-
Wärmetauscher mit einseitig offener Brennkammer D@e Erfindung bezieht
sich auf einen Wärmetauscher mit einer inseitig offener! Brennkammer. Derartige
Wärmetauscher werden sowohl als Lufterhitzer als auch zur Erwärmung von Wasser ein-@esetzt.
-
ES @st b@kannt, Wärmetauscher herzustellen, bei dene@ d@e Ra@chgase
zur möglichst effektiven Ausnutzung der Wärme zwerfech umgelenkt werden. Bei diesen
Dreizugwärmetausonern werden einige @eile nicht von zu erwärmenden Medium umströmt,
wodurch @@ese Te@kle therm@sch sehr hoch belastet sind und oft zum @e@zunde@n o@er
Verspröden neigen, Außerdem sind sie so aufgebaut, daß ve@schiedene Teile sich nicht
unter der Wärmee@nw@rk@ng frei ausdeh@en können, wodurrch in ihnen hohe Spannungen
@@zeugt werdem. Deshalb reagieren diese Ausführungen auch sehr e@pfindlich bei Erhönung
der Heizleistung, so daß sie bei ein@r gef@rderten Heizleistung und je nach dem
zu erwärmenden Mediu!n
z,a, Wasser oder Luft, jeweils neu ausgelegt
werden müssen.
-
Zur Abdeckung eines Heizleistungsbereiches ist deshalb eine ganze
Typenreihe von Wärmetauschern unterschiedlicher Größe notwendig.
-
Weiterhin sind nach dem Zusammenbau einzelne Schweißnähte nur noch
schwer oder gar nicht zu erreichen, so daß ein schweißen undichter Stellen nach
dem Abdrücken zumind@st schwierig, wenn nicht unmöglich ist. Außerdem ist die Länge
des Rauchgasweges in den herkömmlichen Wärmetauschern zu kurz, was zu hohen Abgastemperaturen
und damit zur schlechten Wärmeausnutzung führt. Würde man jedoch die Rauchgaswege
entsprechend verlängern und damit die Wärmeübergangsflächen vergrößern, dann wären
die Druckverluste so gro@, daß ein leistungsstärkeres Gebläse erforderlich wäre,
das teurer wäre und die V@rbrennungsgeräusche wesentlich eröhen würde.
-
@er Erfindung liegt deshalb die Auf gabe zugrunde, einen Wärme-@@@cher
so zu gestalten, daß die genannten Nachsteile ver@ie-@@@ werden @nd die Herstellungskosten
gesenkt werden.
-
@ie aufgabe -wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die offene @i@e
der Brennkammer einen umlaufenden Flansch aurweist, an dessen Außenrand ein mit
dem Stutzen für den Brenner versehener Deckel @efest@gt i@t und der Eintrittsöffnungen
für ei@en die Bren@kammer umgebenden Rohrkäfig aufweist, wobei die ein@eln@n Rohre
annähernd achsparallel zu der Brennkammer und im Abstand
von der
Außenfläche der Brennkammer verlaufen, sowie über die Brennkarnmerpraliwand hinausragen
und dort in eine im Abstand zur Brennkammerprallwand angeordneten Ronde, an deren
Außenrand ein Deckel mit dem Stutzen für den Rauchgasabzug befestigt ist, einmünden
und daß der Wärmetauscher von einem im Abstand zum Rohrl^..f g verlaufenden Gehäuse
mit Ein- und Auslaßöffnungen für das zu erwärmende Medium umgeben ist.
-
Durch diese Ausbildung des Wärmetauschers werden die Rauchgase schon
in der Brennkammer ohne zusätzliche Bleche umgelenkt und gelangen dann nach einer
weiteren Umlenkung an der offenen Brennkammerseite in den die Brennkammer umgebenden
Rohrkäfig.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß Wie
Deckel mit den Stutzen für den Brenner und den Rauchgasabzug schüsselförmig ausgebildet
sind, so daß eine widerstandsarme Umlenkung der Rauchgase erzielt wird.
-
Gemäß der Erfindung ist es ferner sinnvoll, daß die Stutzen für den
Brenner und den Rauchsgasabzug in den Deckeln koaxiai zur Brennkammerachse liegen.
Dadurch wird eine symnjetrische Strömung innerhalb der Brennkanamer erzeugt und
somit eine Überbelastung der Brennraumwand vermieden.
-
Weiterhin schlägt die Erfindung vor, daß die Brennkammer einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Dabei wird berticksichtigt, daß die vom Brenner erzeugte Flamme
ebenfalls einen weitgehend krei sfönnigen C:uerschnitt aufweist, so dald
die
Wärmebelastung der Brennkammerwand möglichst gleichm@@ig erfolgen kann.
-
Bei Verwendung des Wärmetauschers zur Erwärmung von wasser oder anderen
flüssigen Medien schlägt die Erfindung vor, daß das Gehäuse den Rohrkäfig nur zwischen
Flansch und Ronde umgibt, wobei es an den Außenkanten von Flansch und Ronde befestigt
ist.
-
Wird der Wärmetauscher zur Erwärmung von Luft eingesetzt, so ist gemäß
der Erfindung vorgesehen, daß das Gehäuse um den Wärmetauscher diesen über seine
ganze Länge umgibt. Dadurch werden auch die Deckel mit den Stutzen zur Wärmeübertagung
ausgenutzt.
-
-erner ist vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher mit seinen beiden
Stutzen in je einer Öffnung an den Stirnseiten der tehauses gelagert ist, wobei
er an einem der beiden Stutzen lagemäßig fixiert ist. Dadurch kann sich der Wärmetauscher
unter dem Einfluß der Hitze frei ausdehnen.
-
Schließlich ist vorgesehen, daß innerhalb des Gehäuses von beiden
Seiten umströmte Leitbleche angeordnet sind. rLit Hilfe @ie@er Leitbleche wird die
Luft an don Wärmeübertragungsflächen vorbeigeleitet.
-
In den Zeichnungen ist di @rfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher veranschaulicht. Es zeigen:
einen 1 einen Wärmetauscher für
flüssige Medien in perspektivischer Ansicht; Fig. 2 den Wärmetauscher gemäß Fig.
1 im Längsschnitt; Fig. 3 einen Wärmetauscher für Luft im Längsschnitt; Fig. L den
Wärmetauscher gemäß Fig. 3 im Querschnitt.
-
Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher 1 zur Erwärmung von flüssigen Medien
in perspektivischer Ansicht nit abgenomlnener Deckel 2, der halbkugelförmig ausgebildet
ist und in dessen @itte der Stutzen 3 angebracht ist, an dem der Brenner 4 befestigt
ist.
-
Das Gehäuse 5 um den Wärmetauscher 1 ist aufgeklappt gezeichnet und
gibt @@ den Blick frei auf den Rohrkäfig 6 mit @@n einzelnen, achspa@@llel zur Brennkammer
7 und im Abstand @@r Brennkammer 8 verlaufenden Rohren 9. Diese sind an ihrem @nen
Ende mit entsprechenden Öffnungen 10 in dem an der @@enen Seite 11 der Brennkammer
7 angebrachten Flansch 12 V@rbunden und münden mit ihren anderen Enden in eine Ronde
13, an deren Außenrand ein ebenfalls halbkugelförmiger Deckel 14 @@festigt ist,
in dessen Mitte der Stutzen 15 für den Rauch-@asa@zug angeordnet ist.
-
@ig. 2 gibt in einem Längsschnitt den Weg der Rauchgase durch den
Wärmetaus@ker 1 wieder. Die vom Brenner 4 erze@gte @lamme 16 strömt über den Stutzem
3 in die zylindri@che @rennkammer 7 @@@. An der Brennkammerprallwand 17 werden die
Rauchgase u@g@@@@@ und strömen dann an der inneren S@@te der Brennka@mer@and 8 in
entgegengesetz@er Richtung @@@ offenen Seite 11 der Brennkommer 7. An deren Rand
ist der @lansch 12
@@t den der Anzahl der Rohre 9 entsprechenden
Öff @@@@ 10 @@gebracht. Durch diese strömen die Rauchg@se nach einer durch den Deckel
2 erzwungenen erneuten Umlen@ung in die Rohre 9 ein. Diese rasen über die D er ennkammerprallwand
17 hinaus und münden dann in Öffnungen 18 in der Ronde 13. Am Außenrand der Ronde
13 ist der halbkugelförmige Deckel 14 mit d@@ @ittig angeordneten Rauchgasstutzen
15 befestigt. In de@ von dem Deckel 14 und der Ronde 13 begrenzten Raum sam@eln
sich die aus den Rohren 9 ausströmenden Rauchgase und fließ@n über den Stutzen 15
ab. Den Rohrkäfig 6 umgibt das @ehä@@ mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen 19 und
20, das an den Außenr@nde@@ des Flansches 12 und dei Ronde 13 befestigt ist.
-
Fig. 3 zeigt den Wärmetauscher 1 zur Erwärmung von Luft od.
-
@@@ @@ ist bis auf das Gehäuse 5 identisch mit dem für @@@ssige Medien
gemäß Fig. 1 und 2, weshalb die Bezugsziffern @@ @ie in allen Figuren gleichen Teile
übernommen werden.
-
D@@ Geh@use 5' ist in eine@ grö@eren Abstand vom Wärmebau@cher 1 angeordnet,
um @@@ fur @uft benötigen größeren Qu@@sch@itte zu verwirklichen. Auß@@dem @agt
es bis über die Deckel 2 und 14 hinaus, so daß au@h di@ se als Wärmeübe@tragun@@flä@hen
herangezogen werden. Der W@@@@@uscher 1 ist in zwei Öffnungen 21 und 22, durch die
die Stutzen 3 und 13 gehen, im Gehause gelagert, @@bei @@ an dem Stutzen 3 für d@n
Bre@@er 4 gegen Längs@erschieburgen f@xiert ist. Der St@tzen 1@ @@r de@ @auchg@sabzu@
dagegen kann sich in @@@ Öffnung 22 des Gehäuses 5' @@e@ in l@ng@@ich@ung @@wegen,
so da@ sich der Warmet@uscher 1 @nter der Hitzeeinwi@kun@ @hne
@eschränkung
ausdehnen kann. An der Oberseite weist das Gehäuse 5' eine groß Öffnung 23 auf.
An Streben 24 über dieser @ffnun@ 23 ist ein Elektromotor 25 angebracht, der ein
Gebläserad 26 antreibt, das die Luft ansaugt und an den Wärmeübertragungsflächen
vorbeitreibt.
-
Fig. 4 zeigt den Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 3 im Querschnitt.
-
Sie zeit die kreisförmige Brennkammerwand 8 mit den diese und gebenden
Rohren 9 und das rechteckige Gehause 5! mit den' Gebläse. Um die Rohre 9 sind teilweise
Leitbleche 27 und 28 angeordnet, die die Luft widerstandsarm und möglichst nahe
an die Wärmeübertragungsflächen heranführen. Außerdem dienen sie dazu, an gefährdeten
Stellen von der Brennkammerwand 3 ausgehende Strahlungswärme abzufangen und dedurch
das Gehäuse @@@ Überhitzungen zu schützen. Dazu strömt auch ein geringer @@@ der
Luft hinter den Leitblechen durch, kühlt diese von de@ Rückseite her und bildet
ein isolierendes Luftpolster zum Gehäuse ' hin. Deshalb frei auf eine zusätzliche
Isolierung des Gehäuses 5' verzi@htet werder.
-
@@ den vorgeschlagenen Ausführungsformen werden die in der Iinleitung
genannten Nachteile der herkömmlichen Bauformen von Wärmetauschern vermieden. Durch
das Einströmen der @@amme 16 in die Mitte der Br@nnkammer 7 und die Umlenkung der
Rauchgase an der Brennkammerprallwand 17, wodurch s@e a@ der Innenseite der Brennkammerwand
8 zurückströmen, wird diese vorteilhaft gegen jede direkte B@aufshlagung von Flammen
16 ge@chützt. Da die Br@@nkammer 7 bis auf die offene
Seite 11 ganz
vom zu erwärmenden Medium umströmt wird und auch keine weiteren Teile zur U:nlenkung
der Rauchgase enthält, ist sie gut geschützt gegen Überhitzungen, so daß auf eine
Schamottierung und die Verwendung von teurem, hitzebeständigen iiaterial verzichtet
werden kann, ohne daß die Lebensdauer darunter leidet.
-
Weiterhin können sich die erwärmten Teile des Wärmetauschers 1 frei
ausdehnen, da die Brennkammer außer an ihrem äußeren Rand der offenen Seite nirgends
durch Heizgasschächte oder Halterungen mit nachgeschalteten Heizflächen verbunden
ist. Die Ronde 13 ist nämlich mit ihrem Deckel 14 nur über die Rohre 9 und den flansch
12 mit der Brennkammer 7 verbunden, nicht aber über die Brennkammerprallwand 17,
so daß sich die Ausdehnung der Erennkammer 7 und die der Rohre 9 durch den Abstand
zwischen Brennkammerprallwand 17 und Ronde 13 nicht gegenseitig stören.
-
Durch diese Maßnahmen treten auch bei größeren Leistungen keine Probleme
bezüglich der Wärmebelastung auf. Unterschiedliche Heizleistungen brauchen nur durch
änderung der Abmessungen und der Rohrzahl berücksichtigt werden, was eine serienmäßige
Herstellung mit Baukastenelementen sehr erleichtert. Dies trifft auch für das Gehause
5 bzwO 5' zur das sehr kompakt in seinen Abmessungen und einfach herzustellen ist.
-
Zur Anpassung an das zu erwärmende Medium muß es lediglich entsprechend
den benötigten Strömungsquerschnitten gestaltet werden.
-
Weiterhin ist der einfache @ufl@u und die Kompaktheit des
Wärmetauschers
1 hervorzuheben. Die drei Rauchgaszüge gehen huber die volle Länge des Wärmetauschers
1 und sorgen so für optimale Ausnutzung der Wärme bei niedrigen Abgastemperaturen
und geringen Abmessungen, wobei der Strömungswiderstand sehr niedrig liegt, so daß
die Verbrennungsgeräusche auf ein Minimum reduziert sind.
-
Weiterhin sid sämtliche Schweißnähte bei der Dichtheitsprüfung nach
dem Abdrücken gut zugänglich, so daß evtl. Nacharbeiten zeit- und kostensparend
durchgeführt werden können.