DE1814902A1

DE1814902A1 - Wassererhitzer

Info

Publication number: DE1814902A1
Application number: DE19681814902
Authority: DE
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-12-16
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1970-07-16
Also published as: GB1235796A; NL6918246A

Description

Patentanwälte Düsseldorf, den 13. Dezember 1968

Dr. Ing. Eschenberg Gecilienallee 76 _j/n

Dipl.-Ing.Sauerland

Dr. Ing. König

Unsere Akte 24 453

Herr Franciscus Roffeisen, Mauritslaan 7,Helmond/Holland

"V/asser erhitzer"

Die Erfindung bezieht sich auf gasbeheizte Wassererhitzer, wie sie beispielsweise als Kessel für Warmwasserheizungen, als Warmwasserbereiter für Haus- " Haltungen und ähnliche Zwecke Verwendung finden. Insbesondere bezieht sie sich auf Wassererhitzer mit einem von zwei mit Abstand ineinanderliegenden lotrechten Rohren begrenzten Wasserbehälter, dessen Innenrohr den über einem Gas- oder Ölbrenner angeordneten Heizgaskanal bildet, und dessen Außenrohr von einem Isoliermantel umgeben ist₀ Bei solchen Wassererhitzern ist es bekannt, zur Erzielung eines möglichst günstigen Wärmeaustausches zwischen dem Heizgas und dem im Wasserbehälter vorhandenen Wasser das aus möglichst gut wärmeleitendem Metall, z.B. Kupfer, bestehende Innenrohr mit längs- oder querverlaufenden Wellen oder Rippen zu versehen, um die Berührungsfläche zwischen dem Innenrohr und dem Heizgas einerseits und evtl· auch mit dem Wasser anderseits nach Möglichkeit zu vergrößern. Es ist ferner bekannt, im Heizgaskanal Einbauten vorzusehen, die die Strömungsgeschwindigkeiten des Heizgases verzögern und damit dessen Verweilzeit im Heizgaskanal verlängern sollen. Obwohl es

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mit diesen Maßnahmen gelingt, die Ausnutzung der im Heizgas enthaltenen Wärme gegenüber glattwandigen Heizgaskanälen auf etwa das Zwei- bis Zweieinhalbfa^che zu steigern, wird dennoch bei den bekannten . Wassererhitzern die Heizgaswärme nur unvollkommen ausgenutzt, so.daß die Gase das Gerät mit einer relativ hohen Temperatur verlassen, zumal man in Wassererhitzern, die für Haushalt- und ähnliche Zwecke bestimmt sind, den Heizgaskanal nicht beliebig lang machen kann.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines gasbeheizten Wassererhitzers, der bei räumlich kleinen Abmessungen eine wesentlich verbesserte Ausnutzung der in Heizgasen enthaltenen Wärme ermöglicht. Dabei soll dem Gas die Wärme auf möglichst kurzem Wege möglichst vollständig entzogen werden. Außer im Vergleich zur Heizleistung kleinen Abmessungen gegenüber bekannten Wassererhitzern sollen damit zugleich de'r Verbrauch an Heizenergie und damit die Heizungskosten beträchtlich rierabgesetzt v/erden.

Die Erfindung erreicht das bei einem Wassererhitzer der eingangs genannten Art dadurch, daß die Wand des glattwandigen zylindrischen Innenrohrs von einer Vielzahl von über dessen Umfang und Länge verteilten radialen Stäben aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit durchsetzt ist, die sich einerseits wenigstens bis in die Nähe der Achse des Innenrohrs erstrecken, anderseits mit Abstand vor der Außenwand des Wasserbehälters enden.

Versuche mit einem derart aufgebauten Wasserbehälter, dessen kupfernes Innenrohr einen Durch-

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messer von nur 10 cm hat und bei einer Länge von 40 cm insgesamt 110 Kupferstäbe von je 3 mm Durchmes ser und 10 cm Länge aufweist, die je zur Hälfte in den Heizgaskanal und in den Wasserraum ragen, haben eine Wärmeausnutzung ergeben, die um das Sechsfache größer ist, als bei einem glattwandigen Wärmeaustauschrohr sonst gleicher Abmessungen. Dabei wurde weiter festgestellt, daß der weitaus größte Teil der Wärme aus dem Heizgaskanal unmittelbar über die Kupferstäbe in das Wasser gelangt, und neben der Wär meübertragung unmittelbar über die Kupferstäbe der Wärmedurchgang durch die Rohrwand praktisch kaum noch eine Rolle spielt.

Das mit den Versuchen erzielte Ergebnis ist zweifellos noch wesentlich zu verbessern, und zwar nicht nur durch eine ohne weiteres mögliche Vermehrung der Stabzahl, sondern auch Anpassung ihrer einerseits in den Gasraum, anderseits in den Wasserraum ratenden Längenanteile an den Wärmeinhalt des Heizgases einerseits und die Kühlwirkung des Wassers anderseits.

Damit eröffnet die Erfindung die MöiClichkeit, bei der Herstellung von Wassererhitzern nicht nur für die isolierende Außenwand, sondern auch für das den Heizgaskanal bildende Rohr, für aas bisher durchweg hochwertiges Kupfer verwendet wird, auf wesentlich billigere Materialien geringerer Wärmeleitfähigkeit- auszuv/eichen« Dieses Rohr kann sogar aus Kunststoff bestehen_s wenigstens, sofern es sich um für den Hausgebrauch bestimmte Wassererhitzer handelt j bei denen eine Erwärmung des Wassers

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bis unmittelbar an oder über den normalen Siedepunkt duroh die übliche Steuerung der Brennstoffzufuhr verhindert wird. Bei Wässererhitzern größerer Wärmebelastung ist es mit einfachen Mitteln durchaus möglich, ein den Gaskanal bildendes Kunststoffrohr gegen thermische Überbeanspruchung zu schützen, ζ·Β₉durch einen.Wärmestrahlung reflektierenden Überzug oder eine wärmedämmende Schutzschicht oder Auskleidung. Eine solche Auskleidung könnte auch Teil einer Form sein, in der das Innenrohr aus einem dazu geeigneten Kunststoff durch Gießen hergestellt wird.

Die mit den die Heizgaskammerwand durchsetzenden Stäben erzielte hohe Wärmeausnutzung ist nicht etwa nur auf die von der Vielzahl-von Stäben dem Heizgas dargebotene, große Oberfläche zurück-, zuführen, sondern beruht zu einem wesentlichen Teil auch darauf, daß die vielen Stäbe die Strömungsgeschwindigkeit des Gases örtlich verzögern, sowie die aufsteigenden Heizgase zwingt, ständig ihre Richtung zu ändern. Dadurch wird eine hervorragende Durchwirbelung der Heizgase und ein lebhafter Austausch von Gasteilchen, die ihre Wärme bereits mehr oder weniger abgegeben haben, mit anderen noch wärmeren Gasteilchen erreicht.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Stäbe so anzuordnen, daß sie die Wand des Innenrohrs im Verlauf einer Schraubenlinie oder - noch besser im Verlauf mehrerer ineinanderliegender Schraubenlinien durchsetzen, die in Umfangsrichtung derart gegeneinander versetzt sind, daß die zu verschiedenen Schraubenlinien gehörenden Stäbe auf verschiedenen

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Mantellinien: liegen« Auf diese Weise wird zugleich nicht nur eine bequeme, gleichmässige Verteilung der Stäbe auf die Wand des Innenrohrs erreicht, sondern auch vermieden, daß diametral gegenüberliegende Stäbe einander innerhalb des Abheizgaskanals berühren, wodurch unerwünschte Spannungen innerhalb des Wärmeaustauschrohres und nachteilige Beanspruchungen der Verbindungsstellen zwischen Stäben und Rohrwand entstehen könnten.

Infolge der Anordnung auf Schraubenlinien können die Stäbe in das Innenrohr auch über dessen Achse hinaus ragen, so daß größere Freiheit in der Bemessung dieses Teils ihrer Länge besteht.

Nach den bisherigen Erfahrungen reicht ein nach den Merkmalen der Erfindung mit einer relativ kleinen Anzahl von Stäben aufgebauter Wassererhitzer, dessen Innenrohr einen Durchmesser von etwa 10 cm und dessen Außenrohr etwa den doppelten lichten Durchmesser hat, bei einer Länge von etwa 1 bis 1 1/2 m völlig aus, um bei Benutzung als Kessel in einer Umlaufheizung den Wärmebedarf einer mittleren Wohnung zu decken.

Die geringen Abmessungen eines solchen Heizkessels lassen 'es auch zu, ihn mit einem Warmwasser- ■ bereiter und -speicher für Verbrauchszwecke zu kombi-. nieren. Das . kann auf besonders einfache und zweckmäßige Weise dadurch geschehen, daß der den Heizungskessel bildende Wasserbehälter gegen den Brenner über den Isoliermantel hinaus um einen Bruchteil seiner Länge verlängert und mit einem ihn über seine volle Länge mit Abstand umgebenden Mantelrohr versehen wird,

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mit dem er einen zweiten, äußeren Wasserraum begrenzt und als Heizelemente für das in diesem Raum enthaltene Wasser radiale Stäbe aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sind, die die Verlängerung des Außenrohrs des inneren Wasserbehälters (Kessels) durchsetzen. Als Wärmequelle dient in diesem Falle das im Heizkessel enthaltene Wasser, gleichgültig ob es zwischen diesem und den Heizkörpern der Heizungsanlage zirkuliert oder vom Umlaufsystem abgetrennt ist.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung, in der schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen nach der Erfindung ausgestalteten Heizkessel und einen damit kombinierten Bereiter und Behälter für warmes Verbrauchswasser dargestellt ist, erläutert.

Das in Fig. 1 in einem Längsschnitt dargestellte kombinierte Gerät enthält die beiden konzentrisch ineinanderliegenden Wasserräume 1 und 19. Der innere Wasserraum 1 ist begrenzt von dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 3 sowie zwei Stirnwänden 4 und 5. Das Innenrohr 2 bildet den Heizgaskanal über einem Gas- oder Ölbrenner 23 mit dem Leitrohr 24. Die oben aus dem Heizgaskanal austretenden, weitgehend abgekühlten Gase gelangen über die Abgashaube 27 ins Freie oder in einen Gasabzug.

Das Innenrohr 2 ist zu einem wesentlichen Teil seiner Länge von einer Vielzahl von. radialen Stäben 8 aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer, durchsetzt, die sich in den vom Innenrohr 1 umschlossenen Heizgaskanal bis nahe an dessen Achse und in den Wasserraum 1 bis nahe vor dessen

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Außenwand 3 erstrecken. Sie Zeichnung läßt sich, so deuten, daß die Stäbe in Reihen angeordnet sind, die auf verschiedenen Querschnitten des Rohrs 2 liegen, aber auch so, daß sie auf zwei ineinanderliegenden Schraubenlinien gleicher Steigung angeordnet sind, die um 180° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind· Beides ist möglich, sofern die Stäbe sich in den. Heizgaskanal nur soweit erstrecken, daß sie andere Stäbe nicht berühren. Sie Gefahr gegenseitiger Berührung besteht dagegen nicht, wenn die Stäbe auf einer Schraubenlinie relativ geringer Steigung, oder auf mehreren Schraubenlinien größerer Steigung liegen, (
sind.

gen, die um weniger als 180 gegeneinander versetzt

Das Außenrohr 3 ist von einem Isoliermantel 7 umschlossen. Der innere Wasserraum 1 dient als Heizkessel einer Umlaufheizung, und ist demgemäß über eine Rohrleitung 10, 11 an den Vorlauf V und über eine Rohrleitung 9 an den Rücklauf R des Umlaufsystems angeschlossen· Die Rohrleitung 9 mündet in das oberere Ende des Wasserraums 1, während an das untere Ende dieses Wasserraums über die Rohre 10, 11 der Vorlauf des Umlaufsystems angeschlossen ist. Das Heizungswasser wird durch eine zwischen den Rohren 10 und 11 angeordnete Pumpe 14- in Umlauf gesetzt und im Raum 1 im Gegenstrom zum Heizgas erwärmt.

Das im Wasserraum 1 enthaltene Wasser wird in der bei Umlaufpumpenheizungen üblichen Weise auf konstanter relativ hoher Temperatur von etwa 80 bis 90° C gehalten. Pur die Einhaltung dieser Temperatur sorgt ein Wärmefühler 25, der die Brennstoffzufuhr

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zum Brenner 23 regelt. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Wassertemperatur im Vorlauf V dient ein Regelventil 13, das einerseits an die vom Kessel kommende Leitung 10, anderseits über eine Kurzschlußleitung 12 an die zum Kessel führende Rohrleitung angeschlossen ist. Dieses Ventil 13 enthält einen Regelschieber 13a, der von Hand oder automatisch in Abhängigkeit von der jeweils gewünschten Vorlauftemperatur zwischen den Einmündungen der Rohre 10 und 12 verstellt werden kann, wie aus den Nebenfiguren der Flg. 2 und 3 ersichtlich ist. Bei richtiger Ventileinstellung wird aus dem Wasserraum 1 nur soviel Wasser entnommen, wie zur Deckung der im Umlaufsystem aufgetretenen Wärmeverluste,erforderlich ist.

Das Regelventil 13, seine Anordnung sowie die mit seiner Hilfe bewirkte Regelung der Umlaufwassertemperatur sind bekannt und gehören als solche nicht zur Erfindung.

Der bisher beschriebene Heizkessel ist in an sich bekannter Weise mit einem Behälter zum Erwärmen und Vorrätighalten von warmem Verbrauchswasser kombiniert. Zu diesem Zweck ist der Wasserraum 1 gegen den Brenner 23 über den Isoliermantel 7 hinaus verlängert und in seiner vollen Länge von einem Wasserraum 19 umschlossen, der das Verbrauchswasser aufnimmt. Dieser Wasserraum ist von innen dem zum Isoliermantel 7 gehörenden Rohr 6 sowie der unteren Verlängerung des Rohrs 3 und außen von dem Rohr 17 mit zugehörigen· Stirnwänden begrenzt und durch einen Wärmeschutzmantel 18 isoliert. Dem im Wasserraum 19 ent-

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-geWasser wird Wärme aus dem Wasserraum 1 des Heizkessels über radiale Stäbe 20 zugeführt, die die untere Verlängerung der Außenwand 3 des Heizkessels durchsetzen und nach Anor/dnung und Wirkung den Heizstäben 8 des Heizkessels entsprechen.

Kaltes Wasser kW wird dem Wasserraum 19 unter Druck aus einer Versorgungsleitung durch das Rohr 21 zugeführt, während warmes Wasser wW aus dem oberen Teil des Wasserraums 19 über die Leitung 22 entnommen wird«

Damit warmes Wasser bereitet und vorrätig gehalten werden kann, auch wenn die Umlaufheizung außer Betrieb ist und die Pumpe 14 stillsteht, ist in der von der Pumpe zum Heizungsvorlauf führenden Leitung 11 ein Dreiwegehahn 15 vorgesehen, der, wie aus Fig.. 2 ersichtlich, bei in Betrieb befindlicher

Heizung die Vorlaufleitung 11 über die Pumpe, das Regelventil 13 und der Rohrleitung 10 mit dem Wasserraum 1 verbindet, und bei ausgeschalteter Heizung gemäß Fig. 3 die Vorlaufleitung 11 vom Heizkessel trennt und das Rohr 10 mit der Rohrleitung 9 verbindet. In diesem Falle kann die Brennstoffzufuhr zum Brenner 23 in Abhängigkeit von der Temperatur des im Raum 19 befindlichen Wassers durch einen Wärmefühler 26 geregelt werden,der im unteren Bereich des Wasserraums 19 oberhalb der Stäbe 20 angeordnet is te

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Claims

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Herr Franciscus Roffeisen,Mauritslaan 7,Helmond/Holland

Patentansprüche:

1. Wassererhitzer für Zentralheizungen u.dgl., mit einem von zwei mit Abstand ineinanderliegenden lotrechten Rohren begrenzten Wasserbehälter, dessen Innenrohr den über einem Sas- oder Ölbrenner angeordneten Heizgaskanal bildet, und dessen Außenrohr von einem Isoliermantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand des glattwandigen zylindrischen Innenrohrs (2) von einer Vielzahl von über dessen Umfang und Länge verteilten radialen Stäben (8.) aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit durchsetzt ist, die sich einerseits wenigstens bis in die Nähe der Achse des Innenrohrs (2) erstrecken, anderseits mit Abstand vor der Außenwand (3) des Wasserbehälters (1) enden.

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (8) die Wand des Innenrohrs (2) im. Verlauf einer Schrauben-•linie durchsetzen.

3. Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (S) die Wand des Innenrohrs (2) im Verlauf mehrerer ineinanderliegender Schraubenlinien durchsetzen,

4. Wassererhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen Schraubenlinien angeordneten Stäbe (8) derart

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in. Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, daß sie auf verschiedenen Mantellinien liegen.

5, Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 bis 4ι dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der in den Gasraum ragenden Stablänge zu der in den Wasserraum ragenden Stablänge dem Verhältnis zwischen Heizleistung des Heizgases und Kühlwirkung des Wassers angepaßt ist«

6. Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (1) gegen den Brenner (25) über den Isoliermantel (7) hinaus verlängert ist und mit einem ihn über seine volle Länge mit Abstand umgebenden Mantelrohr (17) einen zweiten, äußeren Wasserraum (19) bildet, in den die Verlängerung des Außenrohrs (3) des inneren Wasserbehälters (1) durchsetzende radiale Stäbe (20) aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit ragen*

7« Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den inneren Wasserbehälter (1) der Wasserzulauf (9) oben und der Wasserabfluß (10) unten angeschlossen sind.

8. Wassererhitzer nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Wasserbehälter (19) der Wasserzulauf (21) unten und- der Wasserabfluß (22) oben angeschlossen sind.

9. Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von Stäben durchsetzten Rohre oder Rohrteile (2,3)

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aus Kunststoff bestehen»

■10. Wassererhitzer naoh Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet , daß die Gasseite des Innenrohrs (2) mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Schicht überzogen ist«

11. Wärmestrahlung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Grasseite des Innenrohrs (2) mit einer war me dämmenden Schicht oder Auskleidung versehen ist.

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