DE19626321A1

DE19626321A1 - Gas-heated circulation water heater

Info

Publication number: DE19626321A1
Application number: DE19626321A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ehrle; Ernst Schmidt; Franz Schmuker; Hans-Ulrich Lenckner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-08
Also published as: DE59708303D1; EP0816775A2; EP0816775A3; EP0816775B1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer gasbeheizten Umlauf wasserheizung nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a gas-heated circulation water heating according to the genus of the main claim.

Bei den bekannten Wasserheizern dieser Gattung ist der die Brennkammer kühlende Leitungsabschnitt an einen zwischen dem Rücklaufanschluß und dem Eingang des Wärmeübertragers liegenden Ort des Leitungssystems angeschlossen. Bei dieser Anordnung hat das die Brennkammer kühlende Wasser eine nicht oder nur unwesentlich über der Temperatur des Heizungs- Rücklaufwassers liegende Temperatur, so daß es bei Betrieb im Niedertemperaturbereich bzw. im Teillastbetrieb zur Kondensatbildung an den Brennkammerwänden kommen kann.Both Known water heaters of this type is the one Combustion chamber cooling line section to a between the Return connection and the input of the heat exchanger connected location of the pipe system. At this The water cooling the combustion chamber has no arrangement or only slightly above the temperature of the heating Return water lying temperature so that it is in operation in the low temperature range or in partial load operation Condensation can form on the combustion chamber walls.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das an den Brennkammerwänden entlangströmende Wasser im Wärmeübertrager aufgeheizt ist, so daß nur bei extrem niedrigen Rücklauftemperaturen (kleiner als 25°C) Kondensat in geringen Mengen anfällt, das in am unteren Brennkammerrand angeordnete Rinnen bis zur Verdampfung bzw. Verdunstung aufgefangen werden kann.The arrangement according to the invention with the characteristic In contrast, features of the main claim have the advantage that the water flowing along the combustion chamber walls in Heat exchanger is heated, so that only at extreme low return temperatures (less than 25 ° C) condensate in small quantities, the one in the bottom Channels arranged at the edge of the combustion chamber until evaporation or Evaporation can be absorbed.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale stellen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Hautanspruchs dar.Set the characteristics listed in the subclaims advantageous refinements and developments of Subject of the skin claim.

Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn der die Brennkammer kühlende Leitungsabschnitt im Zuge der Verbindung vom Wärmeübertrager zum Vorlaufanschluß liegt.A simple arrangement results when the Combustion chamber cooling line section in the course of There is a connection from the heat exchanger to the flow connection.

Eine montagegerechte, die Überwachung, Reinigung und gegebenenfalls den Austausch des Gasbrenners und des Wärmeübertragers erleichternde Ausführung ergibt sich, wenn die Brennkammer mit einer getrennt ausgeführten, lösbar an ihren Seitenwänden befestigbaren Vorderwand versehen ist. In diesem Fall wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorderwand ebenfalls gekühlt ausgeführt ist durch einen Leitungsabschnitt, der eingangsseitig stromab des Wärmeübertragers an das Leitungssystem angeschlossen ist.A fitting, monitoring, cleaning and if necessary, the exchange of the gas burner and the Heat transfer facilitating design results when the combustion chamber with a separately designed, detachable its side walls attachable front wall is provided. In In this case, it is proposed according to the invention that the Front wall is also cooled by a Line section, the input side downstream of the Heat exchanger is connected to the pipe system.

Der die Vorderwand kühlende Leitungsabschnitt ist vorteilhaft so bemessen und ausgangsseitig so an das Leitungssystem angeschlossen, daß er als Gerätebypass für die Mindestumlaufwassermenge dient. Dadurch ist außer einer guten Kühlung der Vorderwand auch eine Voraussetzung für ein gutes Regelverhalten geschaffen, wie sie die Sicherung der Mindestumlaufmenge darstellt. Für diesen Zweck werden bisher bei Geräten mit Brauchwasserbereitung Umsteuerventile mit definierter Undichtheit eingesetzt. Diese Ventile lassen sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die allgemein angewendeten Typen mit dichtem Verschluß ersetzen.The line section cooling the front wall is advantageously dimensioned so and on the output side so that Line system connected that he as a device bypass for the minimum amount of circulating water is used. This is except one good cooling of the front wall is also a requirement for one good control behavior created how they secure the Represents minimum quantity in circulation. So far for this purpose in the case of devices with domestic hot water preparation, changeover valves with defined leakage used. Let these valves in the arrangement according to the invention by the general Replace the used types with a tight seal.

Mit der günstigen Beeinflussung der Kondensatbildung wird auch der Korrosionsangriff an der Brennkammer vermieden bzw. verringert, so daß für die Bildung der Brennkammerwände gegebenenfalls auch ein kostengünstiger Edelstahl eingesetzt werden kann.With the favorable influence on the formation of condensate the corrosion attack on the combustion chamber is also avoided or reduced so that for the formation of the combustion chamber walls if necessary, an inexpensive stainless steel is used can be.

Bei Wasserheizern mit einer Brennkammer, deren Wände je aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verschweißten Wandblechen aus Edelstahl bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen für das Heizungswasser versehen sind, kann der Kondensatbildung und dem Korrosionsangriff weiter dadurch entgegengewirkt werden, wenn die Wandbleche durch entlang der Kanalränder verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden sind und die Kanäle nach dem Verschweißen durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten sich befindenden Blechbereiche mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche eingeführten fluiden oder gasförmigen Arbeitsmittels gebildet sind. Bei dieser Ausführung läßt sich ein besonders günstiges Verhältnis von Durchflußquerschnitt der Kanäle zu den Wandflächen der Brennkammer erreichen.For water heaters with a combustion chamber, the walls of which are made of two adjacent, welded together Stainless steel wall panels are made using local Formations for the formation of channels for the heating water are provided, the condensation and the Corrosion attack can be further counteracted, if the wall panels are through along the channel edges running welds are interconnected and the Channels after welding by molding the between the welded sheet metal areas by means of one inserted with pressure between the wall plates fluid or gaseous working fluid are formed. At this version can be particularly cheap Ratio of flow cross-section of the channels to the Reach wall surfaces of the combustion chamber.

Dem gleichen Zweck einer Verhinderung bzw. Verringerung der Kondensatbildung an der Brennkammer dient es, wenn der über der Brennkammer angeordnete Wärmeübertrager so ausgebildet ist, daß an ihm anfallendes Kondensat nicht nach unten abtropfen kann. Zu diesem einheitlichen Zweck wird weiter vorgeschlagen, daß bei Geräten mit Wärmeübertragern, die Wasserrohre aus gegenüber Wasser korrosionsfestem Material und Lamellen aus Edelstahl haben, die Höhe der die Wasserrohre brennraumseitig umgreifenden Lamellenbereiche so bemessen ist, daß an den Wasserrohren bzw. an Lamellendurchzügen anfallendes, in die Lamellenbereiche gelangendes Kondensat verdampft, und das ferner der Lamellenabstand so bemessen ist, daß das zwischen den Lamellen sich bildende Kondensat durch Kapillarkraftwirkung gegen Abtropfen gehalten ist.The same purpose of preventing or reducing the Condensation on the combustion chamber is used when the over arranged in the combustion chamber heat exchanger is that condensate accumulating on it does not go down can drain. For this unified purpose, will continue proposed that in devices with heat exchangers, the Water pipes made of water-resistant material and stainless steel fins, the height of the Lamella areas encompassing the water pipes on the combustion chamber side is dimensioned that on the water pipes or Slat runs occurring in the slat areas evaporated condensate evaporates, and also the Louvre spacing is dimensioned so that between the Condensate forming lamellae due to capillary action is held against dripping.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch den Netzplan eines Umlaufwasserheizers für Heizung und Brauchwassererwärmung, Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Wand der Brennkammer des Wasserheizers nach Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Lamelle des Wärmeübertragers des Wasserheizers nach Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 shows schematically the network of a circulating water heater for heating and domestic hot water heating, FIG. 2 is a partial section through a wall of the combustion chamber of the water heater of Fig. 1, Fig. 3 is a side view of a fin of the heat exchanger of the water heater of FIG. 1 and FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3.

Description of the embodiment

Der Umlaufwasserheizer hat einen Rücklaufanschluß 10 für ein angedeutetes Heiznetz 12, von welchem eine Leitung 14 über ein Umschaltventil 16 zum Eingang einer Pumpe 18 führt, deren Ausgang über eine Leitung 20 mit einer Kühlstrecke in einem Gasbrenner 22 verbunden ist. Von diesem führt eine Leitung 24 zum Eingang eines Wärmeübertragers 26, der an der oberen Mündung einer über dem Gasbrenner 22 angeordneten Brennkammer 28 befestigt ist. Vom Wärmeübertrager 26 führt eine Leitung 30 zum Eingang eines in die Rückwand und die Seitenwände der Brennkammer 28 integrierten, nachstehend noch näher beschriebenen Leitungsabschnitt 32, dessen Ausgang über eine Leitung 34 mit einem Vorlaufanschluß 36 für das Heizungsnetz 12 verbunden ist. An die Leitung 34 ist eine Zweigleitung 38 angeschlossen, die durch einen Wärmeübertrager 40 für Brauchwasser hindurch zum Umschaltventil 16 führt.The circulating water heater has a return connection 10 for an indicated heating network 12 , from which a line 14 leads via a changeover valve 16 to the input of a pump 18 , the output of which is connected via a line 20 to a cooling section in a gas burner 22 . From this, a line 24 leads to the input of a heat exchanger 26 , which is fastened to the upper mouth of a combustion chamber 28 arranged above the gas burner 22 . A line 30 leads from the heat exchanger 26 to the input of a line section 32 integrated into the rear wall and the side walls of the combustion chamber 28 and described in more detail below, the output of which is connected via a line 34 to a flow connection 36 for the heating network 12 . A branch line 38 is connected to line 34 , which leads through a heat exchanger 40 for process water to switchover valve 16 .

Die Vorderwand 41 der Brennkammer 28 ist als getrenntes Bauteil ausgeführt, das lösbar an den Seitenwänden der Brennkammer befestigbar ist. In die Vorderwand 41 ist eine eigener Leitungsabschnitt 42 integriert, der eingangsseitig über eine Leitung 44 an die Leitung 34 angeschlossen und ausgangsseitig über eine Leitung 46 mit dem Eingang der Pumpe 18 verbunden ist. Die Wände der Brennkammer 28 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, je aus 2 Wandblechen 48, 50 aus Edelstahl gefertigt, die an vorgegebenen Nahtlinien 52 miteinander verschweißt und danach zwischen den Nahtlinien 52 durch ein fluides gasförmiges Arbeitsmittel unter Druck zur Bildung von Kanälen verformt sind. Die Kanäle 54 in der Rückwand und in den Seitenwänden der Brennkammer 28 bilden den Leitungsabschnitt 32, wogegen die Kanäle 54 in der Vorderwand 41 den Leitungsabschnitt 42 bilden.The front wall 41 of the combustion chamber 28 is designed as a separate component which can be detachably attached to the side walls of the combustion chamber. A separate line section 42 is integrated into the front wall 41, which is connected to the line 34 on the input side via a line 44 and is connected to the input of the pump 18 via a line 46 on the output side. The walls of the combustion chamber 28 are, as can be seen from FIG. 2, each made of 2 wall plates 48, 50 made of stainless steel, which are welded together at predetermined seam lines 52 and then deformed between the seam lines 52 by a fluid gaseous working medium under pressure to form channels are. The channels 54 in the rear wall and in the side walls of the combustion chamber 28 form the line section 32 , whereas the channels 54 in the front wall 41 form the line section 42 .

Der Durchflußwiderstand des Leitungsabschnitts 42 ist so bemessen, daß die Leitungsverbindung vom Ausgang des Leitungsabschnitts 32 zum Eingang der Pumpe 18 als Gerätebypass für die Mindestumlaufwassermenge dient. Deshalb ist für das Umschaltventil 16 ein allgemein verwendeter Typ mit dichtem Verschluß vorgesehen. Das in den Leitungsabschnitten 32 und 42 strömende Wasser ist im Wärmeübertrager 26 soweit aufgeheizt, daß sich Kondensat an den Brennkammerwänden nur bei Betrieb im Niedertemperaturbereich bzw. im Teillastbetrieb in geringen Mengen bilden kann. Das besondere Verfahren zur Bildung der Kanäle 54 in den Brennkammerwänden stellt zudem sicher, daß sich Spalte zwischen den Wandblechen 48, 50 an den Längsrändern der Kanäle 54 nicht bilden können, wodurch einer Korrosion der Brennkammer ebenfalls entgegengewirkt wird.The flow resistance of the line section 42 is dimensioned such that the line connection from the outlet of the line section 32 to the input of the pump 18 serves as a device bypass for the minimum amount of circulating water. Therefore, a commonly used type of tight seal is provided for the changeover valve 16 . The water flowing in the line sections 32 and 42 is heated up in the heat exchanger 26 to such an extent that condensate can only form in small quantities on the combustion chamber walls during operation in the low temperature range or during part-load operation. The special method for forming the channels 54 in the combustion chamber walls also ensures that gaps between the wall plates 48, 50 cannot form on the longitudinal edges of the channels 54 , which also counteracts corrosion of the combustion chamber.

Der Wärmeübertrager 26 ist als Lamellenblock mit Lamellen 56 aus ferritischem Edelstahl und hindurchgeführten Wasserrohren 58 aus Kupfer ausgebildet. Jede Lamelle 56 ist an ihrer Durchgangsöffnung mit einem kragenartigem Durchzug 60 versehen, der das Wasserrohr 58 fest umschließt. Der brennraumseitige Rand 62 der Lamellen 56 ist zwischen den Wasserrohren 58 nach oben eingezogen, um dort die sogenannte Grenzglühlänge nicht zu überschreiten, d. h., um eine Überhitzung der Lamellen 56 in diesen Bereichen zu vermeiden. Zwischen dem Rand 62 und dem brennraumseitigen Scheitelbereichen der Durchzüge 60 ergeben sich Lamellenbereiche 64, deren Höhe h so groß wie die Eindampfsstrecke bemessen ist, entlang der das an den Durchzügen 60 gebildete bzw. sich ansammelnde Kondensat 66 verdampft.The heat exchanger 26 is designed as a lamella block with fins 56 made of ferritic stainless steel and water pipes 58 made of copper passed therethrough. Each lamella 56 is provided at its through opening with a collar-like passage 60 which tightly surrounds the water pipe 58 . The combustion chamber-side edge 62 of the fins 56 is drawn in between the water pipes 58 upward in order not to exceed the so-called limit light length there, ie in order to avoid overheating of the fins 56 in these areas. Between the edge 62 and the apex areas of the passages 60 on the combustion chamber side, there are lamella areas 64 , the height h of which is dimensioned as large as the evaporation distance along which the condensate 66 formed or accumulating on the passages 60 evaporates.

Die Länge der Eindampfstrecke hängt mit von der Temperatur des Wassers im jeweiligen Wasserrohr 58 ab und darf maximal der Grenzglühlänge entsprechen. Durch geeignete Wahl der Lamellenwandstärke kann sichergestellt werden, daß die Grenzglühlänge mindestens so groß wie die erforderliche Einlaufstrecke an den Lamellenbereichen 64 ist.The length of the evaporation path depends on the temperature of the water in the respective water pipe 58 and may at most correspond to the limit glow length. A suitable choice of the lamella wall thickness can ensure that the limit incandescent length is at least as large as the required inlet section at the lamella areas 64 .

In der Erkenntnis, daß sich die Eindampfstrecken an den einzelnen Lamellenbereichen 64 mit steigender Wassertemperatur in den Wasserrohren 58 verkürzt, ist auch die Höhe h_n in den Lamellenbereichen 64 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin bis auf den Wert h₁ stufenweise verkleinert ausgebildet. In der weiteren Erkenntnis, daß die jedem Wasserrohr 58 zugeordnete Teilfläche einer Lamelle 56 mit zunehmender Wassertemperatur insgesamt verkleinert werden kann, um Kondensatbildung zu vermeiden, sind auch die die oberen Scheitelbereiche der Wasserrohre 58 umgreifenden Lamellenbereiche 68 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin zunehmend vom Maß b_n bis auf das Maß b₁ verkürzt ausgeführt.Recognizing that the evaporation distances at the individual lamella areas 64 shorten with increasing water temperature in the water pipes 58 , the height h _n in the lamella areas 64 is gradually reduced towards the output of the heat exchanger down to the value h 1. In the further realization that the partial area of a lamella 56 assigned to each water pipe 58 can be reduced overall with increasing water temperature in order to avoid the formation of condensate, the lamella areas 68 encompassing the upper apex areas of the water pipes 58 are increasingly of dimension b towards the exit of the heat exchanger _n shortened to the measure b₁.

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind kombiniert mit dem Merkmal, daß der freie Abstand d zwischen zwei benachbarten Lamellen 56 das Maß von 2,7 mm nicht überschreitet. Dadurch ist erreicht, daß durch Kapillarkrafteinwirkung das Kondensat an den Lamellen 56 bis zu seiner Verdampfung gehalten wird. Der Abstand d ist bestimmt durch die Höhe a des Durchzuges 60 an der Lamelle 56, der am Biegeradius des benachbarten Lamellendurchzugs anliegt. Dadurch ist gleichzeitig die Oberfläche der Wasserrohre 58 vollständig durch das Edelmetall der Lamellen abgedeckt, so daß 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 56 does not exceed the dimension of 2.7 mm. It is thereby achieved that the condensate is held on the fins 56 until it evaporates by the action of capillary force. The distance d is determined by the height a of the passage 60 on the lamella 56 , which bears against the bending radius of the adjacent lamella passage. As a result, the surface of the water pipes 58 is simultaneously completely covered by the noble metal of the fins, so that no corrosion products can form at these points.

Am oberen Rand 70 der Lamellen 56 sind zwischen den Wasserrohren 58 örtliche Abkantungen 72 vorgesehen, deren Breite e und deren Länge k so bemessen sind, daß sie die Lamellenspalte mindestens über den engsten Abstand l zwischen den Wasserrohren 58 annähernd abdecken. Dadurch wird verhindert, daß oberhalb des Wärmeübertragers entstehende Korrosionsprodukte auf den Brenner durchfallen. Gleichzeitig ist erreicht, daß der durch die Strömungslinien 74 angedeutete Verbrennungsgasstrom oberhalb der Wasserrohre 58 gebündelt wird, so daß das dort gegebenenfalls anfallende Kondensat bereits teilweise verdampft, bevor es, wie dargestellt, entlang des Durchzugs 60 zur Eindampfstrecke am unteren Lamellenbereich 64 gelangt.At the upper edge 70 of the fins 56 , local bevels 72 are provided between the water pipes 58 , the width e and the length k of which are dimensioned such that they approximately cover the fin gaps at least over the closest distance l between the water pipes 58 . This prevents corrosion products occurring above the heat exchanger from falling through on the burner. At the same time, it is achieved that the combustion gas flow indicated by the flow lines 74 is bundled above the water pipes 58 , so that the condensate possibly accumulating there already partially evaporates before it, as shown, reaches the evaporation zone at the lower lamella region 64 along the passage 60 .

Mit der beschriebenen Ausführung des Wärmeübertragers 26 wird ein Abtropfen von unverdampftem Kondensat vom Wärmeübertrager auf die darunterliegenden Teile von Brennkammer und Brenner vermieden. Dadurch wird ebenfalls der Bildung von Korrosionsprodukten an der Brennkammer entgegengewirkt.With the design of the heat exchanger 26 described, dripping of unevaporated condensate from the heat exchanger onto the parts of the combustion chamber and burner underneath is avoided. This also counteracts the formation of corrosion products on the combustion chamber.

Claims

1.Gas-heated circulating water heater, with a return connection and a flow connection for an external heating network, and with a line system connecting both connections, via a pump and a heat exchanger pressurized by the combustion gases, which contains a line section which contains a line arranged between the gas burner and the heat exchanger The combustion chamber is cooled along its walls or is integrated in the walls thereof, characterized in that the line section ( 32 ) cooling the combustion chamber ( 28 ) is connected on the input side to the outlet of the heat exchanger ( 26 ) exposed to the combustion gases.

2. Water heater according to claim 1, characterized in that the combustion chamber ( 28 ) cooling line section ( 32 ) lies in the course of the connection from the heat exchanger ( 26 ) to the flow connection ( 36 ).

3. Water heater according to claim 1 or 2, the combustion chamber of which has a separately designed front wall which can be detachably fastened to its side walls, characterized in that the front wall ( 41 ) is also cooled by a line section ( 42 ) which is downstream of the heat exchanger ( 26 ) on the input side. is connected to the rest of the pipe system.

4. Water heater according to claim 3, characterized in that the front wall ( 41 ) cooling line section ( 42 ) is dimensioned and connected on the output side to the line system such that it serves as a device bypass for the minimum amount of circulating water.

5. Water heater according to one of the preceding claims, with a combustion chamber whose walls each consist of two adjacent, welded together stainless steel wall plates, which are provided with local formations to form channels for the heating water, characterized in that the wall plates ( 48 , 50 ) are connected to one another by weld seams ( 52 ) running along the channel edges and the channels ( 54 ) after welding by shaping the sheet metal regions located between the weld seams ( 52 ) by means of a fluid or introduced with pressure between the wall sheets ( 48 , 50 ) gaseous working fluid are formed.

6. Water heater according to one of the preceding claims, with a heat exchanger which has water pipes made of corrosion-resistant material against water and fins made of stainless steel, characterized by the following features:

a) the height h of the water pipes ( 58 ) encompassing the lamella areas ( 64 ) on the combustion chamber side is dimensioned such that condensate which accumulates in the lamella areas ( 64 ) and evaporates on the water pipes ( 58 ) or lamella passages ( 60 ), and
b) the lamella spacing d is dimensioned such that condensate which forms between the lamellae ( 56 ) is held against dripping by the action of capillary force.