DE2605947A1 - Waermeaustauscher fuer einen gasbefeuerten apparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für einen gasbefeuerten Apparat, bestehend aus einer Batterie von um einen Raum zur Aufnahme eines Gasbrenners herum angeordneten Wasserdurchflußrohren, von denen die Enden bestimmter Rohre über an den beiden Enden der Rohrbatterie vorgesehene Kammern zur Bildung eines Wasserdurchflußweges durch den Wärmeaustauscher von einem Wassereinlaß zu einem Wasserauslaß miteinander in Verbindung stehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Verbesserung des vorstehend beschriebenen Wärmeaustauschers die Gefahr lokaler Überhitzungen zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der jeweilige Durchflußquerschnitt für den Wasserdurchflußweg von dem Wassereinlaß zum Wasserauslaß progressiv abnimmt. Hierdurch wird ein progressiver Anstieg der Wassergeschwindxgkext erreicht, beginnend von einer niedrigen Einlaufgeschwindigkeit des kalten Wassers bis zu einer entsprechend erhöhten Geschwindigkeit des erwärmten Wassers vor dem Wasserauslaß. Dadurch wird die Gefahr einer

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Überhitzung in der Nähe des Wasserauslasses verringert. Außerdem vergrößert die höhere Wassergeschwindigkeit den sogenannten heat scrubbing effect, also einen Wärmeschruppeffekt an der benetzten Oberfläche der Rohre und vermindert so die Bildung großer Dampftaschen und eine lokale Überhitzung des Wärmeaustauschers.

In der normalen Gebrauchsstellung sind die Rohre und Kammern des Wärmeaustauschers so angeordnet, daß der Wasserdurchflußweg vom Wassereinlaß zum Wasserauslaß überwiegend aufwärts verläuft, wobei sich der Wasserauslaß am höchsten Punkt des Wasserdurchflußweges oder aber doch in der Nähe hiervon befindet, um so die Bildung von Lufttaschen und das sich daraus ergebende Risiko einer überhitzung zu verhindern.

Um den Wasserdurchflußweg entsprechend zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn die Kammern durch Trennwände unterteilt sind, die die Reihenfolge der Rohre bestimmen, durch die das Wasser fließt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel entnehmen.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen gasbefeuerten Warmwasserbereiter mit einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung in Kombination mit einem Gasbrenner;

Figur 2 in vergrößertem Maßstab eine Stirnansicht des Wärmeaustauschers ;

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Figur 3 eine Ansicht der gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeaustauschers mit entferntem Stirndeckel;

Figur 4 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers und zum Teil einen Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;

Figur 5 im Ausschnitt einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4 und

Figur 6 im Ausschnitt einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Figur 4.

Der in Figur 1 dargestellte gasbefeuerte Warmwasserbereiter besteht aus einem Gebläse- und Brennereinsatz 10, der mit einem Wärmeaustauscher 12 verbunden ist. Der Einsatz 10 besitzt ein Gehäuse mit einem von einem Elektromotor 14 angetriebenen, nicht dargestellten Gebläse und einen Einlaß 16 mit einer Gas-Luft-Mischkammer. Das Gebläse treibt die Gas-Luft-Mischung in ein perforiertes, nicht dargestelltes Brennerrohr, um das der ringförmige Wärmeaustauscher 12 koaxial angeordnet ist. In der benachbarten Stirnwandung 20 des Wärmeaustauschers ist eine Zündvorrichtung 18 für den Brenner angebracht.

Die Stirnwandung 20 ist mit einer ringförmigen Kammer 22 ausgestattet, von der ein Wassereinlaß 24 und ein Wasserauslaß 26 ausgehen. Der Wassereinlaß 24 steht mit dem unteren Teil der ringförmigen Kammer in Verbindung, wie er durch zwei sich gegenüberliegende Trennwände definiert ist, von denen eine in Figur 4 mit 28 bezeichnet ist. Der Wasserauslaß 26 ist von einer direkten Verbindung mit der ringförmigen Kammer 22 abgeschnitten, wie Figur 4 erkennen läßt. An dem Wassereinlaß 24 ist ein Einlaßrohr 30 und an den Was-

serauslaß 26 ein Rohr 32 angeschlossen.

Das durch den Wassereinlaß 24 in den Wärmeaustauscher gelangende kalte Wasser fließt zuerst in den unteren Teil der ringförmigen Kammer 22 und gelangt von dort durch fünf unten liegende Wasserrohre 34 einer Rohrbatterie von insgesamt zehn sich axial erstreckenden Rohren zu dem gegenüberliegenden Ende des Wärmeaustauschers. Die Kammer 22 ist zweckmäßigerweise mit einem nicht dargestellten Leitblech ausgestattet, das die außermittige Stellung des Wassereinlasses 24 ausgleicht und den Fluß durch die Wasserrohre 34 egalisiert.

An dem dem Wassereinlaß 24 gegenüberliegenden Ende des Wärmeaustauschers ist eine kreisförmige Kammer 36 vorgesehen, die durch eine Wandung 38 und einen Stirndeckel 40 gebildet ist. Die Kammer 36 wird von einer bogenförmigen Trennwand 42 in einen oberen und unteren Abschnitt unterteilt, wobei der untere Abschnitt mit den fünf Wasserrohren 34 und überdies mit zwei weiteren Wasserrohren 44 der Zehnerbatterie in Verbindung steht. Das durch die fünf unten liegenden Wasserrohre 34 in den unteren Abschnitt der Kammer 36 geströmte Wasser fließt durch die beiden Wasserrohre in die ringförmige Kammer 22 zurück und zwar oberhalb der Trennwände 28. Da der Wasserauslaß 26 nicht mit der ringförmigen Kammer 22 direkt in Verbindung steht, die oberhalb der Trennwand 28 nur eine Verbindung mit zwei weiteren Wasserrohren 46 aufweist, muß das Wasser durch diese beiden Rohre 46 in den oberhalb der bogenförmigen Trennwand 42 liegenden Abschnitt der kreisförmigen Kammer 36 zurückfließen. Von dort gelangt dann das Wasser durch das einzig verbleibende Wasserrohr 48, das direkt mit dem Wasserauslaß 26 in Verbindung steht, zu dem Wasserauslaß.

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Die Wasserrohre 34, 44, 46 und 48 wurden vorstehend nur aus Gründen der besseren Anschaulichkeit als Rohre bezeichnet. Genau genommen handelt es sich um Durchlässe, deren Innenwandung glatt oder mit axial verlaufenden Rip-sn zur Oberflächenvergrößerung ausgebildet sein kann. Diese Durchlässe sind in entsprechenden Rohren 50 ausgebildet, von denen jedes auf seiner Außenfläche mit einer Anzahl quer verlaufender Rippen 52 versehen ist, die_r wie Figur 5 zeigt, sich vorzugsweise mchL über die radialen Innenbereiche der Rohre 50 hinaus erstrecken.Die vom Brenner kommenden heißen Verbrennungsgase strömen zwischen den Rohren 50 radial nach außen und werden durch ein äußeres Gehäuse 54 zu einem nicht dargestellten Flammrohrausiaß abgeleitet, der sich im wesentlichen radial von einer Seite des Gehäuses 54 erstreckt. Um den Wärmeaustausch von den Verbrermungsgasen auf die Rohre und damit auf das durch die Rohre 50 fließende Wasser zu erhöhen, können zwischen die Rohre 50 angenähert T-förmige Einsatzstücke eingesetzt werden, die den freien Zwischenraum zwischen den Rippenspitzen benachbarter Rohre überbrücken und die Rippen auf den radialen äußeren Flächen der Rohre 50 überlappen.

Abgesehen von dem ersten in den Wassereinlaß 24 eintretenden und von dort zu dem untersten Rohr 34 fließenden Tropfen ist der Wasserfluß durch den Wärmeaustauscher vom Wassereinlaß 24 bis zum Wasserauslaß 26 nach oben gerichtet. Dadurch wird verhindert, daß sich Luft an einer isolierten hohen Stelle im Wärmeaustauscher ansammelt und überhitzung verursacht. Auch die bogenförmige Ausbildung der Trennwand 42 verhindert eine Ansammlung von Luftblasen, wie sie bei einer flachen Trennwand auftreten könnte.

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Das eingeleitete Wasser strömt anfangs durch fünf der zehn Rohre, dann durch ?v~I Rohre, danr- wiederum durch zwei Rohre und schließlich nur noch durch ein einziges Rohr. Daraus folgt, daß das eingeleitete kales Wasser in den Rohren 34 verhältnismäßig langsam strömt,- um 5ann nach entsprechender Erwärmung mit progressiv ansteigender Geschwindigkeit weiter zu strömen und so lokale überhitzungen zu vermeiden. Hohe Wassergeschwindigkeit vermindert die Dicke der sich in Ruhe befindlichen Grenzschicht an den Rohrwandungen und vermindert dadurch den sogenannten kettling effect. Bei den erläuterten Ausführungsformen ergibt sich zwischen den fünf Rohren 34 und den beiden Rohren 44 eine bestimmte Abnahme des Durchflußquerschnitts für den Wasserdurchflußweg. In den fünf ■ Rohren 34 kann die Wassergeschwindigkeit durch Einsetzen von nicht dargestellten Einsatzstücken erhöht werden. Jedes dieser Einsatzstücke weist vorzugsweise einen trapezoidalen Querschnitt auf und ist über Nasen, die sich von den Einsatzstücken erstrecken und im Eingriff mit den Rohrwandungen stehen, von diesen im Abstand angeordnet .

Der Wäremeaustauscher weist in der Nähe seines Wasserauslasses 26 vorzugsweise einen Thermostaten auf, der auf die Wassertemperatur anspricht. Handelt es sich um einen Thermostaten eines Bautyps, bei dem ein Rohr mit Naßdampf oder Flüssigkeit gefüllt ist, die bei einer bestimmten Temperatur kochen, dann kann das Rohr des Thermostaten außen um den Wärmeaustauscher herumgelegt werden, um dadurch zusätzlich zu der Temperatur des Auslaßwassers auch auf die Temperatur des Wärmeaustauschergehäuses anzusprechen. Da das Außengehäuse des Wärmeaustauschers heißer sein wird als das Wasser am Wasserauslaß, wird das Rohr von dem Gehäuse in einem solchen

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Abstand angeordnet, -;:α3 das Rohr dann, wenn das Gehäuse eine vorbestimmte Maximaltempsratur erreicht, nur aaf die vorbestimmte maximale Wassertemperatur erhitzt wird.

Mit Ausnahme der Stirnplatte 40, des Gehäuses 54, der T-förmigen Einsatzstücke sowie des Einlaßrohres 30 und des Auslaßrohres kann der Wärmeaustauscher aus einem einzigen Gußstück bestehen und zwar vorzugsweise aus Gußeisen. Dadurch erhält man einen Wärmeaustauscher mit beträchtlich längerer einsetzbarer Lebensdauer im Vergleich zu einem beispielsweise aus Weichstahl und Kupfer gefertigten Wärmeaustauscher.

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Claims (7)

1. Patentansprüche 2

   ι 1.j Wärmeaustauscher für einen gasbefeuerten Apparat, bestehend aus \_y einer Batterie von am einen Raum zur Aufnahme eines Gasbrenners herum angeordneten Wasserdurchflußrohren, von denen die Enden bestimmter Rohre über an den beiden Enden der Rohrbatterie vorgesehene Kammern zur Bildung eines Wasserdurchflußweges durch den Wärmeaustauscher von einem Wassereinlaß zu einem Wasserauslaß miteinander in Verbindung stehen, dadurch g e ke nnzeiehnet, daß der jeweilige Durchflußquerschnxtt für den Wasserdurchflußweg (34,44,46,48) von dem Wassereinlaß (24) zum Wasserauslaß (26) progressiv abnimmt.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (22,36) durch Trennwände (28,42) unterteilt sind, die die Reihenfolge der Rohre (34,44,46,48) bestimmen, durch die das Wasser fließt.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Trennwand (42) bogenförmig ist.
4. 4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedurchflußweg (34,44,46,48) vom Wassereinlaß (24) zum Wasserauslaß (26) überwiegend aufwärts verläuft.

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5. 5. Wärmeaustauscher nach einen* i¹-ir v:;!-hergehender; Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (34,44,46,48) außenseitig mit Rippen (52) versehen sind.
6. 6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehender; .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (34,44,46,48) inwendig mit Rippen versehen sind.
7. 7. Wärmeaustauscher naci- sinera der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (34,44,46,48) zusammen als einteiliges Gußteil ausgebildet sind.

   Dipl.-Ing. Werner Gramm

   Patentanwalt

   Gr/Gru.

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