DE19541803B4 - Heat exchanger for gas-heated water heaters - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertrager für gasbeheizte Wassererhitzer, mit Wasserrohren (12) aus gegenüber Wasser korrosionsfestem Material, mit am Umfang der Wasserrohre (12) befestigten Lamellen (10, 40) aus Edelstahl, wobei mehrere parallel zueinander angeordnete Wasserrohre vorgesehen sind, die zu einer einen Lamellenblock durchsetzenden Rohrschlange verbunden sind, und wobei die Lamellen (10, 40) unterhalb der Wasserrohre (12) brennraumseitig umgreifende Lamellenbereiche (20) mit einer Höhe h aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h entsprechend der zunehmenden Erhitzung und der dadurch verringerten Eindampfstrecke zum Ausgang der Rohrschlange hin abnimmt und dabei so bemessen ist, dass an den Wasserrohren (12) beziehungsweise an Lamellendurchzügen (16) anfallendes, in die Lamellenbereiche (20) gelangendes Kondensat verdampft, wobei ein Lamellenabstand d so bemessen ist, dass das zwischen den Lamellen (10, 40) sich bildende Kondensat durch Kapillarkraftwirkung gegen Abtropfen gehalten ist.Heat exchanger for gas-fired water heaters, comprising water pipes (12) made of water corrosion-resistant material, with attached to the circumference of the water pipes (12) lamellae (10, 40) made of stainless steel, wherein a plurality of mutually parallel water pipes are provided, leading to a slat block passing coil are connected, and wherein the lamellae (10, 40) below the water pipes (12) combustion chamber side encompassing lamellar areas (20) having a height h, characterized in that the height h corresponding to the increasing heating and thereby reduced evaporation distance to the output of the coil decreases and is so dimensioned that at the water pipes (12) or on Lamellendurchzügen (16) resulting, in the lamellar areas (20) reaching condensate evaporates, wherein a fin spacing d is such that the between the slats (10, 40 ) condensate formed by capillary action against dripping i st.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertrager für gasbeheizte Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Wärmeübertrager zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass das an den Edelstahllamellen sich bildende Kondensat verdampft, wenn die Wassertemperatur den Taupunkt des Verbrennungsgases übersteigt. Bei Inbetriebnahme des Wassererhitzers und gegebenenfalls bei den Regeleinschaltungen des Brenners lässt es sich jedoch nicht vermeiden, dass unverdampftes Kondensat vom Wärmeübertrager abtropft und auf den darunter angeordneten Brenner fällt. Das ist insbesondere dann nachteilig, wenn es sich um einen sogenannten Low-NOx-Brenner handelt, der eine überstöchiometrische Primärluftmenge nach dem Injektor-Prinzip ansaugt. Die im abtropfenden Kondensat enthaltenen Verunreinigungen stören die Primärluftansaugung, wodurch das umweltfreundliche Emissionsverhalten des Brenners beeinträchtigt wird. Aus der DE 72 15 651 U ist ein durch Verbrennungsgase beheizbarer Wassererhitzer mit einem Wärmeübertrager bekannt, welcher mindestens über eine begrenzte Anzahl seiner Lamellen und wenigstens kraftschlüssig auf mechanischem Wege mit der Brennkammer verbunden ist.The invention relates to a heat exchanger for gas-fired water heaters according to the preamble of the main claim. Heat exchangers are characterized, inter alia, by the fact that the condensate forming on the stainless steel fins evaporates when the water temperature exceeds the dew point of the combustion gas. However, when the water heater is put into operation and, if appropriate, during burner control activation, it is unavoidable that unevaporated condensate drips off the heat exchanger and falls onto the burner below it. This is particularly disadvantageous when it is a so-called low-NO x burner, which sucks a superstoichiometric amount of primary air according to the injector principle. The impurities contained in the dripping condensate disturb the primary air intake, which affects the environmentally friendly emission behavior of the burner. From the DE 72 15 651 U is a heated by combustion water water heater with a heat exchanger known, which is at least over a limited number of its fins and at least non-positively mechanically connected to the combustion chamber.

Weiterhin ist aus der FR 2 050 273 A1 ein ähnlicher Wärmeübertrager mit mehreren parallel zueinander angeordneten Wasserrohren bekannt, welche zu einer einen Lamellenblock durchsetzenden Rohrschlange verbunden sind. Dabei weisen die einzelnen Lamellen jeweils die Wasserrohre umgreifende Lamellenbereiche auf.Furthermore, from the FR 2 050 273 A1 a similar heat exchanger with a plurality of mutually parallel water pipes known, which are connected to a slat block passing through coil. In this case, the individual slats on each of the water pipes encompassing slat areas.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der unter dem Wärmeübertrager angeordnete Brenner gegen das Abtropfen von unverdampftem Kondensat weitgehend geschützt ist und daher der Wärmeübertrager bedenkenlos auch in Niedertemperaturheizungen und in Kombination mit einem sogenannten Low-NOx-Brenner eingesetzt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist es, den unter dem Wärmeübertrager angeordneten Brenner gegen das Abtropfen von unverdampftem Kondensat zu schützen. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1.The arrangement according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the arranged under the heat exchanger burner is largely protected against the dripping of unevaporated condensate and therefore the heat exchanger without hesitation even in low temperature heaters and used in combination with a so-called low-NO x burner can be. The object of the invention is to protect the arranged under the heat exchanger burner against the dripping of unevaporated condensate. This object is achieved by a heat exchanger according to claim 1.

Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Haupanspruchs möglich.The features contained in the dependent claims advantageous refinements and developments of the subject of the main claim are possible.

Eine optimale Wirkung lässt sich erreichen, wenn die Lamellen aus ferritischem Edelstahl bestehen und ihre Wandstärke so bemessen ist, dass die für das Verdampfen des Kondensats notwendige Eindampfstrecke nicht größer als die sogenannte Glühgrenzlänge der Lamellen ist. Bei ferritischem Edelstahl mit einer Wandstärke von 0,5 mm beträgt bei üblicher Auslegung des Gerätes die Glühgrenzlänge circa 6 mm.An optimal effect can be achieved if the lamellae are made of ferritic stainless steel and their wall thickness is such that the evaporation distance necessary for the evaporation of the condensate is not greater than the so-called annealing limit length of the lamellae. In the case of ferritic stainless steel with a wall thickness of 0.5 mm, the conventional design of the device means that the annealing limit length is approx. 6 mm.

Versuche haben ergeben, dass bis zu einem Lamellenabstand von 2,7 mm die Kapillarkraftwirkung ausreicht, das sich bildende Kondensat bis zu seiner Verdampfung an den Lamellen festzuhalten.Experiments have shown that up to a lamellar spacing of 2.7 mm, the capillary force effect is sufficient to hold the forming condensate until it evaporates at the lamellae.

In dem Bestreben, die Höhe der die Wasserrohre brennraumseitig übergreifenden Lamellenbereiche nur so groß zu bemessen, als es zum Eindampfen des Kondensats benötigt wird, schlägt die Erfindung bei Wärmeübertragung mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Wasserrohren, die zu einer einen Lamellenblock durchsetzenden Rohrschlange verbunden sind, vor, dass die Höhe des die Wasserrohre brennraumseitig umgreifenden Lamellenbereiches entsprechend der zunehmenden Erhitzung des Wassers und der dadurch verringerten Eindampfstrecke zum Ausgang der Rohrschlange hin abnimmt. Dem gleichen Zweck dient der weitere Vorschlag, dass auch der Parallelabstand der Wasserrohre und damit die jedem Wasserrohr zugeordnete Lamellenteilfläche zum Ausgang der Rohrschlange hin abnimmt.In an effort to dimension the height of the water pipes combustion chamber side cross-lamellar ranges only as large as it is needed to evaporate the condensate, the invention proposes when transferring heat with a plurality of parallel arranged water pipes, which are connected to a finned block interspersing coil, that the height of the lamella area encompassing the water pipes on the combustion chamber side decreases in accordance with the increasing heating of the water and the evaporation distance thereby reduced to the exit of the pipe coil. The same purpose serves the further proposal that the parallel distance of the water pipes and thus the associated each water pipe slat surface area to the output of the coil decreases.

Bei Wärmeübertragern mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Wasserrohren ist es ferner vorteilhaft, dass die abgasseitigen Längsränder der Lamellen in den zwischen den Wasserrohren liegenden Bereichen mit die Lamellenspalte abdeckenden Abkantungen versehen sind, deren Länge mindestens dem engsten Anstand der Wasserrohre entspricht. Dadurch wird verhindert, dass von oben auf den Wärmeübertrager fallende Verunreinigungen wie Korrosionsprodukte auf den Brenner durchfallen. Und außerdem ist erreicht, dass die Verbrennungsgase auf der vom Brenner abgekehrten Rückseite der Wasserrohre gebündelt zusammengeführt werden und dort ebenfalls der Kondensatbildung entgegen wirken.In heat exchangers having a plurality of parallel arranged water pipes, it is also advantageous that the exhaust gas side longitudinal edges of the slats are provided in the lying between the water pipes areas with the slats gaps covering the length of which corresponds at least to the closest decorum of the water pipes. This prevents falling from the top of the heat exchanger falling impurities such as corrosion products on the burner. In addition, it is achieved that the combustion gases are brought together bundled on the back of the water pipes facing away from the burner and there also counteract the formation of condensate.

Um die Bildung von Korrosionsprodukten an den Wasserrohren zu verhindern, kann ferner die an sich bekannte Maßnahme vorgesehen sein, die Höhe der die Wasserrohre umgreifenden Lamellendurchzüge größer als den Lamellenabstand zu wählen, so dass die Durchzüge den Biegeradius der nächsten Lamellen berühren und dadurch den Lamellenabstand bestimmen.In order to prevent the formation of corrosion products on the water pipes, the measure known per se may further be provided to choose the height of the lamellar passages embracing the water pipes greater than the lamellar spacing, so that the passages touch the bending radius of the next lamellae and thereby determine the lamellar spacing ,

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:

1: einen parallel zur Lamellenebene geführten Schnitt durch einen Wärmeübertrager nach dem ersten Ausführungsbeispiel in vergrößertem Maßstab, 1 FIG. 1: a section, taken parallel to the lamellar plane, through a heat exchanger according to the first exemplary embodiment on an enlarged scale, FIG.

2: einen Schnitt nach Linie II-II in 1 und 2 : a section along line II-II in 1 and

3: die Seitenansicht einer Lamelle eines Wärmeübertragers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 : The side view of a lamella of a heat exchanger according to the second embodiment.

Der Wärmeübertrager nach 1 ist ein sogenannter Lamellenblock, dessen einzelne, parallel zueinander angeordneten Lamellen 10 an Wasserrohren 12 befestigt sind, die über seitliche Krümmer verbunden, eine einstrangige Rohrschlange bilden. Das in der Zeichnung rechts liegende Wasserrohr 12 ist zum Anschluss an eine Zuleitung für das aufzuheizende Wasser 14 ausgebildet, das den Wärmeübertrager am Ausgang des linken Wasserrohres 12 verlässt. Die Wasserrohre 12 bestehen aus Kupfer und die Lamellen 10 sind aus einem ferritischen Edelstahl hergestellt. Jede Lamelle 10 ist an ihrer Durchgangsöffnung mit einem kragenartigen Durchzug 16 versehen, der das Wasserrohr 12 fest umschließt.The heat exchanger after 1 is a so-called lamella block whose individual, mutually parallel slats 10 on water pipes 12 attached, which are connected via lateral manifolds, forming a single-stranded coil. The right in the drawing water pipe 12 is for connection to a supply line for the water to be heated 14 formed, which is the heat exchanger at the outlet of the left water pipe 12 leaves. The water pipes 12 consist of copper and the lamellae 10 are made of a ferritic stainless steel. Each lamella 10 is at its passage opening with a collar-like passage 16 provided the water pipe 12 tightly encloses.

Der brennerraumseitige Rand 18 der Lamellen 10 ist zwischen den Wasserrohren 12 nach oben eingezogen, um dort die sogenannte Grenzglühlänge nicht zu überschreiten, das heißt um eine Überhitzung der Lamellen in diesen Bereichen zu vermeiden. Zwischen dem Rand 18 und den brennraumseitigen Scheitelbereichen der Durchzüge 16 ergeben sich Lamellenbereiche 20, deren Höhe h erfindungsgemäß so groß wie die Eindampfstrecke bemessen ist, entlang der das an den Durchzügen 16 gebildete beziehungsweise sich ansammelnde Kondensat 22 verdampft. Die Länge der Eindampfstrecke hängt mit von der Temperatur des Wassers 14 im jeweiligen Wasserrohr 12 ab und darf maximal der Grenzglühlänge entsprechen. Durch geeignete Wahl der Lamellenwandstärke kann sichergestellt werden, dass die Grenzglühlänge mindestens so groß wie die erforderliche Eindampfstrecke an den Lamellenbereichen 20 ist.The burner space side edge 18 the slats 10 is between the water pipes 12 retracted to the top, so as not to exceed the so-called Grenzglühlänge, that is to avoid overheating of the slats in these areas. Between the edge 18 and the combustion chamber side apex areas of the passages 16 result lamellar areas 20 , whose height h is dimensioned according to the invention as large as the evaporation zone, along which the at the passages 16 formed or accumulating condensate 22 evaporated. The length of the evaporation section depends on the temperature of the water 14 in the respective water pipe 12 and may not exceed the maximum limit length. By suitable choice of the slat wall thickness can be ensured that the Grenzglühlänge at least as large as the required evaporation distance at the slat areas 20 is.

In der Erkenntnis, dass sich die Einlaufstrecken an den einzelnen Lamellenbereichen 20 mit steigender Wassertemperatur in den Wasserrohren 12 verkürzt, ist auch die Höhe hn in den Lamellenbereichen 12 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin bis auf den Wert h1 stufenweise verkleinert ausgebildet. In der weiteren Erkenntnis, dass die jedem Wasserrohr zugeordnete Teilfläche einer Lamelle 10 mit zunehmender Wassertemperatur insgesamt verkleinert werden kann, um Kondensatbildung zu vermeiden, sind auch die oberen Scheitelbereiche der Wasserrohre 12 umgreifenden Lamellenbereiche 24 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin zunehmend vom Maß bn auf das Maß b1 verkürzt ausgeführt.Recognizing that the inlet sections at the individual fin areas 20 with rising water temperature in the water pipes 12 shortened, is also the height h n in the slat areas 12 formed gradually reduced compared to the output of the heat exchanger down to the value h 1 . In the further realization that the part of a lamella associated with each water pipe 10 With increasing water temperature can be reduced in total to avoid condensation, are also the upper apex areas of the water pipes 12 encompassing lamellar areas 24 towards the output of the heat exchanger increasingly shortened from the measure b n to the dimension b 1 .

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind kombiniert mit dem Merkmal, dass der freie Abstand d zwischen zwei benachbarten Lamellen 10 das Maß von 2,7 mm nicht überschreitet. Dadurch ist erreicht, dass durch Kapillarkrafteinwirkung das Kondensat an den Lamellen 10 bis zu seiner Verdampfung gehalten wird. Der Abstand d ist bestimmt durch die Höhe a des Durchzugs 16 an der Lamelle 10, der am Biegeradius des benachbarten Lamellendurchzugs anliegt. Dadurch ist gleichzeitig die Oberfläche der Wasserrohre 12 vollständig durch das Edelmetall der Lamellen abgedeckt, sodass sich an diesen Stellen keine Korrosionsprodukte bilden können.The measures described above are combined with the feature that the free distance d between two adjacent slats 10 does not exceed the dimension of 2.7 mm. This ensures that by capillary force the condensate on the fins 10 is held until its evaporation. The distance d is determined by the height a of the passage 16 at the lamella 10 , which bears against the bending radius of the adjacent louvred passage. This is at the same time the surface of the water pipes 12 completely covered by the noble metal of the lamellae so that no corrosion products can form at these points.

Am oberen Rand 26 der Lamellen 10 sind zwischen den Wasserrohren 12 örtliche Abkantungen 28 vorgesehen, deren Breite e und deren Länge k so bemessen sind, dass sie die Lamellenspalte mindestens über den engsten Abstand l zwischen den Wasserrohren 12 annähernd abdecken. Dadurch wird verhindert, dass oberhalb des Wärmeübertragers entstehende Korrosionsprodukte auf den Brenner durchfallen. Gleichzeitig ist erreicht, dass der durch die Strömungslinie 30 angedeutete Verbrennungsgasstrom oberhalb der Wasserrohre 12 gebündelt wird, so dass das dort gegebenenfalls anfallende Kondensat bereits teilweise verdampft bevor es, wie dargestellt, entlang des Durchzugs 16 zur Eindampfstrecke am unteren Lamellenbereich 20 gelangt.At the top 26 the slats 10 are between the water pipes 12 local folds 28 provided, the width e and the length k are dimensioned so that they the lamellae at least over the narrowest distance l between the water pipes 12 cover almost. This will prevent any corrosion products from falling on the burner above the heat exchanger. At the same time that is achieved by the flow line 30 indicated combustion gas flow above the water pipes 12 is bundled, so that there may already partially evaporated condensate before it, as shown, along the passage 16 to the evaporation section at the lower lamella area 20 arrives.

Die zum zweiten Ausführungsbeispiel gehörende Lamelle 40 ist im Wesentlichen gleich wie die vorbeschriebene Lamelle 10 gestaltet. Bei diesem Wärmeübertrager ist eine Rohrschlange vorgesehen, die aus zwei parallel nebeneinander laufenden Rohren gebildet ist. Demzufolge sind die Durchgangsöffnungen 42 jeweils paarweise einer Wendung zugeordnet. Dem gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin geringer werdenden Lamellen-Teilflächenbedarf ist hier zusätzlich dadurch Rechnung getragen, dass die Parallelabstände der Rohre beziehungsweise der Durchgangsöffnungen 42 stufenweise verkürzt sind, so dass sich unterschiedliche, durch die Längenmaße A1, A2 und A3 symbolisierte Bildflächen ergeben.The belonging to the second embodiment lamella 40 is essentially the same as the previously described blade 10 designed. In this heat exchanger, a coil is provided, which is formed from two parallel juxtaposed tubes. As a result, the through holes are 42 each assigned in pairs to a turn. The lamella surface area requirement, which decreases towards the exit of the heat exchanger, is additionally taken into account by the fact that the parallel distances of the tubes or of the passage openings 42 are gradually shortened, so that different, symbolized by the length dimensions A 1 , A 2 and A 3 image surfaces result.

Claims (6)

Wärmeübertrager für gasbeheizte Wassererhitzer, mit Wasserrohren (12) aus gegenüber Wasser korrosionsfestem Material, mit am Umfang der Wasserrohre (12) befestigten Lamellen (10, 40) aus Edelstahl, wobei mehrere parallel zueinander angeordnete Wasserrohre vorgesehen sind, die zu einer einen Lamellenblock durchsetzenden Rohrschlange verbunden sind, und wobei die Lamellen (10, 40) unterhalb der Wasserrohre (12) brennraumseitig umgreifende Lamellenbereiche (20) mit einer Höhe h aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h entsprechend der zunehmenden Erhitzung und der dadurch verringerten Eindampfstrecke zum Ausgang der Rohrschlange hin abnimmt und dabei so bemessen ist, dass an den Wasserrohren (12) beziehungsweise an Lamellendurchzügen (16) anfallendes, in die Lamellenbereiche (20) gelangendes Kondensat verdampft, wobei ein Lamellenabstand d so bemessen ist, dass das zwischen den Lamellen (10, 40) sich bildende Kondensat durch Kapillarkraftwirkung gegen Abtropfen gehalten ist.Heat exchanger for gas-heated water heaters, with water pipes ( 12 ) made of water corrosion-resistant material, with at the periphery of the water pipes ( 12 ) attached lamellae ( 10 . 40 ) made of stainless steel, with several parallel to each other arranged water pipes are provided, which are connected to a slat block passing through a coil, and wherein the slats ( 10 . 40 ) below the water pipes ( 12 ) Lamella areas encompassing the combustion chamber side ( 20 ) having a height h, characterized in that the height h decreases in accordance with the increasing heating and thus reduced evaporation distance to the output of the coil out and is dimensioned so that at the water pipes ( 12 ) or at Lamellendurchzügen ( 16 ), in the slat areas ( 20 condensing condensate, wherein a fin spacing d is dimensioned so that between the slats ( 10 . 40 ) forming condensate is held by capillary force against dripping. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (10, 40) aus ferritischem Edelstahl bestehen und ihre Wandstärke so bemessen ist, dass die für das Verdampfen des Kondensats notwendige Eindampfstrecke nicht größer als die sogenannte Glühgrenzlänge der Lamellen (10, 40) ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the lamellae ( 10 . 40 ) are made of ferritic stainless steel and their wall thickness is such that the necessary for the evaporation of the condensate evaporation section is not greater than the so-called annealing limit length of the slats ( 10 . 40 ). Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenabstand d maximal 2,7 mm beträgt.Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the fin spacing d is a maximum of 2.7 mm. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Parallelabstand der Wasserrohre (12) und damit die jedem Wasserrohr (12) zugeordnete Lamellenteilfläche A1 A2, A3 zum Ausgang der Rohrschlange hin abnimmt.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that also the parallel spacing of the water pipes ( 12 ) and thus the every water pipe ( 12 ) associated slab portion A 1 A 2 , A 3 to the output of the coil decreases towards. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wasserrohren (12) am oberen Rand (26) der Lamellen (10) Abkantungen (28) vorgesehen sind.Heat exchanger according to claim 1 or 4, characterized in that between the water pipes ( 12 ) at the top ( 26 ) of the slats ( 10 ) Bends ( 28 ) are provided. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge k der Abkantungen (28) so bemessen ist, dass sie die Lamellenspalte mindestens über den engsten Abstand I zwischen den Wasserrohren abdeckt.Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the length k of the bends ( 28 ) is dimensioned so that it covers the slats at least over the narrowest distance I between the water pipes.
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