mit dieser Konstruktion lassen sich die gleichen Vorteile wie bei dem in 18A dargestellten Ausführungsbeispiel erzielen. Bei der vorliegenden Erfindung können Zwischenräume 61 mit unterschiedlichen Abmessungen auch in einer anderen Weise als vorstehend beschrieben vorhanden sein.
Zum Beispiel können die Abmessungen der Zwischenräume 61 in drei Stufen, nämlich groß, mittel und klein, oder in einer größeren Anzahl von Stufen verändert werden. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Brenners 1 oder anderen Bedingungen muß die Temperatur in dem unteren Bereich des Raums 35 nicht notwendigerweise höher sein als in dem oberen Bereich, sondern es kann auch die Temperatur in dem oberen Bereich höher sein. Umgekehrt zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann in diesem Fall die Abmessung der Zwischenräume 61 in dem oberen Bereich der Rohrschlange 60 kleiner ausgebildet sein als die Abmessung der Zwischenräume 61 in dem unteren Bereich.
Bei dem in 19A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Breite L12 des flachen Rohrs, das die Rohrschlange 60 bildet, in einem unteren Bereich größer als in einem oberen Bereich der Rohrschlange 60. Mit dieser Konstruktion kann wiederum das eine hohe Temperatur aufweisende Verbrennungsgas in einem unteren Bereich der Rohrschlange 60 in ausreichender Weise mit dem unteren Bereich der Rohrschlange 60 in Berührung treten, so daß das Ausmaß der Wärmeübertragung in vorteilhafter Weise erhöht wird.
Bei dem in 19B dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Breite L13 des flachen Rohrs im Verlauf von der Oberseite zu der Unterseite der Rohrschlange 60 allmählich zu. Auch mit dieser Konstruktion erhält man die gleichen Vorteile wie bei dem in 19A dargestellten Ausführungsbeispiel. In ähnlicher Weise wie in dem Fall, in dem Zwischenräume 61 in unterschiedlichen Größen vorhanden sind, kann auch das flache Rohr in nicht gleichmäßiger Breite in verschiedenartiger Weise vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der Temperaturverteilung des Verbrennungsgases kann die Breite in dem oberen Bereich größer ausgebildet werden als in dem unteren Bereich der Rohrschlange 60.
Bei dem in den 20A und 20B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schleife 60a der Rohrschlange 60 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 68 ausgebildet, die nach innen ragen und in geeigneter Weise voneinander beabstandet sind. Mit dieser Konstruktion erzeugt das durch die Schleife 60a hindurchströmende Wasser Turbulenz, so daß der Schichtkoeffizient in dem Rohr gesteigert wird. Auf diese Weise wird die Wärmeaustauscheffizienz erhöht.
Die 21 bis 24 zeigen weitere Beispiele von Vorsprüngen 68, die in der Rohrschlange 60 zum Erzeugen von Turbulenz in dieser ausgebildet sind. Bei der in den 21A und 21B ausgebildeten Konstruktion ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 68 in einer versetzten Anordnung sowohl an der oberen Oberfläche als auch an der unteren Oberfläche der Schleife 60a ausgebildet. Bei der in den 22A und 22B dargestellten Konstruktion sind an der oberen Oberfläche der Schleife 60a ausgebildete Vorsprünge 68 sowie an der unteren Oberfläche der Schleife ausgebildete Vorsprünge 68 einander gegenüberliegend derart angeordnet, daß sie miteinander in Berührung stehen oder nahe beieinander angeordnet sind.
Bei der in den 23A und 23B dargestellten Konstruktion ist eine Vielzahl von Paaren von Vorsprüngen 68 in einer versetzten Anordnung vorgesehen, wobei jedes Paar aus Vorsprüngen besteht, die einander zugewandt gegenüberliegend und miteinander in Berührung stehend oder nahe beieinander angeordnet sind. Bei der in den 24A und 24B dargestellten Konstruktion sind eine Vielzahl von Vorsprüngen 68 in einer versetzten Anordnung sowohl an der oberen als auch an der unteren Oberfläche der Schleife 60a gebildet.
Die Vorsprünge an der oberen Oberfläche sowie die Vorsprünge an der unteren Oberfläche der Schleife sind positionsmäßig voneinander derart versetzt, daß sie einander nicht zugewandt gegenüberliegen. Wie aus diesen Beispielen erkennbar ist, können die Vorsprünge 68 zum Schaffen von Turbulenz in verschiedenartiger Weise vorgesehen sein, wobei bei der vorliegenden Erfindung jede beliebige Weise verwendet werden kann.
Die 25A und 25B zeigen einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse und zwei Wasserwegen, der ein Wasserrohr 6A sowie zwei Wasserrohre 6B für verschiedene Warmwasserversorgungsziele beinhaltet. Zum Beispiel kann das Wasserrohr 6A zum Zuführen von Warmwasser zu einer Küche verwendet werden, während die Wasserrohre 6B zum Zuführen von Warmwasser zu einem Badezimmer verwendet werden können. Jede der Schleifen 60a' des Wasserrohrs 6A ist sandwichartig zwischen den Schleifen 60a'' der beiden Wasserrohre 6B angeordnet sowie in Berührung mit diesen gehalten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Schleifen 60a', 60a'' zu einem Satz kombiniert, und ein Zwischenraum 61 zum Durchlassen des Verbrennungsgases ist zwischen den einander benachbarten Sätzen gebildet. Wie in 25B besser zu sehen ist, beinhaltet die Sammler-/Verteilereinrichtung für die Wasserrohre eine Wassereintrittskammer 71A, eine Warmwasser-Austrittskammer 72A sowie eine gemeinsame Kammer 73A, mit denen gegenüberliegende Enden 62a', 62b' einer Vielzahl von das Wasserrohr 6A bildenden Rohrmodulen 62 verbunden sind.
Ferner beinhaltet die Sammler-/Verteilereinrichtung eine Wassereintrittskammer 71B, eine Warmwasser-Austrittskammer 72B und eine gemeinsame Kammer 73B, mit denen gegenüberliegende Enden 62a'', 62b'' einer Vielzahl von die Wasserrohre 6B bildenden Rohrmodulen 62 verbunden sind. Mit dieser Konstruktion wird verhindert, daß durch die Wasserrohre 6A und 6B fließendes Wasser gemischt wird.
Wenn bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion Warmwasser beispielsweise nur der Küche zugeführt werden soll, erfolgt eine Wasserströmung nur in dem Wasserrohr 6A, während das Wasser in den Wasserrohren 6B in diesen verbleibt. Es ist erkennbar, daß beim Betrieb des Brenners 1 zum Ausführen einer Warmwasserzufuhr zu der Küche das in den Wasserrohren B verbleibende Wasser erhitzt werden kann und zum Kochen gebracht werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch ein Wärmetransfer zwischen den Wasserrohren 6A und 6B, so daß ein solches Kochen in geeigneter Weise verhindert wird.
Wenn im Gegensatz dazu eine Wasserströmung nur in den Wasserrohren 6B stattfindet, wird das Kochen des Wassers in dem Wasserrohr 6A in ähnlicher Weise verhindert. Da die Wasserrohre 6A, 6B durch flache Rohre gebildet sind, ist die Wärmeübertragungsfläche vorteilhafterweise groß. Für einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse und zwei Wasserwegen ist es gelegentlich notwendig, eine Wasserströmung in beiden der zwei Arten von Wasserrohren auszuführen, um Warmwasser beispielsweise sowohl zu einer Küche als auch zu einem Badezimmer gleichzeitig zuzuführen.
Da der Wärmetauscher und die Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Wärmeaustauscheffizienz aufweisen und in der Lage sind, die Menge des zuzuführenden Warmwassers zu steigern, läßt sich die Konstruktion mit einem Gehäuse und zwei Wasserwegen in geeigneter Weise verwenden.
Bei dem in den 26A und 26B dargestellten Ausführungsbeispiel sind Schleifen 60a' und 60a'' von zwei Arten von Wasserrohren 6A und 6B paarweise vorgesehen sowie in Radialrichtung der Rohrschlange 60 Seite an Seite in Berührung miteinander angeordnet. Wie in 26B besser zu sehen, ist die Konstruktion einer Sammler-/Verteilereinrichtung zum Anschließen der Wasserrohre 6A, 6B im großen und ganzen die gleiche wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, wobei jedoch die positionsmäßige Beziehung jedes Teils anders ist.
Bei der in 27 dargestellten Konstruktion umgeben die Schleifen 60a' von zwei Wasserrohren 6B den gesamten Umfang der Schleife 60a' des Wasserrohrs 6A in Berührung mit der Schleife 60a'. Bei der in 28 dargestellten Konstruktion weist das Wasserrohr 6A ein kreisförmiges Rohr auf, und das Wasserrohr 6B umgibt etwa die Hälfte des Umfangs des Wasserrohrs 6A in Berührung mit diesem.
Wie aus diesen Ausführungsbeispielen erkennbar ist, können bei der vorliegenden Erfindung die beiden Arten von Rohren 6A und 6B in verschiedenartiger Weise miteinander in Berührung gehalten werden. Jedoch ist eine Konstruktion, bei der die Berührungsfläche zwischen den beiden Arten von Rohren groß ist, bevorzugt, da eine größere Berührungsfläche für ein größeres Ausmaß an Wärmeübertragung sorgt und in zuverlässigerer Weise ein Kochen von Wasser in einem nicht benutzten Wasserrohr verhindert.
Bei dem in den 29A und 29B gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Wasserrohr eine Doppelrohrkonstruktion mit einem Innenrohr 6A und einem Außenrohr 6B. Da die Wasserströmung in dem Innenrohr 6A und die Wasserströmung in dem Raum zwischen dem Innenrohr 6A und dem Außenrohr 6B individuell erfolgen müssen, haben auch die Wassereintrittskammern 71A, 71B, die Warmwasser-Austrittskammern 72A, 72B so wie die gemeinsamen Kammern 73A, 73B, mit denen gegenüberliegende Enden der Rohre verbunden sind, jeweils eine Doppelkonstruktion.
Mit einer derartigen Konstruktion kann wiederum Warmwasser individuell zu zwei Zielorten zugeführt werden. Das zwischen dem Innenrohr 6A und dem Außenrohr 6B vorhandene Wasser führt über das Innenrohr 6A eine Wärmeübertragung mit dem Wasser in dem Innenrohr 6A durch. Wenn das Wasser nur an einer dieser Stellen für die Warmwasserversorgung verwendet wird, kann somit ein Kochen des Wassers an der anderen Stelle in angemessener Weise verhindert werden.
Bei dem in 30A dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 im wesentlichen halbzylindrisch oder nahezu halbzylindrisch ausgebildet. Bei dem in 30B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 in Form eines Rechteckzylinders ausgebildet. Bei beiden dieser Ausführungsbeispiele ist die Schleife 60a des Wasserrohrs 6 im wesentlichen ringförmig ausgebildet.
Bei dieser Konstruktion ist die Breite L14 des Verbrennungsgasweges 36 an gewissen Stellen unterschiedlich, und der Verbrennungsgasweg beinhaltet einen breiteren Bereich und einen schmaleren Bereich. Da bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen, die in den 1 bis 5 dargestellt sind, die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 im wesentlichen zylindrisch ist, so ist die Breite des Verbrennungsgasweges 36 im wesentlichen gleichmäßig, so daß die Strömungsrate und die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in jedem beliebigen Bereich des Verbrennungsgasweges 36 im wesentlichen gleich sind.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dagegen können die Strömungsrate und die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in dem Verbrennungsgasweg 36 ungleichmäßig gemacht werden, um den tatsächlichen Nutzungsbedingungen der Wasserheizvorrichtungen Rechnung zu tragen. Da sich ferner die einander gegenüberliegenden Enden 62a und 62b des Wasserrohrs 6 sowie die benachbarten Bereiche über eine relativ lange Distanz über den Verbrennungsgasweg 36 erstrecken, können auch diese Bereiche für den Wärmeaustausch genutzt werden.
Bei dem in 31 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die an dem Außenumfang des Niederschlag-Aufnahmebereichs 26A ausgebildete aufrechte Wand 263 von der Umfangswand 20 des Gehäuses 2 beabstandet, um dazwischen einen Zwischenraum 36a zu bilden, der als Verbrennungsgasauslaß dient. Mit dieser Konstruktion kann das nach unten durch den Verbrennungsgasweg 36 hindurchströmende Verbrennungsgas durch den Zwischenraum 36a und den Verbrennungsgasauslaß 22B hindurchströmen und in das untere Gehäuse 80 eintreten.
Selbst wenn die Abmessung L30 des Raums zwischen der Rohrschlange 60 und dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26A beispielsweise zur Verringerung der Gesamthöhe reduziert ist und somit die Menge des in Richtung auf den Verbrennungsgasauslaß 22B strömenden Verbrennungsgases vermindert ist, kann das Verbrennungsgas somit in problemloser Weise durch den Zwischenraum 36a ausgeleitet werden.
Bei dem in 32 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwar ein Zwischenraum 36a zwischen dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26B und der Umfangswand 20 vorhanden, jedoch beinhaltet der Niederschlag-Aufnahmebereich 26B keinen Bereich, der dem vorstehend beschriebenen Verbrennungsgasauslaß 22B entspricht. Auch mit dieser Konstruktion kann das Verbrennungsgas unter Verwendung des Zwischenraums 36a als Verbrennungsgasauslaß in problemloser Weise ausgeleitet werden.
Bei der in 33 dargestellten Konstruktion sind mit Ausnahme des obersten Endes 62b und des untersten Endes 62b der Rohrmodule 62A bis 62D die in Richtung der Höhe einander benachbarten Enden 62b miteinander verbunden, wobei die in Richtung der Höhe einander benachbarten Enden 62a gleichermaßen miteinander verbunden sind.
Wenn bei einer derartigen Konstruktion ein Wasserzustrom beispielsweise durch das unterste Ende 62b stattfindet, kann das Wasser in kontinuierlicher Weise durch die Rohrmodule 62D, 62C, 62B und 62A in der genannten Reihenfolge von unten nach oben strömen, um schließlich durch das oberste Ende 62b ausgeleitet zu werden. Somit ist eine Wasserströmung ähnlich der in einem Wasserrohr möglich, das ein einziges wendelförmiges Rohr umfaßt, so daß die Zeitdauer, während der Wasser durch das Wasserrohr 6 hindurchtritt und in diesem erwärmt wird, gesteigert wird. Diese Konstruktion kann auch bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Bei dem in 34 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 19 höher als das untere Ende des Raums 35 positioniert, so daß das von dem Brenner 1 erzeugte Verbrennungsgas daran gehindert ist, direkt unter die Trennwand 19 zu strömen. Auf diese Weise kann bei der vorliegenden Erfindung das untere Ende des Raums 35 nicht direkt durch die Trennwand 19 verschlossen sein.
Bei dem in dieser Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsgasverschluß 29 zum Schließen des Bodens des Verbrennungsgasweges 36 an einem unteren Bereich der Umfangswand 20 des Gehäuses 2 vorgesehen. Der Verbrennungsgasverschluß 29 ist ringförmig und beinhaltet eine schräg verlaufende Oberfläche 29a, die im Verlauf zu dem radialen Zentrum des Gehäuses 2 niedriger wird. Die schräg verlaufende Oberfläche 29a dient auch als Führung, um den Niederschlag dazu zu veranlassen, von dem Verbrennungsgasauslaß 22B nach unten zu fließen. Ein Niederschlag-Aufnahmebereich 26C zum Aufnehmen des Niederschlags, der von dem Verbrennungsgasauslaß 22B herabtropft, ist in dem unteren Gehäuse 81 vorgesehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Rohrschlange 60 einen oberen Bereich HT1 über der Trennwand 19, der für einen primären Wärmeaustausch verwendet werden kann, sowie einen unteren Bereich HT2 unter der Trennwand, der für einen sekundären Austausch verwendet werden kann. Im spezielleren strömt das in dem Raum 35 durch den Betrieb des Brenners 1 erzeugte Verbrennungsgas durch die Zwischenräume 61 des oberen Bereichs HT1 hindurch in den Verbrennungsgasweg 36 und gelangt dann durch die Zwischenräume 61 des unteren Bereichs HT2 zu dem Verbrennungsgasauslaß 22B. Mit dieser Konstruktion kann die spürbare Wärme aus dem Verbrennungsgas in dem oberen Bereich HT1 rückgewonnen werden, und die latente Wärme kann aus dem Verbrennungsgas in dem unteren Bereich HT2 rückgewonnen werden.
Die 35 bis 92 zeigen einen Wärmetauscher mit einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion sowie damit verbundene Ausführungsbeispiele. Der Inhalt dieser Ausführungsbeispiele beinhaltet jedoch technische Merkmale, die auch bei dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher anwendbar sind, der ein flaches Rohr verwendet. Umgekehrt sind die in Verbindung mit dem ein flaches Rohr verwendenden Wärmtauscher beschriebenen technischen Merkmale auch bei einem Wärmetauscher mit einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion anwendbar.
35 zeigt ein Beispiel eines Wärmetauschers sowie einer Wasserheizvorrichtung mit integrierten Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung. Die 36 bis 39 veranschaulichen die Konstruktion des in 35 dargestellten Wärmetauschers sowie der zugehörigen Teile von diesem. Wie in 36 deutlicher zu sehen ist, beinhaltet der Wärmetauscher A2 dieses Ausführungsbeispiels ein Gehäuse 2, eine Vielzahl von Wasserrohren 4, ein Paar Wassereintritts- und Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtungen sowie eine Trennwand 19. Die Vielzahl der Wasserrohre 4 hat eine Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC, die gebildet ist durch Anordnen der Rohrschlangen 40 in einer in Lagen bzw. Runden gewickelten Weise. Im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen besitzen die Wasserrohre 4 jeweils ein rundes Rohr.
Das Gehäuse 2 beinhaltet eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 20 und ein Paar Abdeckungen 21A und 21B, die an einem oberen Bereich bzw. an einem unteren Bereich der Umfangswand 20 angebracht sind. Ähnlich zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen sind diese Elemente beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt. Wie später noch beschrieben wird, ist die Umfangswand 20 durch Krümmen einer im wesentlichen rechteckigen rostfreien Platte in eine zylindrische Formgebung sowie durch Verbinden eines Paares von Rändern 20a miteinander gebildet, wie dies in 38 gezeigt ist.
Jeder der Ränder 20a ist mit einem Vorsprung 20a' ausgebildet, der durch Umbiegen des Rands in radial nach außen ragender Weise gebildet ist, wobei die Vorsprünge 20a' aneinander gesetzt und miteinander verschweißt sind. Ein oder mehrere Halter 23 zum Anbringen des Gehäuses 2 an einer gewünschten Stelle sind mit der äußeren Oberfläche eines unteren Bereichs der Umfangswand 20 verschweißt.
Wie in den 36 und 37 deutlicher zu sehen ist, weist die Abdeckung 21A eine im wesentlichen kreisförmige Platte auf, die in ihrem Zentrum mit einer Brenneröffnung 22A ausgebildet ist. Ähnlich den vorausgehenden Ausführungsbeispielen wird die Brenneröffnung 22A als Verbrennungsgas-Einleitöffnung zum Einleiten des an dem Brenner erzeugten Verbrennungsgases in das Gehäuse 2 oder als Bereich zum Einsetzen eines Bereichs des Brenners in das Gehäuse für die Montage verwendet. Bei der Brenneröffnung 22A handelt es sich um eine Gratöffnung mit einer umfangsmäßigen ringförmigen Wand 220, die nach unten ragt.
Die Abdeckung 21A ist in die obere Öffnung der Umfangswand 20 eingepaßt und mit der Umfangswand 20 verschweißt. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 25a, die zur Innenseite des Gehäuses 2 ragen, sind an der Umfangswand 20 an einem Bereich in der Nähe von dem oberen Ende von dieser ausgebildet. Die Abdeckung 21A wird positioniert, indem sie mit den Vorsprüngen 25a in Eingriff gebracht wird. Die Vorsprünge 25a, die durch Preßbearbeitung der Umfangswand 25 gebildet sind, sind in Umfangsrichtung der Umfangswand 20 in geeigneter Weise voneinander beabstandet.
Die Abdeckung 21B ist in ihrem Zentrum mit einem Verbrennungsgasauslaß 22B ausgebildet und besitzt eine im wesentlichen kreisförmige Platte ähnlich der Abdeckung 21A. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 25b, ähnlich die Vorsprüngen 25a, sind an der inneren Oberfläche der Umfangswand 20 in einem Bereich in der Nähe von dem unteren Ende ausgebildet. Die Abdeckung 21A ist derart in die untere Öffnung der Umfangswand 20 eingepaßt, daß sie an den Vorsprüngen 25b angreift, und ist mit der Umfangswand 20 verschweißt.
Bei dem Verbrennungsgasauslaß 22B handelt es sich um eine Gratöffnung, die der Brenneröffnung 22A ähnlich ist und eine nach oben ragende ringförmige Umfangswand 221 aufweist. Ein Niederschlag-Aufnahmebereich 26D zum Aufnehmen von Niederschlag, der von den Wasserrohren 4 herabtropft, ist am Boden des Gehäuses 2 vorgesehen. Der Niederschlag-Aufnahmebereich 26D ist durch die ringförmige Wand 221, einen unteren Bereich der Umfangswand 20 sowie durch einen ringförmigen Raum 26a gebildet, der zwischen den Wänden und dem Bodenbereich des Niederschlag-Aufnahmebereichs gebildet ist. Die Abdeckung 21B ist mit einer Niederschlag-Austrittsöffnung 26b zum Ausleiten des von dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26D aufgenommenen Niederschlags zur Außenseite des Gehäuses 2 ausgebildet.
Jedes der Wasserrohre 4 beinhaltet eine Rohrschlange 40, die in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, sowie ein Paar gekrümmte Rohre 41, die mit gegenüberliegenden Enden 400 der Rohrschlange verbunden sind. Der Wärmetauscher 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beinhaltet drei Wasserrohre 4. Bei jeder Rohrschlange 40 handelt es sich um ein wendelförmiges Rohr mit einer Vielzahl von kreisförmigen Schleifen 40a, die in Richtung der Höhe des Gehäuses 2 aufeinander gestapelt sind.
Die Rohrschlangen 40 unterscheiden sich in dem Schlangendurchmesser voneinander, wobei die Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC durch Anordnen der Vielzahl der Rohrschlangen 40 in konzentrischer Weise oder im wesentlichen konzentrischer Weise gebildet ist. Somit sind bei der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC die Vielzahl der Schleifen 40a nicht nur entlang der Höhenrichtung, sondern auch entlang der horizontalen Richtung angeordnet.
Wie in den 38 und 39 deutlicher zu sehen ist, dienen die gekrümmten Rohre 41 der Wasserrohre 4 als Verbindungsrohre zum Verbinden der Rohrschlangen 40 mit den Sammler-/Verteilereinrichtungen 5. Jedes der gekrümmten Rohre 41 hat ein gegenüberliegendes Paar aus einem ersten und einem zweiten Ende 41a bzw. 41b, die mit Stufenbereichen 410a und 410b ausgebildet sind, die abgeschrägte Oberflächen aufweisen.
Die näher bei den distalen Enden als den Stufenbereichen 410a, 410b befindlichen Bereiche sind Bereiche mit kleinerem Durchmesser, deren Durchmesser kleiner ist als der des in Längsrichtung mittleren Bereichs. Das gekrümmte Rohr 41 ist mit der Rohrschlange 40 verbunden, indem der Bereich mit kleinerem Durchmesser des ersten Endes 41a in das Ende 400 gepaßt ist. Die Richtung, in der der Bereich mit kleinerem Durchmesser in das Ende 400 gepaßt ist, ist die Tangentialrichtung der Schleifen 40a der Rohrschlange 40.
Die abgeschrägte Oberfläche des Stufenbereichs 410a ist mit der Endfläche des Endes 400 in Berührung gehalten, wobei der Berührungsbereich einem Schweißvorgang oder einem Hartlötvorgang unterzogen wird. Alternativ hierzu können das Wasserrohr 4 und das gekrümmte Rohr 41 auch beispielsweise durch Verbindungseinrichtungen verbunden sein, wie diese in 40 gezeigt sind. Bei der in dieser Figur dargestellten Verbindungseinrichtung ist der äußerste Bereich des ersten Endes 41a des gekrümmten Rohrs 41 erweitert und um das Ende 400 des Wasserrohrs 4 gepaßt. Auch durch eine derartige Einrichtung können das Wasserrohr 4 und das gekrümmte Rohr 41 durch das Zusammenpassen korrekt miteinander verbunden werden.
Die gekrümmten Rohre 41 sind in eine Vielzahl von Öffnungen 200 eingeführt, die in der Nähe des oberen und des unteren Endes der Umfangswand 20 gebildet sind, wobei Bereiche der gekrümmten Rohre 41, die den zweiten Enden 41b benachbart sind, aus dem Gehäuse 2 herausragen. Die Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 unterscheidet sich in ihrem Krümmungsradius und ihrer Gesamtlänge voneinander, wobei die Anordnungs-Mittenbeabstandung P3 der Bereiche, die die Umfangswand 20 und die zweiten Enden 41b durchsetzen, größer ist als die Anordnungs-Mittenbeabstandung P2 der ersten Enden 41a. Mit dieser Konstruktion läßt sich die Verbindung der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 vereinfachen, und die Festigkeit des mit den Öffnungen 200 ausgebildeten Bereichs kann aufgrund der großen Beabstandung zwischen den Öffnungen 200 gesteigert werden.
Die den zweiten Enden 41b benachbarten Bereiche der gekrümmten Rohre 41 verlaufen gerade in einer Richtung, die zu der Umfangswand 20 rechtwinklig ist, sowie parallel zueinander. Zwischen dem Bereich, der die Umfangswand 20 durchsetzt, und dem zweiten Ende 41b jedes gekrümmten Rohrs 41 ist kein Bereich vorhanden, der einen größeren Bereich aufweist als der die Umfangswand 20 durchsetzende Bereich. Mit einer derartigen Konstruktion läßt sich das Einsetzen der gekrümmten Rohre 41 in die Öffnungen 200 der Umfangswand 20 in einfacher und korrekter Weise ausführen.
Vorzugsweise handelt es sich bei jeder der Öffnungen 200 um eine Gratöffnung, deren Randbereich in hochstehender Weise umgebogen ist, so daß der Randbereich eine höhere Festigkeit aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei einem Teil der Umfangswand 20, der den mit den Öffnungen 200 ausgebildeten Bereich aufweist, um einen ebenen Plattenbereich 201, der nicht bogenförmig gekrümmt ist. Der ebene Plattenbereich 201 ist in Richtung der Höhe länglich ausgebildet und hat eine konstante Breite und steht relativ zu den übrigen Bereichen des Gehäuses 2 radial nach außen vor. Mit dieser Konstruktion ist die Dimensionierung jeder der Öffnungen 200 einfach, und die Festigkeit der Umfangswand 20 läßt sich erhöhen. Da ferner ein großer Raum zwischen der Rohrschlange 40 und dem ebenen Plattenbereich 201 gebildet ist, können gekrümmte Rohre 41 mit einem relativ großen Krümmungsradius verwendet werden.
Die paarweise vorgesehenen Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 sind jeweils mit den zweiten Enden 41b der Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 verbunden. Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5 kann beispielsweise ein kreisförmiges Rohr 52 aufweisen und besitzt ein Ende, das mit einer Verbindungsöffnung 50 ausgebildet ist, mit der ein Wassereintrittsrohr 99a oder ein Warmwasser-Austrittsrohr 99b verbunden ist, wie dies in 35 gezeigt ist. Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 51 ausgebildet.
Der Bereich mit einem kleineren Durchmesser des zweiten Endes 41b jedes gekrümmten Rohrs 41 ist in eine jeweilige der Öffnungen 51 gepaßt, und die abgeschrägte Oberfläche des Stufenbereichs 410 ist mit dem Umfang der Öffnung 51 in Eingriff gehalten. Der Kontaktbereich ist verschweißt oder verlötet. Auf diese Weise sind das gekrümmte Rohr 41 und die Sammler-/Verteilereinrichtung 5 in zuverlässiger Weise miteinander verbunden, wobei eine wasserdichte Abdichtung geschaffen wird.
In den 36 und 37 verschließt die Trennwand 19 die untere Öffnung des Raums 3, der von der Vielzahl der Rohrschlangen 40 umgeben ist. Die Trennwand 19 besitzt einen Hauptkörper 190, der eine mit einer Vertiefung ausgebildete obere Oberfläche aufweist, sowie ein Flanschstück 191, das an der Außenumfangsfläche des Hauptkörpers 190 ausgebildet ist. Der Hauptkörper 190 kann ein Plattenelement 190a aus rostfreiem Stahl sowie ein Wärmeisolierelement 190b aufweisen, das ausgezeichnete Flamm- und Hitzebeständigkeit aufweist und auf das Plattenelement auflaminiert ist.
Das Wärmeisolierelement 190b kann beispielsweise aus Keramikmaterial hergestellt sein. Das Flanschstück 190 ist mit dem Boden der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC durch Schweißen oder Hartlöten verbunden, so daß die Trennwand 19 angebracht ist. Da die Rohre der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC wendelförmig sind und die unteren Oberflächen von diesen geneigt sind, ist es bevorzugt, daß das Flanschstück 191 entsprechend dem Gradienten wendelförmig ausgebildet ist. Anstatt einer Halterung der Trennwand 19 mittels der Wasserrohre 4 kann die Trennwand auch unter Verwendung eines Abstützelements in dem Gehäuse 2 gehaltert sein.
Ein Verbrennungsgasweg 32 ist zwischen der äußersten Rohrschlange 40 und der Umfangswand 20 gebildet. Wie in 36 gezeigt ist, sind Zwischenräume 31 zwischen einander benachbarten Schleifen 40a in Richtung der Höhe der Rohrschlangen 40 gebildet. Der Raum 3 und der Verbrennungsgasweg 32 stehen durch die Zwischenräume 31 miteinander in Verbindung, und das Verbrennungsgas strömt von dem Raum 3 durch die Zwischenräume 31 hindurch zu dem Verbrennungsgasweg 32, wie dies im folgenden noch beschrieben wird.
Wie mit dem Bezugszeichen n1 gezeigt, ist die ringförmige Wand 220 der Abdeckung 21A in Kontakt mit einem oberen Bereich der innersten Rohrschlange 40 gehalten, um einen Durchtritt des Verbrennungsgases dazwischen und ein direktes Strömen des Verbrennungsgases aus dem Raum 3 in den Verbrennungsgasweg 32 zu verhindern. Da die Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC aus einer Vielzahl wendelförmiger Rohre gebildet ist, so ist nicht nur die untere Oberfläche, sondern auch die obere Oberfläche geneigt.
Selbst wenn das obere Ende der Rohrlagen-Wickelkonstruktion mit einer unteren Oberfläche der Abdeckung 21A in Kontakt gehalten ist, ist somit ein Spalt zwischen diesen gebildet. Die Konstruktion, bei der die ringförmige Wand 220 mit der innersten Rohrschlange 40 in Kontakt gehalten ist, verhindert in angemessener Weise das Eintreten des Verbrennungsgases in diesem Spalt.
Wie in 37 gezeigt ist, sind die Zwischenräume 31 der Rohrschlangen 31 unter Verwendung einer Vielzahl von Abstandselementen 18 gebildet. Die Abstandselemente 18 besitzen eine ähnliche Konstruktion wie die in 15 gezeigte. Das Abstandselement 18 beinhaltet eine Vielzahl von Vorsprüngen 18b, die zum Bilden der Zwischenräume 31 zwischen einander benachbarte Schleifen 40a der Rohrschlangen 40 eingesetzt sind. Die Höhe der Zwischenräume ist somit gleich der Dicke der Vorsprünge 18b. Zum Beispiel sind bei dem Wärmetauscher A2 drei Abstandselemente 18 etwa in regelmäßigen Intervallen angeordnet, wie dies in der 38 gezeigt ist.
Der Wärmetauscher A2 wird zum Beispiel mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt.
Wie in 41 gezeigt ist, wird als erstes eine Vielzahl von Rohrschlangen 40 in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet. Genauer gesagt, es wird eine Vielzahl von Rohrschlangen 40 mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet, indem gerade Rohre in eine wendelförmige Formgebung gekrümmt werden und anschließend die Rohrschlangen zusammengepaßt werden. Wie in 42 gezeigt ist, werden anschließend die gekrümmten Rohre 41 mit den gegenüberliegenden Enden 400 jeder Rohrschlange 40 verbunden, so daß eine Vielzahl von Wasserrohren 4 fertiggestellt ist.
Wie unter Bezugnahme auf die 38 und 39 beschrieben worden ist, erfolgt die Verbindung des gekrümmten Rohrs 41 mit der jeweiligen Rohrschlange 40 durch Einpassen des Bereichs mit kleinerem Durchmesser des ersten Endes 41a des gekrümmten Rohrs 41 in das Ende 400 der Rohrschlange 40.
Selbst wenn die Anordnungs-Beabstandung P2 der Enden 400 gering ist, läßt sich die Verbindung somit in einfacher Weise ausführen. Da ferner die abgeschrägte Oberfläche des Stufenbereichs 410a und das Ende 400 miteinander in Kontakt gehalten sind und der Kontaktbereich einem Schweißvorgang oder einem Hartlötvorgang unterzogen wird, so wird eine gute wasserdichte Abdichtung geschaffen.
Wie in 42 gezeigt ist, werden anschließend eine Vielzahl von Abstandselementen 18 an den Rohrschlangen 40 angebracht. Genauer gesagt, es werden die Abstandselemente angebracht, indem die Vorsprünge 18b jedes Abstandselements 18 von außerhalb der äußersten Rohrschlange 40 her zwischen die Schleifen 40a eingesetzt werden.
Dadurch werden zwischen den Schleifen 40a Zwischenräume 31 gebildet, deren Abmessung gleich der Dicke jedes Vorsprungs 18b ist. Jedes der Abstandselemente 18 kann eine Konstruktion aufweisen, die in Richtung der Höhe in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist. Es ist zwar in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch wird eine Trennwand 19 an einem unteren Bereich der Rohrschlangen 40 angebracht.
Wie andererseits in 43 dargestellt ist, wird eine nicht zylindrische Platte 20' gebildet. Die Platte 20' ist ein Teil, das zu einer zylindrischen Wand 20 des Gehäuses 2 wird und ist aus einer rechteckigen Platte aus rostfreiem Stahl mit Flexibilität gebildet. Einander gegenüberliegende Ränder 20a der Platte 20' werden zum Bilden eines Paares von Vorsprüngen 20a' umgebogen. Ferner wird eine Vielzahl von Öffnungen 200 zum Einsetzen der gekrümmten Rohre 41 der Wasserrohre 4 gebildet. Die Platte 20' wird vorab gekrümmt gearbeitet, so daß sie sich in einfacher Weise in eine zylindrische Form bringen läßt, wobei ein ebener Plattenbereich 201 ebenfalls vorab gebildet wird.
Nach dem Bilden der Platte 20' wird die Platte 20' die Rohrschlangen 40 umgebend angeordnet, indem der Raum zwischen den Rändern 20a aufgeweitet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 von den zweiten Enden 41b her in die Öffnungen 200 eingesetzt. Wie bereits erwähnt, verlaufen Bereiche, die den zweiten Enden 41b der gekrümmten Rohre 41 benachbart sind, gerade und parallel zueinander, so daß das Einführen dieser Bereiche in die Öffnungen 200 einfach und korrekt ausgeführt werden kann.
Wie in 44 gezeigt ist, werden dann die einander gegenüberliegenden Ränder 20a der Platte 20' miteinander in Kontakt gebracht, um dadurch die Platte 20' zylindrisch auszubilden. Durch Aneinanderanlegen des Paares der Vorsprünge 20a' sowie Festklemmen von diesen mittels einer Vorrichtung (nicht gezeigt) kann die zylindrische Formgebung der Platte 20' aufrecht erhalten werden, wobei die Vorsprünge 20a' in diesem Zustand miteinander verschweißt werden.
Infolgedessen wird eine Umfangswand 20 mit einer feststehenden zylindrischen Formgebung gebildet. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder der Vorsprünge 20a' sich über die gesamte Länge des Rands 20a erstreckt, kann der Vorsprung 20a' auch partiell an einer oder an mehreren Stellen des Rands 20a (beispielsweise an dem oberen und dem unteren Ende des Rands 20a) vorgesehen werden.
Anschließend wird ein Paar Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 mit den gekrümmten Rohren 41 verbunden. Wie unter Bezugnahme auf 39 beschrieben, erfordert die Verbindung der Sammler-/Verteilereinrichtung 5 keinerlei speziellen Teile und diese kann dadurch erfolgen, daß lediglich das zweite Ende 41b jedes gekrümmten Rohrs 41 in die Öffnung 51 der Sammler-/Verteilereinrichtung 5 eingepaßt wird und ein Schweißvorgang oder ein Hartlötvorgang ausgeführt wird. Die Kosten für die Teile sind daher relativ niedrig. Da ferner die Anordnungs-Mittenbeabstandung P3 der zweiten Enden 41b der gekrümmten Rohre 41 und der Öffnungen 51 groß ist, läßt sich die Verbindung der gekrümmten Rohre 41 und der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 in einfacher Weise ausführen.
Es ist zwar in 44 nicht dargestellt, jedoch wird ein Paar Abdeckungen 21A und 21B in die obere und die untere Öffnung der Umfangswand 20 eingepaßt und mit der Umfangswand 20 verschweißt. Wie bereits erwähnt, können die Abdeckungen 21A und 21B korrekt positioniert werden, indem eine Vielzahl von an der Umfangswand 20 ausgebildeten Vorsprüngen 25a und 25b verwendet wird. Die Anbringung der Abdeckungen ist somit einfach. Weiterhin wird eine Vielzahl von Haltern 23 mit der Umfangswand 20 verschweißt. Das Verschweißen der Halter 23 kann jedoch vor der zylindrischen Ausbildung der Platte 20' erfolgen.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird der Wärmetauscher A2 in korrekter Weise hergestellt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, können bei dem Wärmetauscher A2, selbst wenn die Anordnungs-Mittenbeabstandung P2 der Enden 400 der Rohrschlangen 40 gering ist, die Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 in einfacher und korrekter Weise mit den Rohrschlangen 40 verbunden werden, indem die Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 verwendet wird.
Insbesondere werden bei diesem Ausführungsbeispiel nach der Verbindung der gekrümmten Rohre 41 mit den Rohrschlangen 40 die Rohrschlangen 40 mit der Umfangswand 20 des Gehäuses 2 umgeben, so daß die Verbindung der gekrümmten Rohre 41 mit den Rohrschlangen 40 noch einfacher wird. Selbst wenn die gekrümmten Rohre 41 weit von den Rohrschlangen 40 wegstehen, können die Rohrschlangen 40 in angemessener Weise mit der Platte 20' umgeben werden, indem die gekrümmten Rohre 41 in die Öffnungen 200 der Umfangswand 20 (Platte 20') eingesetzt werden.
Wenn die gekrümmten Rohre 41 nur über ein geringes Ausmaß aus dem Gehäuse 2 herausragen, sind die Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 nahe bei dem Gehäuse 2 angeordnet, so daß zum Beispiel der durch Verschweißen erfolgende Vorgang zum Anbringen der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 an den gekrümmten Rohren 41 schwierig sein kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch ein Teil jedes gekrümmten Rohrs 41 weit vorstehen, so daß sich eine solche Schwierigkeit in angemessener Weise vermeiden läßt.
Die in 35 dargestellte Wasserheizvorrichtung beinhaltet einen Brenner 1, ein unteres Gehäuse 80 und einen Austrittskanal 81 zusätzlich zu dem Wärmetauscher A1. Obwohl 35 zeigt, daß die Brennstoffzufuhr zu dem Brenner 1 über ein Rohr 12a erfolgt, gibt es keinen wesentlichen Unterschied zwischen dem Brenner 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels und dem der vorangehenden Ausführungsbeispiele. Da die Konstruktionen des unteren Gehäuses 80 und des Austrittskanals 81 ebenfalls die gleichen sind wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, wird auf eine ausführliche Beschreibung von diesen verzichtet.
Bei der Wasserheizvorrichtung B2 sind das Wassereintrittsrohr 99a und das Warmwasser-Austrittsrohr 99b mit dem Paar der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 verbunden. Vorzugsweise ist die Verbindung derart, daß die untere Sammler-/Verteilereinrichtung 5 für den Wasserzustrom verwendet wird, während die obere Sammler-/Verteilereinrichtung 5 für das Ausströmen von Warmwasser verwendet wird. In diesem Fall fließt Wasser durch die Wasserrohre 4 in Richtung nach oben, und diese Wasserströmungsrichtung ist entgegengesetzt zu der Richtung, in der das Verbrennungsgas strömt (nach unten), wobei dies zum Steigern der Wärmeaustauscheffizienz von Vorteil ist.
Die Arbeitsweise und die Vorteile der Wasserheizvorrichtung B2 werden im folgenden erläutert.
Bei Betrieb des Brenners 1 wird als erstes Brennstoff in dem Raum 3 verbrannt, um Verbrennungsgas zu erzeugen. Obwohl das Verbrennungsgas versucht, nach unten zu strömen, kann das Verbrennungsgas nicht direkt durch die untere Öffnung des Raums 3 nach unten strömen, da die untere Öffnung durch die Trennwand 19 verschlossen ist. Aus diesem Grund tritt das Verbrennungsgas durch die Zwischenräume 31 der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC, die aus der Vielzahl der Rohrschlangen 40 gebildet ist, hindurch in den Verbrennungsgasweg 32.
Danach strömt das Verbrennungsgas nach unten durch den Verbrennungsgasweg 32 hindurch und erreicht den Verbrennungsgasauslaß 22B. Anschließend strömt das Verbrennungsgas durch das untere Gehäuse 80 und den Austrittskanal 81 hindurch und wird durch die Austrittsöffnung 81a nach außen ausgeleitet.
Bei diesem Verbrennungsgas-Strömungsvorgang führen die Rohrschlangen 40 eine Wärmerückgewinnung durch. Wenn das Verbrennungsgas durch die Zwischenräume 31 der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC hindurchströmt, gelangt das Verbrennungsgas mit den Schleifen 40a in Kontakt, die eine nach der anderen entlang einer im wesentlichen horizontalen Richtung angeordnet sind. Somit wird aufgrund der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC eine große Menge an Wärme zurückgewonnen.
Beispielsweise können bei dem Wärmerückgewinnungsvorgang die beiden inneren Rohrschlangen 40 zum Zurückgewinnen von spürbarer Wärme verwendet werden, während die äußerste Rohrschlange zum Zurückgewinnen von latenter Wärme verwendet werden kann. Durch eine solche Rückgewinnung von latenter Wärme wird die Wärmeaustauscheffizienz des Wärmetauschers A1 beträchtlich gesteigert. Obwohl Wasser von der Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung 5 der Vielzahl der Rohrschlangen 40 gleichzeitig zugeführt wird, strömt das Wasser durch die jeweiligen Rohrschlangen 40 in Richtung zu der Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung 5, ohne daß ein Mischen stattfindet.
Daher wird der äußersten Rohrschlange 40 nicht erwärmtes Wasser zugeführt, das die inneren Rohrschlangen 40 nicht durchlaufen hat und somit eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Die äußerste Rohrschlange 40 kann somit eine große Menge an Wärme zurückgewinnen, so daß die Rückgewinnung von latenter Wärme in angemessener Weise erfolgen kann.
Da die obere Oberfläche der Trennwand 19 vertieft ausgebildet ist, wird das Verbrennungsgas, das in der Nähe des Zentrums des Raums 3 nach unten geströmt ist, derart nach oben reflektiert, daß es das Zentrum oder die diesem benachbarten Bereiche meidet. Infolgedessen wird bei dem Wärmetauscher A1 eine Verbrennungsgaszirkulation erzeugt, wie diese durch die Pfeile N5 in 35 dargestellt ist. Die Temperatur des Verbrennungsgases innerhalb des Raums 3 läßt sich somit gleichmäßig machen, und auch die Menge des Verbrennungsgases, die in die Vielzahl der Zwischenräume 31 strömt, wird gleichmäßig gemacht, wobei dies zum Steigern der Wärmeaustauscheffizienz von Vorteil ist.
Wenn die Rückgewinnung der latenten Wärme ausgeführt wird, so wird in der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC Niederschlag erzeugt, wobei dieser an den Oberflächen der Schleifen 40a anhaftet. Aufgrund der Schwerkraft und der Strömung des Verbrennungsgases nach unten tropft der Niederschlag herab und wird in angemessener Weise in dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26D aufgenommen. Da jede der Rohrschlangen 40 wendelförmig ist und eine schräg verlaufende Oberfläche aufweist, fließt der Niederschlag in einfacher Weise entlang der Oberflächen der Rohrschlange 40 nach unten.
Wenn der Niederschlag auf den Oberflächen der Rohrschlange 40 verbleibt, wird der direkte Kontakt zwischen der Rohrschlange 40 und dem Verbrennungsgas durch den Niederschlag behindert, wobei dies zu einer Verringerung des Ausmaßes des Wärmetransfers führen kann. Da jedoch der Niederschlag bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel leicht nach unten fließt, läßt sich ein derartiges Problem vermeiden. Der von dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26D aufgenommene Niederschlag wird durch die Niederschlag-Austrittsöffnung 26b und das Rohr 82 korrekt nach außen ausgeleitet.
Dadurch wird das untere Gehäuse 80 nicht durch den säurehaltigen Niederschlag kontaminiert. Das untere Gehäuse 80 kann somit aus einem solchen Material, wie Kupfer oder Eisen hergestellt werden, das eine geringere Säurebeständigkeit als rostfreier Stahl aufweist, jedoch kostengünstiger als rostfreier Stahl ist.
Der in den 45 und 46 dargestellte Wärmetauscher A3 beinhaltet eine Umfangswand 20, die aus einer ersten und einer zweiten Platte 20A und 20B gebildet ist. Sowohl die erste als auch die zweite Platte 20A und 20B sind aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die erste Platte 20A ist im allgemeinen rechteckig und besitzt eine konstante Breite. Die erste Platte 20A beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen 200, die in Bereichen in der Nähe von dem oberen und dem unteren Ende von dieser ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl von gekrümmten Rohren 41 in die Öffnungen 200 eingesetzt sind.
Die zweite Platte 20B ist gekrümmt, so daß sie den größten Teil des Umfangs des wendelförmigen Rohrs 40 umgibt, wobei einander gegenüberliegende Ränder 20b der zweiten Platte mit in Breitenrichtung gegenüberliegenden Rändern 20c der ersten Platte 20A verbunden sind. Die miteinander verbundene erste und zweite Platte 20A und 20B bilden auf diese Weise eine im allgemeinen zylindrische Formgebung, die den gesamten Umfang des wendelförmigen Rohrs 40 umschließt. Die gegenüberliegenden Ränder 20b der zweiten Platte 20B und die gegenüberliegenden Ränder 20c der ersten Platte 20A sind jeweils mit gekrümmten Vorsprüngen 20b' und 20c' ausgebildet.
Die vorstehend beschriebene Verbindung erfolgt durch Ansetzen dieser Vorsprünge 20b' und 20c' aneinander.
Der Wärmetauscher A3 läßt sich folgendermaßen herstellen.
Wie in 47 gezeigt ist, wird als erstes eine Vielzahl wendelförmiger Rohre 40 in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet, und zwar genauso wie bei dem Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher A2. Wie in 48 gezeigt ist, werden anschließend die gekrümmten Rohre 41 mit gegenüberliegenden Enden jedes der wendelförmigen Rohre 40 verbunden. Anschließend wird die erste Platte 20A derart neben den wendelförmigen Rohren 40 plaziert, daß die gekrümmten Rohre 41 durch die Öffnungen 200 der ersten Platte 20A hindurchgeführt werden. Anschließend werden die Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 an den Enden der gekrümmten Rohre 41 angebracht, die von dem ersten Plattenelement 20A wegragen. In ähnlicher Weise wie bei dem Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher A2 werden Abstandselemente 18 und eine Trennwand 19 an den wendelförmigen Rohren 40 angebracht.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten wird eine zweite Platte 20B gebildet, wie diese in 49 dargestellt ist. Die zweite Platte 20B wird unter Umbiegen von gegenüberliegenden Rändern 20b einer rechteckigen Platte aus rostfreiem Stahl gebildet, um dadurch Vorsprünge 20b' zu bilden. Vorzugsweise wird die zweite Platte 20B vorab mit einer Krümmung gearbeitet, so daß sie sich in einfacher Weise in eine im allgemeinen zylindrische Formgebung bringen läßt. Nach der Bildung der zweiten Platte 20B wird die Platte 20B die wendelförmigen Rohre 40 umgebend angeordnet, indem der Raum zwischen den Enden 20b aufgeweitet wird.
Anschließend werden die Vorsprünge 20b', 20c' an den gegenüberliegenden Rändern 20b, 20c der ersten und der zweiten Platte 20A, 20B aneinandergesetzt und beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Infolgedessen erhält man den Wärmetauscher A3, wie er in den 45 und 46 gezeigt ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Schweißvorgang können die Vorsprünge 20b', 20c' unter Verwendung einer Vorrichtung zusammengeklemmt werden, und zwar in ähnlicher Weise wie bei dem Verfahren zum Herstellen des Wärmetauschers A2.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 mit den wendelförmigen Rohren 40 in einem Zustand verbunden werden, in dem die wendelförmigen Rohre 40 nicht in dem Gehäuse 2 untergebracht sind. Ferner kann die Montage der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 an den gekrümmten Rohren 41 in einem Zustand erfolgen, in dem die wendelförmigen Rohre 40 nicht in dem Gehäuse 2 aufgenommen sind. Nach der Anbringung der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 kann somit in einfacher Weise mittels einer Wasserströmung oder einer visuellen Überprüfung ohne Behinderung durch das Gehäuse 2 überprüft werden, ob die gekrümmten Rohre 41 und die Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 in korrekter Weise angebracht sind.
Obwohl die erste Platte 20A bei diesem Ausführungsbeispiel in Form eines relativ schmalen Rechtecks vorliegt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann die erste Platte 20A eine relativ große Breite aufweisen und in eine halbzylindrische oder im wesentlichen halbzylindrische Form gekrümmt sein. Bei der vorliegenden Erfindung können eine erste und eine zweite Platte miteinander verbunden werden, die beide halbzylindrisch ausgebildet sind.
Der Wärmetauscher des in 50 dargestellten Ausführungsbeispiels beinhaltet ein Paar aus einer oberen und einer unteren ersten Platte 20A. Eine Vielzahl von gekrümmten Rohren 41 durchsetzt jede erste Platte 20A. Die ersten Platten 20A weisen jeweils gegenüberliegende Ränder auf, die für die Verbindung mit Vorsprüngen 21d ausgebildet sind. Eine zweite Platte 20B weist gegenüberliegende Ränder auf, von denen jeder an einem oberen Ende und einem unteren Ende mit Vorsprüngen 21e für die Verbindung mit den ersten Platten 20A ausgebildet ist, um dadurch die erste Platte von gegenüberliegenden Seiten her zu halten.
Jeder Rand der zweiten Platte 20B ist ferner in einem mittleren Bereich mit einer Verlängerung 203 ausgebildet, die in Umfangsrichtung relativ zu dem oberen und dem unteren Ende vorsteht. Bei den Verlängerungen 203 handelt es sich um direkt miteinander zu verbindende Bereiche zum Bilden einer zylindrischen Formgebung, ohne daß die erste Platte 20A dazwischen gehalten ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 durch Verbinden des Paares der ersten Platten 20A sowie der zweiten Platte 20B in einer zylindrischen Formgebung in angemessener Weise gebildet werden. Ferner kön nen die obere und die untere erste Platte 20A individuell an den oberen bzw. den unteren gekrümmten Rohren 41 angebracht werden. Selbst wenn die Position der oberen gekrümmten Rohre 41 und die Position der unteren gekrümmten Rohre 41 einander nicht entsprechen, kann somit die Anbringung der ersten Platten 20A an den gekrümmten Rohren in einfacher Weise erfolgen.
Bei dem in den 51 bis 53 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl gekrümmter Rohre 41 unter Verwendung von O-Ringen 53 und Anschlägen 9 mit der Sammler-/Verteilereinrichtung 5 verbunden. Im spezielleren wird das zweite Ende 41b jedes gekrümmten Rohrs 41 einem Weitungsvorgang unterzogen, so daß es mit einem Paar einen größeren Durchmesser aufweisender Bereiche 411, 412 sowie mit einer Nut 413 zwischen den Bereichen mit größerem Durchmesser ausgebildet ist.
Der O-Ring 53, bei dem es sich um ein elastisches Element handelt, ist in die Nut 413 gepaßt. Der Körper der Sammler-/Verteilereinrichtung 5 ist mit relativ kurzen zylindrischen Bereichen 54 ausgebildet, von denen jeder eine Öffnung 54a bildet, in die das zweite Ende 41b des gekrümmten Rohrs 41 gepaßt ist. Der O-Ring 53 befindet sich in Druckkontakt mit der Innenumfangsfläche der Öffnung 54a, um eine ausgezeichnete wasserdichte Abdichtung zu schaffen.
Der Anschlag 9 kann zum Beispiel durch Pressenbearbeitung einer dünnen Metallplatte gebildet sein. Wie in den 54A bis 54C gezeigt, ist der Anschlag in Form eines Clips ausgebildet, der einen Basisbereich 90 sowie ein Paar Schenkel 91 aufweist, die mit dem Basisbereich verbunden sind. Jeder der Schenkel 91 hat ein distales Ende, das mit einem sich nach außen erstreckenden schräg verlaufenden Bereich 91a ausgebildet ist. Jeder der Schenkel 91 ist mit einem Schlitz 92 ausgebildet. An der einen Seite der Schlitze 92 (der Vorderseite in 54A) ist ein Paar bogenförmiger Bereiche 93A mit einer inneren Breite D1 gebildet.
Auf der anderen Seite von den Schlitzen 92 des Anschlags 9 ist ein Paar bogenförmiger Bereiche 93B mit einer inneren Breite D2 gebildet. Die innere Breite D2 ist größer als die innere Breite D1. Wie in den 52 und 53 deutlicher zu sehen, ist ein Flansch 54b an dem distalen Ende des zylindrischen Bereichs 54 gebildet. Der Anschlag 9 ist an dem zylindrischen Bereich 54 derart angebracht, daß der Flansch 54b in den Schlitzen 92 aufgenommen ist.
In diesem Zustand klemmen die bogenförmigen Bereiche 93B den Außenumfang des zylindrischen Bereichs 54 ein, während sie mit dem Flansch 54b in Eingriff stehen, während die bogenförmigen Bereiche 93A den Außenumfang des gekrümmten Rohrs 41 an dem dem Stufenbereich 412 benachbarten Bereich einklemmen, während sie mit einer Seitenfläche des Stufenbereichs 412 in Eingriff stehen. Bei einer derartigen Konstruktion fällt das gekrümmte Rohr 41 nicht einfach aus der Öffnung 54a heraus, und zwar selbst dann nicht, wenn eine Herausziehkraft auf das gekrümmte Rohr 41 ausgeübt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Verbinden des gekrümmten Rohrs 41 mit der Sammler-/Verteilereinrichtung 5 das zweite Ende 41b des gekrümmten Rohrs 41 in die Öffnung 54a eingesetzt, und anschließend wird der Anschlag 9 angebracht, wie dies zum Beispiel in 55 gezeigt ist. Der Anschlag 9 kann durch einen einzigen Vorgang angebracht werden, indem lediglich die distalen Enden der paarweise vorgesehenen Schenkel 91 mit dem Außenumfang des zylindrischen Bereichs 54 und des gekrümmten Rohrs 41 in Kontakt gebracht werden und der Anschlag derart aufgeschoben wird, daß die distalen Enden entgegen der Federkraft der Schenkel 91 aufgeweitet werden. Der Verbindungsvorgang ist somit sehr einfach. Da beispielsweise ein anschließender Schweißvorgang nicht notwendig ist, läßt sich die Montage in effizienterer Weise ausführen.
Bei dem in 56 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Enden 400 einer Vielzahl von wendelförmigen Rohren 40 in Umfangsrichtung der wendelförmigen Rohre 4 über vorbestimmte Distanzen L15, L16 positionsmäßig versetzt angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweilige Verbindungsbereiche zwischen den Enden 400 und den gekrümmten Rohren 41 voneinander beabstandet. Wenn die Verbindungsbereiche beispielsweise einem Schweißvorgang unterzogen werden sollen, kommen somit die Verbindungsbereiche bei der Ausführung des Schweißvorgangs nicht miteinander in Berührung, so daß verhindert ist, daß die Vielzahl der wendelförmigen Rohre 40 miteinander verbunden wird.
Bei dem in 57 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 unrund ausgebildet und besitzt eine im wesentlichen zylindrische Formgebung, die aus einem ersten Bereich SA1 und einem zweiten Bereich SA2 gebildet ist, die jeweils ein voneinander versetztes Krümmungszentrum O1 bzw. O2 aufweisen. Im spezielleren entspricht das Zentrum O1 dem Zentrum der Vielzahl der wendel förmigen Rohre 40, wobei der erste Bereich SA1 im Querschnitt halbkreisförmig ist und ausgehend von dem Zentrum O1 einen Radius R aufweist.
Das Zentrum O2 ist von dem Zentrum O1 in Richtung auf die gekrümmten Rohre 41 über eine Distanz L17 versetzt, wobei der zweite Bereich SA2 im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist und ausgehend von dem Zentrum O2 einen Radius R aufweist. Gegenüberliegende Enden des ersten Bereichs SA1 sowie gegenüberliegende Enden des zweiten Bereichs SA2 sind über dritte Bereiche SA3 glatt miteinander verbunden. Die Vielzahl der gekrümmten Rohre 41 durchsetzt das Zentrum des Umfangs des zweiten Bereichs SA2.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat der Raum zwischen der Umfangswand 20 und den wendelförmigen Rohren 40 in der Radialrichtung (entsprechend dem Verbrennungsgasweg 32) eine relativ große Dimension L18 an dem Bereich, an dem die gekrümmten Rohre 41 die Umfangswand 20 durchsetzen. Bei großer Ausbildung der Abmessung L18 können die zweiten Enden 41b der gekrümmten Rohre 41 in die Umfangswand 20 korrekt durchsetzender Weise angeordnet werden, und zwar selbst dann, wenn die gekrümmten Rohre sanft gekrümmt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird andererseits verhindert, daß der Raum zwischen der Umfangswand 20 und den wendelförmigen Nuten 40 in Radialrichtung lokal übermäßig groß wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Menge des Verbrennungsgases, die durch den Verbrennungsgasweg 32 strömt, innerhalb von Bereichen in der Umfangsrichtung starken Schwankungen unterliegt.
Bei dem in 58 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Sammler-/Verteilereinrichtung 5A direkt mit den Enden einer Vielzahl von wendelförmigen Rohren verbunden. Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5A beinhaltet ein erstes Gehäuseteil 52A, das mit jedem der wendelförmigen Rohre 40 verbunden ist und die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 derart durchsetzt, daß es teilweise aus dem Gehäuse 2 herausragt, sowie ein zweites Gehäuseteil 52B, das mit dem herausstehenden Bereich des ersten Gehäuseteils 52A verbunden ist und eine Verbindungsöffnung 50 für ein Rohr aufweist.
Der Bereich der Umfangswand, in dem die Sammler-/Verteilereinrichtung 5A diese durchsetzt, weist eine erste Platte 20A auf, die mit einem Durchgangsloch zum Ein setzen der Sammler-/Verteilereinrichtung ausgebildet ist. Eine zweite Platte 20B ist mit gegenüberliegenden Rändern der ersten Platte 20A verbunden.
Wie aus diesem Ausführungsbeispiel erkennbar ist, kann bei der vorliegenden Erfindung anstatt der Konstruktion, bei der die Enden von Wasserrohren die Umfangswand des Gehäuses durchsetzen, auch eine Konstruktion verwendet werden, bei der die Sammler-/Verteilereinrichtung die Umfangswand durchsetzt. Durch Verbinden der Sammler-/Verteilereinrichtung direkt mit den wendelförmigen Rohren der Wasserrohre können die gekrümmten Rohre 41 eliminiert werden.
Die 59 bis 61 zeigen weitere Konstruktionsbeispiele für die Entsorgung des Niederschlags.
Bei der in 59 dargestellten Wasserheizvorrichtung B3 ragt die ringförmige Wand 221 des Wärmetauschers A4 nach unten. Wenn Niederschlag auf die Abdeckung 21B fällt, so fällt der Niederschlag durch den Verbrennungsgasauslaß 22B nach unten. Bei der Abdeckung 21B handelt es sich um ein Beispiel einer Niederschlagsführung gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem unteren Gehäuse 80 ist ein Aufnahmeelement 83A in Form einer Wanne zum Aufnehmen des von dem Verbrennungsgasauslaß 22B herabfallenden Niederschlags durch ein geeignetes Abstützelement (nicht gezeigt) gehaltert. Der in dem Aufnahmeelement 83A aufgenommene Niederschlag wird durch das Rohr 82 aus dem unteren Gehäuse 80 ausgeleitet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kontamination des unteren Gehäuses 80 durch den Niederschlag verhindert. Da der Verbrennungsgasauslaß 22B auch als Niederschlagsaustrittsöffnung dient, besteht keine Notwendigkeit eine Austrittsöffnung für das bloße Abführen von Niederschlag in dem Wärmetauscher A2 vorzusehen, wobei dies für eine Vereinfachung der Konstruktion des Wärmetauschers A2 von Vorteil ist.
Bei dem in 60 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsgasauslaß 22B des Wärmetauschers A3 im allgemeinen ringförmig ausgebildet. Der Verbrennungsgasauslaß 22B dient ebenfalls als Niederschlagaustrittsöffnung, wobei ein ringförmiges Aufnahmeelement 83B zum Aufnehmen von Niederschlag unterhalb der Öffnung angeordnet ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erhält man die gleichen Vorteile wie bei dem in 59 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei dem in 61 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Niederschlag, der durch den Verbrennungsgasauslaß 22B des Wärmetauschers A2 nach unten fällt, von der Bodenwand des unteren Gehäuses 80 aufgenommen. Die Bodenwand ist mit einer Niederschlagaustrittsöffnung 80a ausgebildet. Vorzugsweise ist die Bodenwand derart geneigt, daß der Niederschlag gleichmäßig in Richtung auf die Niederschlagaustrittsöffnung 80a fließt.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel das untere Gehäuseteil 80 als Niederschlag-Aufnahmeelement verwendet wird, muß kein ausschließlich zum Aufnehmen des Niederschlags zu verwendendes Element vorgesehen werden, wobei dies für eine Verringerung der Anzahl von Teilen von Vorteil ist. Da verhindert werden muß, daß das untere Gehäuse 80 durch den säurehaltigen Niederschlag leicht einer Korrosion ausgesetzt ist, so ist es bevorzugt, das untere Gehäuse 80 aus rostfreiem Stahl oder anderen säurebeständigen Materialien herzustellen.
Die 62 bis 68 zeigen weitere Beispiele der Wasserrohrkonstruktion.
Bei dem in 62 dargestellten Wärmetauscher A5 hat die Vielzahl der Rohrschlangen 40 nicht den gleichen Rohrdurchmesser, wobei der Rohrdurchmesser der innersten Rohrschlange 40A (40) größer ist als der der äußeren Rohrschlangen 40B (40). Wie in 63 gezeigt, wird aufgrund der Tatsache, daß die Wendel-Mittenbeabstandung der Rohrschlange 40A von der Wendel-Mittenbeabstandung der Rohrschlangen 40B verschieden ist, ein Abstandselement 18', das sich von dem Abstandselement 18 in der Anordnungs-Mittenbeabstandung der Vorsprünge 18b unterscheidet, als Einrichtung zum Bilden von Zwischenräumen zwischen den Schleifen 40a der Rohrschlange 40A verwendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel strömt eine große Menge an Wasser durch die Rohrschlange 40A, die einen größeren Rohrdurchmesser aufweist. Bei der Rohrschlange 40A handelt es sich um das Rohr, das auf die höchste Temperatur erwärmt wird, da dieses den als Brennkammer dienenden Raum 3 direkt umgibt. Daher ist die von der Rohrschlange 40A rückgewonnene Wärmemenge groß, und die Wärmeaustauscheffizienz läßt sich weiter steigern.
Da die Rohrschlange 40A und die Rohrschlangen 40B aufgrund des unterschiedlichen Rohrdurchmessers in ihrer Wendel-Beabstandung voneinander verschieden sind, wird ein Stufenbereich in der Höhenrichtung zwischen jedem der Zwischenräume 31 der Rohrschlange 40A sowie den Zwischenräumen 31 der Rohrschlangen 40B gebildet. Das aus dem Raum 3 ausströmende Verbrennungsgas trifft somit nach dem Hindurchtreten durch die Zwischenräume 31 der Rohrschlange 40A auf die Rohrschlangen 40B. Auf diese Weise wird das Berührungsausmaß zwischen den Rohrschlangen 40 und dem Verbrennungsgas erhöht, so daß sich die Wärmeaustauscheffizienz noch weiter steigern läßt.
Wie aus dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verständlich ist, müssen bei der vorliegenden Erfindung die Rohrdurchmesser der mehreren Rohrschlangen nicht gleich sein. Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Rohrschlange mit dem größten Rohrdurchmesser auch in der äußersten Position plaziert werden, so daß die Rückgewinnung der latenten Wärme durch diese Rohrschlange erfolgt. Ferner können alle Rohrschlangen voneinander verschiedene Rohrdurchmesser aufweisen.
Bei dem in 64 dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt fünf Rohrschlangen in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet. Ein Wärmeisolierelement 84 ist zwischen den Rohrschlangen 40 und der Abdeckung 21 angeordnet. Das Wärmeisolierelement 84 wird später unter Bezugnahme auf 79 noch ausführlicher beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärmeaustauscheffizienz durch Erhöhen der Anzahl der Rohrschlangen 40 gesteigert.
Wie aus diesem Ausführungsbeispiel erkennbar ist, läßt sich gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Wärmeaustauscheffizienz durch das Erhöhen der Anzahl von Rohrschlangen in einfacher Weise erzielen. Es ist lediglich notwendig, daß die Rohrlagen-Wickelkonstruktion aus einer Vielzahl von Rohrschlangen gebildet ist, wobei die Anzahl der Rohrschlangen nicht begrenzt ist.
Bei dem in 65 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Rohrschlangen 40 in einer versetzten Anordnung vorgesehen. Neben einem Zwischenraum 31 zwischen einander benachbarten Schleifen 40a von einer Rohrschlange 40 ist eine Schleife 40a einer anderen Rohrschlange 40 vorhanden. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Rohrschlangen 40 zwar jeweils den gleichen Rohrdurchmesser, jedoch trifft das durch einen Zwischenraum 31 von einer Rohrschlange 40A hindurchtretende Verbrennungsgas auf die neben dem Zwischenraum positionierte Schleife 40a, wie dies durch die Pfeile N6 dargestellt ist.
Auf diese Weise wird das Berührungsausmaß zwischen dem Verbrennungsgas und den Schleifen 40a gesteigert, so daß das Ausmaß an Wärmerückgewinnung erhöht wird. Wie aus diesem Ausführungsbeispiel erkennbar ist, kann man bei der vorliegenden Erfindung die Wärmeaustauscheffizienz auch durch die Auslegung der Anordnung der Vielzahl von Rohrschlangen 40 steigern, wobei die Rohrschlangen 40 in verschiedenartiger Weise angeordnet werden können.
Bei dem in 66 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vielzahl der Rohrschlangen 40 hinsichtlich des Außendurchmessers im wesentlichen gleich ausgebildet, wobei die Rohrschlangen jedoch unterschiedliche Dicken t4, t5 aufweisen. Je kleiner die Dicke einer Rohrschlange 40 ist, desto größer ist die Wärmemenge, die auf das Wasser in der Rohrschlange übertragen wird. Unter Verwendung von Rohrschlangen 40 mit unterschiedlichen Dicken kann somit das Verhältnis der Wärmerückgewinnung der Vielzahl von Rohrschlangen 40 eingestellt werden. Nicht nur die Dicken, sondern auch die Rohrdurchmesser der Rohrschlangen 40 können verschieden ausgebildet werden.
Bei dem in den 67 und 68 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Zwischenräume 31 der Rohrschlangen 40 ungleich ausgebildet. Im spezielleren ist bei dem in 67 dargestellten Ausführungsbeispiel die Abmessung L19 der Zwischenräume 31 in einem unteren Bereich der Rohrschlangen 40 kleiner als die Abmessung L20 der Zwischenräume 31 in einem oberen Bereich. Bei dem in 68 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Abmessung L21 der Zwischenräume 31 im Verlauf von einem oberen Bereich in Richtung auf einen unteren Bereich der Rohrschlangen 40 allmählich kleiner.
Die Konstruktionen dieser Ausführungsbeispiele sind ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der 18A und 18B. Bei der Temperaturverteilung in dem Raum 3 ist die Temperatur in einem unteren Bereich tendenziell höher als die Temperatur in einem oberen Bereich, da der Brenner 1 einen Brennvorgang in Richtung nach unten ausführt.
Durch kleineres Ausbilden der Zwischenräume 31 in dem unteren Bereich, der wahrscheinlich heiß wird, kann somit das Berührungsausmaß zwischen dem eine hohe Temperatur aufweisenden Verbrennungsgas und den Rohrschlangen 40 gesteigert werden, so daß das Ausmaß an Wärmerückgewinnung gesteigert wird. Im Gegensatz zu dem Vorstehenden können jedoch auch die Zwischenräume 31 in dem oberen Bereich der Rohrschlangen 40 klein ausgebildet werden, während die Zwischenräume 31 in dem unteren Bereich groß ausgebildet werden können.
Die 69 bis 78 zeigen weitere Beispiele von Einrichtungen zum Bilden von Zwischenräumen zwischen Schleifen einer Rohrschlange.
Bei dem in 69 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Vorsprung 18b des Abstandselements 18 derart geneigt, daß er in seinem Verlauf zu dem distalen Ende hin niedriger wird. Eine Vielzahl von Schleifen 40a ist entlang jedes Vorsprungs 18b mit einer Neigung in der vorbestimmten Richtung angeordnet. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel an den Oberflächen der Rohrschlangen 40 erzeugter Niederschlag auf den jeweiligen Vorsprung 18b gelangt, strömt der Niederschlag in einfacher Weise in Richtung auf das distale Ende des Vorsprungs 18b. Auf diese Weise kann das nach unten erfolgende Tropfen von Niederschlag unterstützt werden.
Bei dem in den 70 und 71 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Schleife 40a der Rohrschlangen 40 mit einem Vorsprung 49a ausgebildet. Einander in Vertikalrichtung benachbarte Schleifen 40a sind über den Vorsprung 49a hinweg miteinander in Kontakt gehalten, so daß Zwischenräume 31 gebildet sind.
Bei den in den 72 und 73 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein Teil der oberen Oberfläche und ein Teil der unteren Oberfläche jeder Schleife 40a in Form von Vorsprüngen 49b ausgebildet. Einander benachbarte Schleifen 40a sind über die Vorsprünge 49b miteinander in Berührung gehalten, so daß Zwischenräume 31 gebildet sind. Wie zum Beispiel in 73 gezeigt ist, weist jede Schleife 40a ein Rohr auf, das einen kreisförmigen Querschnitt hat, jedoch einen nicht kreisförmigen, sondern im Querschnitt flach ausgebildeten Bereich beinhaltet, durch den die Vorsprünge 49b gebildet sind. Wie in 74 gezeigt ist, können die Vorsprünge 49b durch Pressen eines Teils der Rohrschlange 40 von gegenüberliegenden Seiten her gebildet werden.
Bei dem in den 75A und 75B gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Aussparungen 49b' in jeder der Schleifen 40a gebildet. Die Aussparungen 40b' können durch Pressen eines Teils der Rohrschlange 40 von oben und von unten her zum Bilden von ebenen Oberflächen gebildet werden. Schleifen 40a, die in Höhenrichtung einander benachbart sind, sind in Berührung miteinander gestapelt, wobei jedoch Zwischenräume 31 zwischen den Schleifen an den Stellen gebildet sind, an denen die Aus sparungen 41 gebildet sind. Mit einer derartigen Konstruktion können wiederum Zwischenräume 31 in geeigneter Weise gebildet werden.
Bei dem in 76 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine wendelförmige Nut 49c an der Außenfläche jeder Schleife 40a gebildet, und ein Teil der Nut 49c dient als Zwischenraum 31. Bei dem in 77 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Streifen von Nuten 49c ausgebildet, die in ihrer Wendelrichtung voneinander verschieden sind. In dem Maß, in dem die Anzahl der Nuten 49c zunimmt, nimmt auch die Gesamtgröße der Zwischenräume 31 zu. Somit kann eine große Anzahl von Nuten 49c gebildet werden. Bei dem in 78 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl nicht wendelförmiger, ringförmiger Nuten 49 auf der äußeren Oberfläche der Schleife 40a gebildet. Auch durch eine solche Konstruktion können die Zwischenräume 31 gebildet werden.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der 70 bis 78 können die Zwischenräume 31 ohne Verwendung eines Abstandselements 18 gebildet werden, so daß die Arbeiten zum Montieren des Abstandselements eliminiert werden können. Die Montage des Wärmetauschers wird somit vereinfacht.
Die 79 bis 82 zeigen weitere Beispiele von Einrichtungen zum Verhindern eines Eindringens von Verbrennungsgas zwischen dem oberen Ende der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC und der Abdeckung 21A.
Bei dem in 79 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiges Wärmeisolierelement 84 in einem Spalt 39a zwischen dem oberen Ende der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC und der Abdeckung 21A angeordnet, um den Spalt 39A zu schließen. Das Wärmeisolierelement 84 kann beispielsweise aus flexiblem Keramikmaterial hergestellt sein.
Da in der vorstehend beschriebenen Weise die Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC aus wendelförmigen Rohren gebildet ist, die geneigt sind, ist die Höhe des Spalts 39a nicht gleichmäßig, sondern verläuft schräg. Somit hat das Wärmeisolierelement 84 keine konstante Dicke, und die Bodenfläche von diesem verläuft schräg. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen die ringförmige Wand 220 der Abdeckung 21A nicht mit der Innenumfangsfläche der innersten Rohrschlange 40 in Kontakt gehalten werden. Mit dieser Konstruktion kann somit der Durchmesser der Brenneröffnung 22A kleiner ausgebildet werden als der Innendurchmesser der Rohrschlange 40.
Bei dem in 80 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 21A durch Preßformen mit einem nach unten ragenden Vorsprung 210 ausgebildet. Der Vorsprung 210 ist mit dem oberen Ende der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC in Kontakt gehalten. Die untere Oberfläche des Vorsprungs 210 ist entsprechend der oberen Endfläche der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC geneigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Bildung eines Spalts, durch den das Verbrennungsgas strömen könnte, oberhalb der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC verhindert. Ferner ist das in 79 dargestellte Wärmeisolierelement 84 nicht notwendig, und die ringförmige Wand 220 muß nicht mit der Rohrschlange 40 in Berührung gehalten werden.
Bei dem in 81 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 21A mit einem nach unten ragenden Vorsprung 210 ausgebildet, in dem ein Vertiefung 210A gebildet ist. Das obere Ende der Vertiefung ist durch ein ringförmiges Hilfselement 211 verschlossen, und es kann Wasser durch die Vertiefung strömen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Wärmerückgewinnung aus dem Verbrennungsgas auch durch das durch die Vertiefung 210A strömende Wasser erfolgen.
Bei dem in 82 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere Ende jeder Rohrschlange 40 horizontal angeordnet. Um das obere Ende horizontal auszubilden, ist eine Vielzahl von Schleifen 40a in der Nähe von dem oberen Ende der Rohrschlange 40 mit gekrümmten Bereichen 401 ausgebildet. Da das obere Ende der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC bei diesem Ausführungsbeispiel flach ist, kann das obere Ende mit der Abdeckung 21A korrekt in Berührung gehalten werden, so daß es nicht zur Bildung eines Spalts kommt, durch den das Verbrennungsgas strömt, oder aber der Spalt sehr klein ist, falls er gebildet wird.
Bei dem in 83 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 mit einer Verlängerung 203 ausgebildet, die sich nach außen erstreckt. Die oberen Enden der Mehrzahl der Rohrschlangen 40 verlaufen im wesentlichen horizontal, um den Spalt 204 zwischen den oberen Enden und der Abdeckung 21A zu verringern, während die distalen Enden von diesen Schleifen 40a nach außen in die Verlängerung 203 ragen. Eine Sammler-/Verteilereinrichtung 5B ist mit den distalen Enden der Rohrschlangen 40 direkt verbunden.
Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5B durchsetzt die Umfangswand 20. In der Sammler-/Verteilereinrichtung 5B ist die Verbindungsöffnung 50 zum Anschließen eines Wassereintrittsrohrs oder eines Warmwasser-Austrittsrohrs von den Verbindungsöffnungen 50a zum Anschließen der Rohrschlangen 40 über ein Distanz L22 positionsmäßig nach unten versetzt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vielzahl der Rohrschlangen 40 kollektiv und direkt mit der Sammler-/Verteilereinrichtung 5B verbunden. Aus diesem Grund ist die Konstruktion im Vergleich mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion, die eine Vielzahl von gekrümmten Rohren verwendet, einfach ausgebildet. Derjenige Bereich der Sammler-/Verteilereinrichtung 5B, der an der Außenseite des Gehäuses 2 freiliegt, ist nach unten versetzt, so daß er nicht von dem Gehäuse 2 nach oben hervorsteht, so daß die Sammler-/Verteilereinrichtung nicht sperrig ist. Es ist zwar nicht eigens dargestellt, jedoch ist bei Verbindung der Sammler-/Verteilereinrichtung 5B auch mit den unteren Enden der Rohrschlangen 40 die Verbindungsöffnung 50 gegenüber der Verbindungsöffnung 50a nach oben verlagert angeordnet.
Die 84 und 85 zeigen ein Beispiel einer Wasserheizvorrichtung, die einen Brenner mit Vorwärtsverbrennung verwendet. Die in den Zeichnungen dargestellte Wasserheizvorrichtung B4 beinhaltet einen Brenner 1A und einen Wärmetauscher A6. Der Brenner 1 ist ein Gasbrenner zum Verbrennen von Brenngas, wie zum Beispiel Erdgas, das durch ein Gaszuführungsrohr 12a zugeführt wird, in einer nach oben gehenden Weise. Der Brenner ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, das mit dem Boden des Wärmetauschers A6 verbunden ist. Ein Gebläse 13 zum Zuführen von Luft für die Verbrennung nach oben in das Gehäuse 10 ist ebenfalls vorhanden.
Der Wärmetauscher A6 beinhaltet ein Gehäuse 2, das an seiner Unterseite sowie direkt über dem Brenner 1A mit einer Brenneröffnung 22A ausgebildet ist. Ein Verbrennungsgasauslaß 22B in Form eines Rings ist an der Oberseite des Gehäuses 2 sowie direkt über einer Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC gebildet. Die Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC beinhaltet eine Vielzahl von Rohrschlangen 40, die in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet sind, und kann wie bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen in verschiedenartiger Weise ausgeführt sein.
Wie in 85 gezeigt ist, beinhaltet jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel jede der Rohrschlangen 40 rechteckige Schleifen 40a, die wendelförmig miteinander verbunden sind, wobei die Umfangswand 20 des Gehäuses 2 entsprechend den Schleifen in Form eines hohlen rechteckigen Prismas ausgebildet ist. Es ist zwar in den Zeichnungen nicht dargestellt, jedoch ist der Brennstoffverbrennungsbereich des Brenners 1A in der Draufsicht rechteckig ausgebildet, wobei die vorstehend beschriebene Konstruktion diesem entsprechend vorgesehen ist.
Wenn der Brennstoff-Verbrennungsbereich des Brenners 1A in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet ist, können somit auch die Schleifen 40a und die Umfangswand 20 kreisförmig ausgebildet sein. Sammler-/Verteilereinrichtungen 5C, die der in 83 dargestellten Sammler-/Verteilereinrichtung 5B ähnlich sind, sind mit gegenüberliegenden Enden der Rohrschlangen 40 verbunden.
Wie in 84 gezeigt, ist das obere Ende des Raums 3 durch eine Trennwand 19A verschlossen. Die Trennwand 19A ist zum Schließen der Öffnung zum Beispiel mit der ringförmigen Wand 206 verbunden, die die Öffnung 205 an dem oberen Ende des Gehäuses 2 umgibt, so daß die Trennwand an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Obwohl die Trennwand 19A in der Zeichnung als einfache flache Platte dargestellt ist, so ist es bevorzugt, daß die mit dem Verbrennungsgas in Kontakt tretende Oberfläche vertieft ist, in ähnlicher Weise wie bei der Trennwand 19, die für den Brenner mit Rückwärtsverbrennung verwendet wird.
Die ringförmige Wand 206 ist mit der Innenumfangsfläche der innersten Rohrschlange 40 in Berührung gehalten, so daß ein direktes Strömen des Verbrennungsgases zu dem Verbrennungsgasauslaß 22B durch eine Passage zwischen der Trennwand 19A und der innersten Rohrschlange 40 verhindert wird. In ähnlicher Weise wie bei dem Wärmetauscher A2 der 35 bis 39 ist die ringförmige Wand 220 der Brenneröffnung 22A mit der Innenumfangsfläche der innersten Rohrschlange 40 in Berührung gehalten, und ein Niederschlag-Aufnahmebereich 26D ist am Boden des Gehäuses 2 vorgesehen.
Bei der Wasserheizvorrichtung B4 dieses Ausführungsbeispiels strömt das in dem Brenner 1A erzeugte Verbrennungsgas durch die Brenneröffnung 22A hindurch nach oben in den Raum 3 hinein. Anschließend strömt das Verbrennungsgas durch die Zwischenräume 31 der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC hindurch in den Verbrennungsgasweg 32, und es strömt dann durch den Verbrennungsgasweg 32 nach oben, um durch den Verbrennungsgasauslaß 22B aus dem Gehäuse 2 ausgeleitet zu werden. Wenn das Verbrennungsgas die Zwischenräume 31 der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC passiert, gelangt das Gas mit vielen Schleifen 40a in Kontakt, so daß die Wärmeaustauscheffizienz gesteigert wird.
In ähnlicher Weise zu der vorstehend beschriebenen Wasserheizvorrichtung B2 können die Rohrschlangen 40 an der Innenseite für die Rückgewinnung von spürbarer Wärme aus dem Verbrennungsgas verwendet werden, während die Rohrschlangen 40 an der Außenseite für die Rückgewinnung von latenter Wärme verwendet werden können. Der in Verbindung mit der Rückgewinnung der latenten Wärme erzeugte Niederschlag fließt entlang des wendelförmigen Gefälles der Rohrschlangen 40 nach unten, um in dem Niederschlag-Aufnahmebereich 26D aufgenommen zu werden. Anschließend wird der Niederschlag durch die Austrittsöffnung 26b in geeigneter Weise aus dem Gehäuse 2 ausgeleitet.
Wie aus dem vorstehenden Ausführungsbeispiel erkennbar ist, lassen sich die Vorteile des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung auch dann erzielen, wenn der Wärmetauscher in Verbindung mit einem Brenner mit Vorwärtsverbrennung anstelle bei einem Brenner mit Rückwärtsverbrennung verwendet wird. Der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung ist somit unabhängig von der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases wirksam.
Die 86 bis 89 zeigen Beispiele für die Konstruktion eines Wärmetauschers mit einem Gehäuse und zwei Wasserwegen.
Bei dem in 86 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Rohrschlangen 40C, 40D und 40E vorgesehen. Die Rohrschlangen 40C und 40E sind mit einem Paar aus einer Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung 5 und einer Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung 5 verbunden. (Die Abdeckung 21A ist in 86 weggelassen.) Die Rohrschlange 40D ist nicht mit den Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 verbunden, sondern die gegenüberliegenden Enden von dieser sind mit einem Paar von Rohrkörpern 5C verbunden, die einen Wassereinlaß 500 bzw. einen Warmwasserauslaß 501 beinhalten.
Mit dieser Konstruktion beinhaltet der Wärmetauscher dieses Ausführungsbeispiels einen ersten Wasserströmungsweg, der gebildet ist durch das Paar der Sammler-/Verteilereinrichtungen 5 sowie die beiden Rohrschlangen 40C, 40E, sowie einen zweiten Wasserströmungsweg, der gebildet ist durch das Paar der Rohrkörper 5C sowie die einzelne Rohrschlange 40E, so daß eine Wasserzufuhr zu dem ersten und dem zweiten Wasserströmungsweg in individueller Weise stattfinden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann Warmwasser in individueller Weise zu mehreren Stellen zugeführt werden. Zum Beispiel kann das Warmwasser, das durch das Durchlaufen des ersten Wasserströmungsweges erzeugt wird, zur allgemeinen Nutzung beispielsweise einer Küche oder einem Waschbecken zugeführt werden, während das Warmwasser, das durch Durchlaufen des zweiten Wasserströmungsweges erzeugt wird, einem Bad zugeführt werden kann.
Wie in 27 gezeigt, ist die Rohrschlange 40D vorzugsweise sandwichartig zwischen den beiden Rohrschlangen 40C und 40E in Berührung mit den beiden Rohrschlangen angeordnet. Mit dieser Konstruktion wird verhindert, daß das Wasser in jeder der Rohrschlangen 40C bis 40E kocht. Wenn zum Beispiel Wasser unter Erwärmung durch das Verbrennungsgas nur durch die beiden Rohrschlangen 40C und 40E fließt, um einer Küche Warmwasser zuzuführen, wird das in der Rohrschlange 40D zurückgehaltene Wasser ebenfalls durch das Verbrennungsgas erwärmt. Die Wärme, die auf die Rohrschlange 40D einwirkt, kann jedoch zu den Rohrschlangen 40C und 40E entweichen, so daß ein Kochen des Wassers in der Rohrschlange 40D verhindert wird.
Wenn die Vielzahl der Rohrschlangen 40 in Berührung miteinander gehalten ist, so ist es wünschenswert, daß die Kontaktfläche möglichst groß ist. Zu diesem Zweck kann die vorliegende Erfindung solche Konstruktionen verwenden, wie diese beispielsweise in den 88A und 88B gezeigt sind. Bei der in 88A gezeigten Konstruktion hat jede Schleife 40a einen Querschnitt, der im wesentlichen kreisförmig ist, jedoch eine Abflachungsfläche aufweist, wobei die Abflachungsflächen von einander benachbarten Schleifen miteinander in Kontakt gehalten sind.
Bei der in 88B gezeigten Konstruktion hat die zentrale Schleife 40a einen Querschnitt, bei dem die gegenüberliegenden Seitenflächen Vertiefungen beinhalten, wobei die beiden Schleifen 40a, die die zentrale Schleife sandwichartig zwischeneinander aufnehmen, teilweise in die Vertiefungen gepaßt sind. Diese Ausführungsformen sind von Vorteil, um die Wärmeübertragungsfläche zwischen den Schleifen 40a zu vergrößern und ein Kochen des Wassers in diesen in zuverlässiger Weise zu verhindern. Wie aus diesen Ausführungsbeispielen erkennbar ist, sind die Rohrschlangen nicht auf die Verwendung von einem runden Rohr begrenzt, sondern es können Rohre mit unterschiedlichen Querschnitten verwendet werden.
Bei dem in 89 dargestellten Ausführungsbeispiel hat jede der Rohrschlangen 40 eine Doppelrohrkonstruktion, bestehend aus einem Innenrohr 404 und einem Außenrohr 405. Mit den Enden der Rohrschlangen 40 sind gekrümmte Rohre 41A und 41B verbunden, die eine Doppelrohrkonstruktion bilden. Mit den gekrümmten Rohren 41A und 41B ist eine Sammler-/Verteilereinrichtung 5D mit einer Doppelkammerkonstruktion verbunden, die aus zwei Kammern 502 und 503 besteht. Im spezielleren ist jedes der Innenrohre 404 mit einem Ende mit dem gekrümmten Rohr 41A derart verbunden, daß das Innenrohr mit der Kammer 502 der Sammler-/Verteilereinrichtung 5D in Verbindung steht.
Jedes der Außenrohre 405 ist mit einem Ende mit dem gekrümmten Rohr 41B derart verbunden, daß das Außenrohr mit der Kammer 503 der Sammler-/Verteilereinrichtung 5D in Verbindung steht. Die Kammern 502 und 503 sind mit Verbindungsöffnungen 50b bzw. 50c zum Anschließen eines Warmwasseraustrittsrohr ausgebildet. Obwohl in 89 nur die Konstruktion der Warmwassersaustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung dargestellt ist, besitzt die Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung die gleiche Konstruktion wie die Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient das Innenrohr 404 jeder der Rohrschlangen 40 als erster Wasserströmungsweg, während der Raum zwischen dem Innenrohr 404 und dem Außenrohr 405 als zweiter Wasserströmungsweg dient, wobei die Wasserströmung in dem ersten und dem zweiten Wasserströmungsweg in individueller Weise erfolgen kann. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum Warmwasser individuell zu mehreren Stellen geliefert werden. Ferner kann Wärme über das Innenrohr 404 zwischen dem Wasser in dem Innenrohr 404 und dem Wasser in dem Raum zwischen dem Innenrohr 404 und dem Außenrohr 405 übertragen werden.
Selbst wenn die Rohrschlangen 40 in einem Zustand erwärmt werden, in dem die Wasserströmung in einem der Wasserströmungswege gestoppt wird, ist somit ein Kochen des Wassers verhindert. Dieser Aspekt ist der gleiche wie bei dem in den 29A und 29B dargestellten Ausführungsbeispiel. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alle der Rohrschlangen die Doppelrohrkonstruktion aufweisen, kann der Wärmetauscher mit einem Gehäuse und zwei Wasserwegen auch verwirklicht werden, wenn nur ein Teil der Rohrschlangen eine Doppelrohrkonstruktion aufweist.
Bei den in den 90 und 91 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Schleifen 40b jeder Rohrschlange 40 im wesentlichen C-förmig ausgebildet. Einander gegenüberliegende Enden 407 jeder Schleife 40b sind mit einer Sammler-/Verteilereinrichtung 5E verbunden. Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5E beinhaltet eine Kammer 504 mit einem Wassereinlaß 50D sowie eine Kammer 505 mit einem Warmwasserauslaß 50e und durchsetzt die Umfangswand 20 des Gehäuses 2, so daß sie teilweise in dem Gehäuse und teilweise außerhalb von dem Gehäuse angeordnet ist. Die Sammler-/Verteilereinrichtung 5E ist in Richtung der Höhe des Gehäuses 2 länglich ausgebildet.
Die gegenüberliegenden Enden 407 jeder Schleife 40b sind mit den Kammern 504 und 505 verbunden, so daß Wasser durch die Schleife hindurchströmen kann. Die Vielzahl der Schleifen 40b beinhalten solche mit unterschiedlichen Durchmessern, die konzentrisch oder im wesentlichen konzentrisch in einer in Lagen bzw. Runden gewickelten Weise angeordnet sind, so daß Schleifen über Zwischenräume 31 hinweg auch entlang der Höhenrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC geschaffen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel strömt beim Einleiten des Verbrennungsgases in den von der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC umschlossenen Raum 3 das Verbrennungsgas in Richtung auf den Verbrennungsgasweg 32, indem es durch die Zwischenräume 31 der Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC hindurchtritt. Bei diesem Vorgang erfolgt ein effizienter Wärmeaustausch zwischen den Schleifen 40b und dem Verbrennungsgas.
Wie aus diesem Ausführungsbeispiel erkennbar, können bei der vorliegenden Erfindung die Rohrschlangen unter Verwendung einer Vielzahl von im wesentlichen C-förmigen Rohren anstatt von wendelförmigen Rohren gebildet werden. Unter der "im wesentlichen C-förmigen Ausbildung" gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Hohlform zu verstehen, von der ein Teil weggeschnitten ist, wobei dies nicht nur eine teilweise weggeschnittene Kreisform, sondern auch eine teilweise weggeschnittene Rechteckformgebung beinhaltet.
Bei dem in 92 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 19 des Wärmetauschers A7 in einem höher gelegenen Bereich als untere Öffnung des Raums 3 angeordnet, um diesen Bereich abzuschließen, so daß das in dem Bereich oberhalb von der Trennwand 19 vorhandene Verbrennungsgas daran gehindert ist, direkt in den Bereich unterhalb von der Trennwand 19 zu strömen. Diese Konstruktion entspricht dem in 34 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel unterteilt die Trennwand 19 den Raum 3 in einen ersten und einen zweiten Bereich 30a und 30b. Ferner ist die Rohrlagen-Wickelkonstruktion SC in einen ersten Wärmeaustauschbereich HT1 und einen zweiten Wärmeaustauschbereich HT2 unterteilt, die den ersten Bereich 30a bzw. den zweiten Bereich 30b umgeben. Mit dieser Konstruktion strömt das durch den Brenner 1 erzeugte Verbrennungsgas von dem ersten Bereich 30a des Raums unter Durchströmung der Zwischenräume 31 des ersten Wärmeaustauschbereichs HT1 in den Verbrennungsgasweg 32 und strömt dann unter Durchströmung der Zwischenräume 31 des zweiten Wärmeaustauschbereichs HT2 in den zweiten Bereich 30b.
Auf diese Weise kann spürbare Wärme in dem ersten Wärmeaustauschbereich HT1 zurückgewonnen werden, während latente Wärme in dem zweiten Wärmeaustauschbereich HT2 zurückgewonnen werden kann. Bei der Rückgewinnung der latenten Wärme in dem unteren Bereich der Rohrlagen-Wickelkonstruktion wird in dem unteren Bereich Niederschlag in konzentrierter Weise erzeugt, wobei dieser zum raschen und angemessenen Sammeln von Niederschlag geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die spezielle Konstruktion eines jeden Bereichs des Wärmetauschers und der Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können in verschiedenartiger Weise modifiziert werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann bei dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Wärmeaustauscheffizienz erzielt werden, indem eine Rückgewinnung von latenter Wärme aus dem Verbrennungsgas erfolgt. Die Rückgewinnung von latenter Wärme führt jedoch zur Erzeugung von Niederschlag bzw. Kondensat. Zum Verhindern der Erzeugung von Niederschlag kann daher der Wärmetauscher gezielt so ausgebildet werden, daß keine Rückgewinnung von latenter Wärme erfolgt.
Als Brenner können verschiedene Arten von Brennern verwendet werden, solange diese Verbrennungsgas erzeugen, wobei beispielsweise auch ein Ölbrenner oder ein Gasbrenner verwendet werden können. Unter der Wasserheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine beliebige Vorrichtung mit einer Funktion zum Erzeugen von Warmwasser zu verstehen, wobei diese verschiedene Arten von Wasser heizvorrichtungen zum Liefern von Warmwasser für den allgemeinen Gebrauch, für ein Badezimmer, für eine Raumheizung oder zum Schmelzen von Schnee sowie weitere Vorrichtungen beinhaltet, die Warmwasser für andere Zwecke als für die Warmwasserversorgung erzeugen. Obwohl es bevorzugt ist, das Gehäuse und die Wasserrohre des Wärmetauschers aus rostfreiem Stahl herzustellen, der eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit hat, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Wärmetauscher (A1) beinhaltet eine Rohrschlange (60) mit einer Vielzahl von Schleifen (60a) sowie einen Raum (35), der von der Rohrschlange (60) umgeben ist und ein durch eine Trennwand (19) verschlossenes Ende aufweist. Der Wärmetauscher ist derart ausgebildet, daß Verbrennungsgas von dem Raum (35) unter Durchströmung von Zwischenräumen (61) der Schleifen (60a) der Rohrschlange (60) zu einem Verbrennungsgasweg (36) strömt. Die Schleifen (60a) sind aus einem Rohr mit einer Dicke (t1) und einer Breite (L1) gebildet, die größer ist als die Dicke, so daß das Ausmaß an Wärmerückgewinnung beim Hindurchströmen des Verbrennungsgases durch die Zwischenräume (61) groß ist. Auf diese Weise ist die Wärmeaustauschereffizienz unter Vereinfachung der Gesamtkonstruktion des Wärmetauschers (A1) sowie unter Reduzierung der Größe des Wärmetauschers verbessert.

A1; A2; A3; A4; A5; A6; A7: Wärmetauscher
B1; B2; B3; B4: Wasserheizvorrichtung
1; 1A: Brenner
2, 10: Gehäuse
3; 35: Raum
4: Wasserrohre
5; 5A; 5B; 5C; 5D; 5E: Sammler-/Verteilereinrichtungen
6; 6A, 6B: Wärmeaustausch-Wasserrohre
9: Anschläge
12: Brennstoff-Zuführungseinheit
12a: Zuführungsrohr
13: Gebläse
18; 18A; 18B; 18C; 18D; 18E; 18F; 18G; 18': Abstandselemente
18a: Basisbereich
18b: Vorsprünge
18c: Schnitte
19; 19A: Trennwand
20: Umfangswand
20A, 20B: erste und zweite Platte
20a: Rand der Umfangswand
20b: Rand der ersten Platte
20c: Rand der zweiten Platte
20': nicht zylindrische Platte
20a'; 20b', 20c': Vorsprünge
21A, 21B: Abdeckung
21d: Vorsprünge
22A: Brenneröffnung
22B: Verbrennungsgasauslaß
23: Halter
25a, 25b: Vorsprünge
26; 26D: Niederschlag-Aufnahmebereich
26a: ringförmiger Raum
26b: Austrittsöffnung
29: Verbrennungsgasverschluß
29a: schräg verlaufende Oberfläche
30a, 30b: erster und zweiter Bereich d. Raums 3
31; 61: Zwischenräume
32; 36: Verbrennungsgasweg
36a: Zwischenraum
40; 40A, 40B; 40C–E;: Rohrschlangen, wendelförmige Rohre
40a: Schleifen
41; 41A, 41B: gekrümmte Rohre
41a, 41b: Rohrenden
49a, 49b: Vorsprünge
49b': Aussparungen
49c: Nut
50; 50a; 50b, 50c: Verbindungsöffnungen
50d: Wassereinlaß
50e: Warmwasserauslaß
51: Öffnungen
52: kreisförmiges Rohr
52A, 52B: erstes und zweites Gehäuseteil
60: Rohrschlange
60a; 60a', 60a'': Schleifen
62A–D: Rohrmodule
62a; 62a', 62b': erstes Ende von 62
62b: zweites Ende
62c: Verbindungsanschluß
68, 69: Vorsprung
71; 71A, 71B: Wassereintrittskammer
71a: Wassereinlaß
72; 72A, 72B: Warmwasser-Austrittskammer
72a: Warmwasser-Auslaß
73; 73A, 73B: gemeinsame Kammer
80: unteres Gehäuse
80a: Niederschlagaustrittsöffnung
81: Austrittskanal
81a: Austrittsöffnung
82: Rohr
83A; 83B: Aufnahmeelement
84: Wärmeisolierelement
89: Steuerung
90: Basisbereich
91: Schenkel
91a: schräg verlaufender Bereich
92: Schlitz
93A, 93B: bogenförmige Bereiche
94b: Flansch
99a: Wassereintrittsöffnung
99b: Warmwasser-Austrittsrohr
180: Stufenbereich
181, 182: Plattenbereiche
190: Hauptkörper
190a: Plattenelement
190b: wärmeisolierendes Element
191: Flanschstück
203: Verlängerung
204: Spalt
205: Öffnung
206; 220: ringförmige Wand
210: Vorsprung
210A: Vertiefung
211: Hilfselement
260: schräg verlaufende Fläche
261; 263: aufrechte Wand
262: Nut
401: gekrümmte Bereiche
404: Innenrohr
405: Außenrohr
407: Enden der Schleifen
500: Wassereinlaß
505: Warmwasserauslaß
502, 503; 504, 505: Kammern
SC: Rohrlagen-Wickelkonstruktion
SA1: erster Bereich
SA2: zweiter Bereich
SA3: dritte Bereiche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 61-69676 U [0007]

Claims

Wärmetauscher, der folgendes aufweist: – ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; – eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die über eine Vielzahl von Zwischenräumen in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; – einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; – eine Trennwand, um zu verhindern, daß in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt, und um zu bewirken, daß das Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen strömt; und – einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das unter Durchströmung der Zwischenräume in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen; – wobei die Schleifen ein Rohr aufweisen, das eine Dicke in Axialrichtung und eine Breite in einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung aufweist, wobei die Breite größer ist als die Dicke.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Schleifen ein Flachrohr aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand aufweist und wobei der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangwand und der Rohrschlange gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Abstandselement zum Bilden der Zwischenräume; wobei das Abstandselement einen Basisbereich mit einer Länge in Axialrichtung aufweist sowie eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die von dem Basisbereich in der Art von Zähnen eines Kamms wegstehen und die zwischen den Schleifen angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jede der Schleifen eine mit einem Vorsprung ausgebildete äußere Oberfläche aufweist; und wobei einander benachbarte Schleifen in Axialrichtung über den Vorsprung miteinander in Berührung gehalten sind, um die jeweiligen Zwischenräume zu bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jede der Schleifen eine mit einer Vertiefung ausgebildete äußere Oberfläche aufweist; und wobei jeder der Zwischenräume einen Bereich zwischen Vertiefungen von einander in Axialrichtung benachbarten Schleifen aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiterhin mit einem in dem Gehäuse vorgesehenen Niederschlag-Aufnahmebereich, der von der Rohrschlange herabtropfenden Niederschlag aufnimmt; und mit einer Austrittsöffnung zum Ausleiten des von dem Niederschlag-Aufnahmebereich aufgenommenen Niederschlags zur Außenseite des Gehäuses.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Niederschlag-Führungseinrichtung zum Führen des Niederschlags zu dem Verbrennungsgasauslaß, so daß der von der Rohrschlange herabtropfende Niederschlag durch den Verbrennungsgasauslaß zur Außenseite des Gehäuses ausgeleitet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Abmessungen der Zwischenräume nicht gleichmäßig sind, so daß eine Abmessung an einer Stelle in der Nähe von der Brenneröffnung und eine Abmessung an einer von der Brenneröffnung abgelegenen Stelle voneinander verschieden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Breite der Schleifen nicht gleichmäßig ist, so daß eine Breite an einer Stelle in der Nähe von der Brenneröffnung und eine Breite an einer von der Brenneröffnung abgelegenen Stelle voneinander verschieden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Rohrschlange mit einer Vielzahl von nach innen vorstehenden Vorsprüngen ausgebildet ist, so daß durch die Rohrschlange hindurchfließendes Wasser Turbulenzen bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiterhin mit einer zusätzlichen Rohrschlange mit einer Vielzahl von Schleifen, die mit den Schleifen der Rohrschlange in Berührung gehalten sind; wobei der Wassereintritt und der Warmwasseraustritt bezug auf die Vielzahl der Rohrschlangen in individueller Weise erfolgen, so daß eine Warmwasserzufuhr zu einer Vielzahl von Bestimmungsorten ermöglicht ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen einander in Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung überlappen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Rohrschlange eine Doppelrohrkonstruktion mit einem Innenrohr und einem Außenrohr aufweist; und wobei die Wasserströmung in dem Innenrohr und die Wasserströmung in einem Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr in individueller Weise durchgeführt werden können.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Vielzahl von Rohrmodulen, die jeweils ein gegenüberliegendes Paar aus einem ersten und einem zweiten Ende für die Verbindung sowie einen dazwischen liegenden Bereich in Form einer Schleife aufweisen; und mit einer Wasserströmungseinrichtung, die mit den gegenüberliegenden Enden der Vielzahl der Rohrmodule verbunden ist, um eine Wasserströmung in den Rohrmodulen zu ermöglichen, wobei die Rohrmodule in dem Gehäuse in Axialrichtung angeordnet sind; wobei die Rohrschlange aus den Rohrmodulen gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei die Wasserströmungseinrichtung folgendes aufweist: eine Wassereintrittskammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Wassereintrittsöffnung aufweist; eine Warmwasser-Austrittskammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Warmwasser-Austrittsöffnung aufweist; und eine gemeinsame Kammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit der jeweilige erste Enden der Rohrmodule verbunden sind, so daß die Rohrmodule miteinander in Verbindung stehen; wobei die Rohrmodule ein erstes Rohrmodul aufweisen, dessen zweites Ende mit der Wassereintrittskammer verbunden ist, sowie ein zweites Rohrmodul aufweisen, dessen zweites Ende mit der Warmwasser-Austrittskammer verbunden ist; und wobei in die Wassereintrittskammer eingeleitetes Wasser durch das erste Rohrmodul in die gemeinsame Kammer fließt und dann durch das zweite Rohrmodul in die Warmwasser-Austrittskammer fließt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Rohrschlange aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.
Wasserheizvorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus von dem Brenner erzeugten Verbrennungsgas, wobei der Wärmetauscher folgendes aufweist: – ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; – eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die über eine Vielzahl von Zwischenräumen in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; – einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; – eine Trennwand, um zu verhindern, daß von dem Brenner in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt, und um zu bewirken, daß das Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen strömt; und – einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das unter Durchströmung der Zwischenräume in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen; – wobei die Schleifen ein Rohr aufweisen, das eine Dicke in Axialrichtung und eine Breite in einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung aufweist, wobei die Breite größer ist als die Dicke.
Wärmetauscher, der folgendes aufweist: – ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; – eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; – einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; – eine Trennwand, um zu verhindern, daß in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt; und – einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen; – wobei der Wärmetauscher ferner folgendes aufweist: – mindestens eine zusätzliche Rohrschlange, die sich von der Rohrschlange entweder in dem Durchmesser der Schleifen oder der Breite der Schleifen unterscheidet, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet ist, um eine Rohrlagen-Wickelkonstruktion zu bilden, bei der die Vielzahl von Schleifen in der Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind; und – eine Vielzahl von Zwischenräumen, die zwischen den Schleifen zum Hindurchlassen von Verbrennungsgas gebildet sind, so daß das Verbrennungsgas von dem Raum unter Durchströmung der Rohrlagen-Wickelkonstruktion in den Verbrennungsgasweg strömt.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei jede der Rohrschlangen ein wendelförmiges Rohr beinhaltet, bei dem die Vielzahl der Schleifen in wendelförmiger Weise miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand aufweist und der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und der Rohrlagen-Wickelkonstruktion gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei nicht erwärmtes Wasser, das durch keine der inneren Rohrschlangen hindurchgeleitet worden ist, zu einer äußeren der Rohrschlangen geleitet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, weiterhin mit einem Abstandselement zum Bilden der Zwischenräume; wobei das Abstandselement einen Basisbereich mit einer Länge in Axialrichtung aufweist sowie eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die von dem Basisbereich in der Art von Zähnen eines Kamms wegstehen und die zwischen den Schleifen angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei jede der Schleifen eine mit einem Vorsprung ausgebildete äußere Oberfläche aufweist; und wobei einander benachbarte Schleifen in Axialrichtung über den Vorsprung miteinander in Berührung gehalten sind, um die jeweiligen Zwischenräume zu bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei jede der Schleifen eine mit einer Aussparung ausgebildete äußere Oberfläche aufweist; und wobei jeder der Zwischenräume einen Bereich zwischen Aussparungen von einander in Axialrichtung benachbarten Schleifen aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei jede der Schleifen eine äußere Oberfläche aufweist, die mit mindestens einer wendelförmigen Nut ausgebildet ist, und wobei ein Teil der wendelförmigen Nut den Zwischenraum bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, weiterhin mit einem in dem Gehäuse vorgesehenen Niederschlag-Aufnahmebereich, der von der Rohrschlange herabtropfenden Niederschlag aufnimmt; und mit einer Austrittsöffnung zum Ausleiten des von dem Niederschlag-Aufnahmebereich aufgenommenen Niederschlags zur Außenseite des Gehäuses.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, weiterhin mit einer Niederschlag-Führungseinrichtung zum Führen des Niederschlags zu dem Verbrennungsgasauslaß, so daß der von den Rohrschlangen herabtropfende Niederschlag durch den Verbrennungsgasauslaß zur Außenseite des Gehäuses ausgeleitet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die Abmessungen der Zwischenräume nicht gleichmäßig sind, so daß eine Abmessung an einer Stelle in der Nähe von der Brenneröffnung und eine Abmessung an einer von der Brenneröffnung abgelegenen Stelle voneinander verschieden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in dem Rohrdurchmesser der Schleifen gleich ausgebildet sind und die Schleifen, die in der zu der Axialrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind, in Axialrichtung keinen Stufenbereich bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die Schleifen, die in der zu der Axialrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind, in der Axialrichtung einen Stufenbereich bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in dem Rohrdurchmesser voneinander verschieden sind und die innerste Rohrschlange den größten Rohrdurchmesser aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, weiterhin mit einer Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung, die eine Verbindungsöffnung für ein Wassereintrittsrohr aufweist und mit dem einen Ende jeder der Vielzahl von Rohrschlangen verbunden ist, so daß der Verbindungsöffnung zugeführtes Wasser auf die Vielzahl der Rohrschlangen verteilt wird; und mit einer Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung, die eine Verbindungsöffnung für ein Warmwasser-Austrittsrohr aufweist und mit dem anderen Ende jeder der Vielzahl von Rohrschlangen verbunden ist, so daß durch die Vielzahl der Rohrschlangen hindurchgeleitetes Wasser an der Verbindungsöffnung zusammengeführt wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 33, wobei die Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung mit einem näher bei der Brenneröffnung gelegenen Ende einer jeden Rohrschlange verbunden ist, während die Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung mit einem anderen der Enden verbunden ist, und wobei die Wasserströmung in den Rohrschlangen von einem von der Brenneröffnung abgelegenen Bereich in Richtung auf einen nahe bei der Brenneröffnung gelegenen Bereich stattfindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 33, wobei das Gehäuse eine zylindrische Umfangswand aufweist; wobei eine Vielzahl von gekrümmten Rohren vorgesehen ist, von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die die Umfangswand des Gehäuses derart durchsetzen, daß das erste Ende in ein Ende von jeder der Rohrschlangen eingepaßt und mit diesem verbunden ist und das zweite Ende außerhalb von dem Gehäuse angeordnet ist; und wobei mindestens eine der Wassereintritts-Sammler-/Verteilereinrichtung und der Warmwasseraustritts-Sammler-/Verteilereinrichtung mit den zweiten Enden der Vielzahl der gekrümmten Rohre verbunden ist und außerhalb von dem Gehäuse angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 35, wobei die Anordnungs-Beabstandung der die Umfangswand durchsetzenden Bereiche und der zweiten Ende der gekrümmten Rohre größer ist als die Anordnungs-Beabstandung der Enden der Rohrschlangen und der ersten Enden der Vielzahl der gekrümmten Rohre.
Wärmetauscher nach Anspruch 35, weiterhin mit einem Plattenelement, das mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen der gekrümmten Rohre ausgebildet ist und ein gegenüberliegendes Paar von Rändern aufweist, die zum Bilden von Vorsprüngen umgebogen sind; wobei die Umfangswand des Gehäuses durch Formen des Plattenelements in eine zylindrische Formgebung und miteinander Verbinden der Vorsprünge an den gegenüberliegenden Rändern gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 35, weiterhin mit einem ersten Plattenelement, das mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen der gekrümmten Rohre ausgebildet ist; und mit einem zweiten Plattenelement, das separat von dem ersten Plattenelement ausgebildet ist; wobei die Umfangswand des Gehäuses durch Verbinden eines gegenüberliegenden Paares von Rändern des zweiten Plattenelements mit dem ersten Plattenelement gebildet ist, so daß das erste und das zweite Plattenelement eine kontinuierliche zylindrische Formgebung bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen eine Vielzahl von Wasserwegen bildet, um den Wassereintritt und den Warmwasseraustritt in individueller Weise auszuführen, so daß unter Durchströmung der Wasserwege erzeugtes Warmwasser zu einer Vielzahl von Bestimmungsorten geliefert wird; und wobei die die Vielzahl der Wasserwege bildenden Rohrschlangen miteinander in Berührung gehalten sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei mindestens eine der Rohrschlangen eine Doppelrohrkonstruktion mit einem Innenrohr und einem Außenrohr aufweist, und wobei die Wasserströmung in das Innenrohr und die Wasserströmung in einen Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr in individueller Weise vorgenommen werden können.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei jede der Rohrschlangen eine Vielzahl von im wesentlichen C-förmigen Rohrbereichen aufweist, die in Axialrichtung angeordnet sind, und wobei mindestens eine Sammler-/Verteilereinrichtung zum Bewerkstelligen einer Wasserströmung in bezug auf die Rohrbereiche mit gegenüberliegenden Enden der Rohrbereiche verbunden ist.
Wasserheizvorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus von dem Brenner erzeugtem Verbrennungsgas, wobei der Wärmetauscher folgendes aufweist: – ein Gehäuse mit einander axial gegenüberliegenden Enden, die mit einer Brenneröffnung bzw. mit einem Verbrennungsgasauslaß ausgebildet sind; – eine Wärmeaustausch-Rohrschlange, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, die in Axialrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind; – einen Raum, der von der Rohrschlange umgeben ist und mit einem Ende mit der Brenneröffnung in Verbindung steht; – eine Trennwand, um zu verhindern, daß von dem Brenner in den Raum eingeleitetes Verbrennungsgas direkt durch ein anderes Ende des Raums hindurchströmt; und – einen Verbrennungsgasweg, der um die Rohrschlange herum gebildet ist, um das Verbrennungsgas, das in diesen geleitet worden ist, zu dem Verbrennungsgasauslaß zu führen; – wobei der Wasserheizvorrichtung ferner folgendes aufweist: – mindestens eine zusätzliche Rohrschlange, die sich von der Rohrschlange entweder in dem Durchmesser der Schleifen oder der Breite der Schleifen unterscheidet, wobei die Vielzahl der Rohrschlangen in einer in Lagen gewickelten Weise angeordnet ist, um eine Rohrlagen-Wickelkonstruktion zu bilden, bei der eine Vielzahl von Schleifen in der Axialrichtung sowie in einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind; und – eine Vielzahl von Zwischenräumen, die zwischen den Schleifen zum Hindurchlassen von Verbrennungsgas gebildet sind, so daß das Verbrennungsgas von dem Raum unter Durchströmung des Rohrlagen-Wickelkonstruktion in den Verbrennungsgasweg strömt.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 42, wobei der Wärmetauscher derart ausgerichtet ist, daß die Brenneröffnung höher angeordnet ist als der Verbrennungsgasauslaß; und wobei der Brenner mit einem oberen Bereich des Wärmetauschers verbunden ist und Brennstoff in Richtung nach unten verbrennt.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 43, wobei jede der Schleifen kreisförmig ist, das Gehäuse eine die Schleifen umgebende, im wesentlichen zylindrische Umfangswand aufweist und der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und den Schleifen gebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 42, wobei der Wärmetauscher derart ausgerichtet ist, daß die Brenneröffnung niedriger angeordnet ist als der Verbrennungsgasauslaß; und wobei der Brenner mit einem unteren Bereich des Wärmetauschers verbunden ist und Brennstoff in Richtung nach oben verbrennt.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 45, wobei jede der Schleifen rechteckig ausgebildet ist, das Gehäuse eine Umfangswand aufweist, die in Form eines rechteckigen Zylinders ausgebildet ist und die Schleifen umgibt, und wobei der Verbrennungsgasweg zwischen der Umfangswand und den Schleifen gebildet ist.