DE2054692C3 - Flüssigkeits-Erhitzer mit einem Brenner und einem Trennwandwärmetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeits-Erhitzer mit einem Brenner und einem Trennwand-Wärmetauscher, der nebeneinander angeordnete Rohre für die Flüssigkeit aufweist, wobei zwischen den Rohren ein Rippenkörper angeordnet ist, der aus wärmeleitend mit den Rohren verbundenen kugelförmigen Körpern besteht und einen Zentralraum umschließt.

Flüssigkeits-Erhitzer dieser Art sind aus der französischen Offenlegungsschrift 20 00 669 bekannt. Sie besitzen den Vorteil einer außerordentlich hohen, auf den Raumbedarf bezogenen Leistung, doch tritt die Schwierigkeit auf, daß der Trennwand-Wärmetauscher nicht in allen Bereichen gleichmäßig ausgenützt wird, da die Brennerflamme von einem Ende des genannten Zentralraumes aus sich in diesen hinein erstreckt und folglich die Durchströmung des Rippenkörpers nicht in allen Bereichen gleichmäßig ist.

Aus der US-Patentschrift 33 15 646 ist es ferner bekannt, innerhalb eines zylindrischen Zentralraumes, welcher von mit Rippen besetzten Wärmetauscherrohren gebildet wird, einen an der Innenwand des Zentralraumes anliegenden Gewebeschlauch aus hitzebeständigem Material als Brennerorgan anzuordnen, derart, daß sich im Betrieb die auf der Außenseite dieses Gewebeschlauches entwickelnde Flamme in den Wärmetauscher hinein erstreckt.

Diese bekannte Konstruktion besitzt den Nachteil, daß bei verhältnismäßig großem Raumbedarf wegen der Durchsetzung des Rippenkörpers durch die Brennerflamme ungünstige Verbrennungsverhältnisse herrschen, welche einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad bedingen und eine unerwünschte Abgaszusammensetzung verursachen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Belastung des Wärmetauschers eines Flüssigkeits-Erhitzers der eingangs beschriebenen Art zu vergleichmäßigen und in allen Bereichen des Rippenkörpers eine gleichmäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit der Brenngase zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Zentralraum ein bei radialer Brenngasströmung eine hohlzylindrische Flamme erzeugender, einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Zentralraum aufweisender Viellochbrenner angeordnet ist.

In dem Zentralraum des hier vorgeschlagenen Flüssigkeits-Erhitzers kann daher eine hohlzylindrische, schlauchartige Flamme erzeugt werden, die zwischen dem Außenumfang des Viellochbrenners und der Innenwand des hohlzylindrischen Wärmetauschers brennt, derart, daß mit Bezug auf eine Längsachse des Erhitzers symmetrische Verhältnisse herrschen und die Strömungspfade von den Brenneröffnungen des Viellochbrenners im wesentlichen nur radial vom Brenner zum Wärmetauscher und durch dessen Rippenkörper hindurch verlaufen.

Vorzugsweise ist der Viellochbrenner mit einem Mischgebläse verbunden, so daß in den Innenraum des Viellochbrenners bereits ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch gelangt, das am Außenumfang des Viellochbrenners die erwähnte hohlzylindrische oder schlauchartige Flamme speist, derart, daß der Brenner die Verbrennungsluft nicht selbst anzusaugen braucht und auf diese Weise eine den Viellochbrenner gleichmäßig umschließende Flamme erzeugt wird.

Zwischen dem Rippenkörper und dem Brenner kann ein aus hitzebeständigem Werkstoff bestehendes Sieb angeordnet sein, welches den Wirkungsgrad des Erhitzers verbessert und der Vollständigkeit der Verbrennung förderlich ist.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform eines Flüssigkeits-Erhitzers,

Fig.2 einen Horizontalschnitt längs der in Fig. l angedeuteten Schnittebene 2-2,

F i g. 3 eine schematische Abbildung eines Wärmetauschersystems mit geschlossenem Kreislauf unter Verwendung eines Flüssigkeits-Erhitzers nach den Fig. l und 2.

In den Fi g. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Flüssigkeits-Erhitzers wiedergegeben. Ein Rippenkörper 10 enthält eine Anzahl von Rohren 11, welche beispielsweise aus Stahl gefertigt sind. Die Rohre umgeben einen Zentralraum 12. Zwischen den Rohren 11 ist eine Vielzahl von Kugeln 13 angeordnet. Der Rippenkörper 10 weist in Radialrichtung etwa 4 Lagen von Kugeln 13 auf, so daß die innere Lage annähernd auf gleicher Zylinderfläche mit den innersten Teilen der Rohre 11 liegt, während die äußere Lage über die äußere zylindrische Umgrenzungsfläche der Rohre 11 hinausreicht.

Die Rohre 11 und die Kugeln 13, welche aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff bestehen, sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus Stahl handelsüblicher Sorte gefertigt und mit einem Verbindungswerkstoff, beispielsweise mit Kupfer oder einer Kupferlegierung, beschichtet. Die Rohre und die Kugeln sind durch Erhitzen der Bauteile über die Schmelztemperatur des Kupfers oder der Kupferlegierung in einer Edelgasatmosphäre verlötet, so daß sich ein einheitlicher, wärmeleitender Rippenkörper 10 ergibt. Die Berührungsflächen der Kugeln untereinander und mit den Rohren sind dabei aufgrund der Kapillarwirkung auf die geschmolzene Lotbeschichtung vergrößert.

Bei einer Kupferbeschichtung von etwa 0,025 mm Dicke zwischen zwei Kugein von etwa 4 mm Durchmesser kommt eine Berührungsfläche mit einem Durchmesser von 1,75 mm zustande, so daß der Wärmeleitungsweg zwischen je zwei Kugeln und zwischen den Kugeln und den Rohren einen niedrigen Wärmewiderstand

gegenüber der Wärmeströmung behält, was sowohl auf den vergrößerten Berührungsflächen als °.uch auf der Verwendung von Kupfer als Werkstoff im Bereich der Berührungsflächen beruht, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Rohre 11 bilden einen Strömungskanal für eine Flüssigkeit, welche bei Strömung durch den Rippenkörper erhitzt werden soll. Zu diesem Zwecke ist eine DecKpiatte 14 vorgesehen in welcher Bohrungen vorgesehen sind, durch die jeweils die oberen Enden der Rohre 11 ragen und in der Bohrungen in geeigneter Weise beispielsweise durch Lötung befestigt sind. Die Deckplatte 14 schließt auch das obere Ende des Zentralraumes 12 ab und trägt einen tellerförmigen Deckel 15, welcher beispielsweise durch Löten außerhalb der Durchtrittsstellen der Rohre 11 dicht auf der Deckplatte 14 aufgesetzt ist. Weiterhin ist eine ringförmige Bodenplatte 16 mit Bohrungen vorgesehen, durch die jeweils die unteren Enden der Rohre 11 ragen und in ähnlicher Weise wie an der Deckplatte 14 befestigt sind. Zwei halbkreisförmige Deckel 17 überdecken jeweils eine Hälfte der Bodenplatte 16, durch welche die Rohre 11 ragen, wobei einer der Deckel 17 einen Einlaßstutzen 18 und der andere einen Auslaßstutzen 19 aufweist.

Von der Bodenplatte 16 erstreckt sich eine Brenneranordnung 22 zentrisch in den Zentralraum 12 nach aufwärts, welche von einem zylindrischen Viellochbrenner 23 gebildet ist, der beispielsweise durch Schweißen an einer unteren, ringförmigen Halteplatte 24 befestigt ist, die an der Bodenplatte 16 beispielsweise mittels Schrauben 25 abnehmbar befestigt ist.

Zur Erhöhung der Heizleistung innerhalb des Zentralraumes 12 über die normalerweise in einem solchen Volumen erzielbaren Werte umgibt ein Sieb 26 aus feuerfestem Werkstoff den Viellochbrenner. Das Sieb 26 ist über Stifte 27 an der Deckplatte 14 befestigt und das obere Ende des Siebes 26 ist durch eine Scheibe

28 aus feuerfestem Werkstoff abgeschlossen, während das untere Ende des Siebes 26 an einer unteren Scheibe

29 aus feuerfestem Werkstoff befestigt ist.

Das Sieb 26 wird während des Betriebes glühend und strahlt Wärmeenergie gegen den Rippenkörper 10 nach außen sowie gegen die nahe dem Viellochbrenner 23 stehende Brennerflamme nach innen, wodurch der Verbrennungsvorgang beschleunigt und eine vollständige Verbrennung des Brennstoff-Gasgemisches erzielt wird.

Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird über ein in F i g. 3 dargestelltes Mischgebläse 51 zugeführt, welches über einen konischen Anschlußstutzen 47 an die ringförmige Halteplatte 24 beispielsweise mittels Schrauben angeschlossen ist. Ein Zünder, beispielsweise eine Zündkerze 40 ist außerdem in die Halteplatte 24 eingeschraubt und reicht in dem Zentralraum 12 in einen Bereich zwischen dem Sieb 26 und dem Rippenkörper 10. Die Maschenweite des Siebes 26 ist so groß gewählt (beispielsweise etwa 2,5 Maschen je cm), daß das durch die Löcher des Brenners 23 und das feuerfeste Sieb 26 hindurchströmende Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet wird und die Flamme dann durch das feuerfeste Sieb 26

ίο zum Viellochbrenner 23 zurückschlägt. Der Öffnungsdurchmesser und der Abstand der Brenneröffnungen verhindern, daß sich die Flammenfront durch die Löcher de:> Brenners 23 bewegt.

Bei der Darstellung nach F i g. 3 ist der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Flüssigkeits-Erhitzer mit 50 bezeichnet. Das Mischgebläse 51 ist über den konischen Anschlußstutzen 47 mit dem Flüssigkeitserhitzer 50 verbunden und liefert ein Gas-Luft-Gemisch an den Brenner, von welchem das Gemisch nach Zündung verbrannt und eine Flamme bzw. Verbrennungsgas mit einer Temperatur von über 1 000 Grad erzeugt werden.

Das Gas wird von einer Gasquelle 53 bezogen, welche entweder von der öffentlichen Hauptgasleitung gebildet wird, oder aber als Flaschengas zur Verfügung steht.

Das Gas wird über ein Magnetventil 54 und einen Regler 55 dem Einlaßstutzen 52 des Mischgebläses 51 zugeführt. Die Größe des Gebläses 51 ist so bemessen, daß es im Zentralraum des Flüssigkeits-Erhitzers 50 einen Druck in der Größenordnung von 25 mm Wassersäule erzeugt. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann durch den Rippenkörper 10 und von dort nach außen durch einen Abzug 42.

Die Auslaßtemperatur ist in erster Linie von der Länge der Strömungswege durch den Rippenkörper 10 sowie von der Menge und der Temperatur des durchgeleiteten heißen Gases abhängig. Im allgemeinen wird die Länge des Strömungsweges kurz genug gehalten, um eine Auslaßtemperatur über der Kondensationstemperatur der Verbrennungsprodukte von beispielsweise 149°C bis 205°C zu halten.

Eine Pumpe 59 fördert Wasser in den Erhitzer 50 hinein an dessen Ausgang Wasser einer gewünschten Temperatur erhalten wird, je nachdem mit welcher Geschwindigkeit die Pumpe 59 das Wasser in den Erhitzer 50 fördert und mit welcher Geschwindigkeit Brennstoff zugeleitet wird. Das am Auslaßstutzen zur Verfügung stehende Wasser strömt zu einem Verbraucher 57, der ein Heißwasser-Heizkörper für Wohn- oder Gewerberäume sein kann. Der Verbraucher 57 kann aber auch eine Turbine zur Energieerzeugung sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Asi Patentansprüche:

1. Flüssigkeits-Erhitzer mit einem Brenner und einem Trennwand-Wärmetauscher, der nebeneinander angeordnete Rohre für die Flüssigkc ifweist, wobei zwischen den Rohren ein Rip^cnkörper angeordnet ist, der aus wärmeleitend mit den Rohren verbundenen kugelförmigen Körpern besteht und einen Zentralraum umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß indem Zer.tralraum(12) ein bei radialer Brenngasströmung eine hohlzylindrische Flamme erzeugender, einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Zentralraum aufweisender Viellochbrenner (23) angeordnet ist.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (23) mit einem Mischgebläse (51) verbunden ist.

3. Erhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rippenkörper (10) und dem Brenner (23) ein aus hitzebeständigem Werkstoff bestehendes Sieb (26) angeordnet ist.