DE2740937A1

DE2740937A1 - Waermeuebertrager fuer fluessigkeitserhitzer

Info

Publication number: DE2740937A1
Application number: DE19772740937
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Huhnen; Dieter Krauss; Josef Schmid; Ernst Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-09-10
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1979-03-22
Also published as: NL183738B; IT1174378B; FR2402838A1; DE2740937C2; ATA648078A; NL183738C; IT7827356A0; NL7809212A; AT392533B; FR2402838B1; GB1592125A; ES473198A1

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart Wärmeübertrager für Flüssigkeitserhitzer Zusammenfassung

Es wird ein Wärmeübertrager für Flüssigkeitserhitzer, insbesondere für nach dem Durchlaufprinzip arbeitende Gas-Wassererhitzer vorgeschlagen. Der Wärmeübertrager hat einen Lamellenblock, durch den mehrere Rohre parallel zueinander hindurchgeführt sind, welche die zu erwärmende Flüssigkeit führen. Die aus dem Lamellenblock herausragende Enden der Rohre sind starr miteinander verbunden über Elemente, welche /einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten oder als Folge einer Abschottung eine andere Temperatur als die Lamellen haben. Zur Vermeidung von Wechselspannungen durch die bei jedem Heizzyklus auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen der Lamellen und der Verbindungselemente sind die Lamellen zwischen den Rohren mit Biegefalten versehen, welche die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Lamellen und Verbindungselementen aufnehmen.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derartiges Gerät bekannt (DT-OS 25 05 765), bei dem die Lamellen bis auf Durchzüge an den Durchgangslöchern für die Rohre und auf abgekantete Randstreifen als völlig glatte Bleche ausgeführt sind und der Lamellenblock in einem Rahmen gefaßt ist, der den Lamellenblock versteift und mit einem umlaufenden Flansch zum Aufsitzen des Wärmeübertragers auf eine Verbrennungskammer versehen ist. Bei der Erhitzung derartiger Wärmeübertrager treten verhältnismäßig hohe Schubbeanspruchungen an den Rohreinspannstellen auf, wenn der Lamellenwerkstoff und das Blechmaterial des Rahmens unterschiedliche Wärmedehnungen" oder unterschiedliche Temperaturen haben. Dazu kommen Torsionsspannungen, die dadurch entstehen, daß sich die Lamellen an der dem Brenner zugekehrten Unterseite stärker dehnen als an der Oberseite und dadurch die Tendenz haben, sich mit ihren Enden nach oben hochkant durchzukrümmen. Diese periodisch auftretenden Spannungen können in ungünstigen Fällen dazu führen, daß es zu Materialbrüchen der Rohre an ihren Einspannstellen kommt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die mechanischen Spannungen, die mit jedem Heizzyklus periodisch wechselnd aufgebracht werden, so reduziert werden, daß die Dauerschwingfestigkeit der verwendeten Werkstoffe nicht überschritten wird. Andererseits hat die gefaltete und mit Langlöchern bzw. Schlitzen in den Faltscheiteln versehene Lamelle noch eine so große Steifigkeit, daß sie sich ausreichend gut in eine Fügevorrichtung zum Zusammensetzen des Wärmetauschers einführen läßt.

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Die elastischen Verbindungsstege gewährleisten in ihrer Vielzahl, daß sich der lichte, abgasseitige Strömungsquerschnitt nicht verändert, wie dies bei einer durchgehenden Trennung zwischen den Rohrdurchbrüchen durch innere Spannungen oder äußere Krafteinwirkung möglich wäre. Dadurch könnte das hygienische Abgasverhalten unzulässig beeinflußt werden, weil die Sekundärluftansaugung bei einem Verbrennungsvorgang durch den Druckverlust im engsten, abgasseitigen Lamellenblockquerschnitt über der Kaminwirkung erzeugenden Verbrennungskammer bestimmt ist. Auch würde der Wirkungsgrad, d.h. die vom Wärmeübertrager aufgenommene Wärme, durch eine Änderung der Sekundärluftansaugung ebenfalls verändert, weil die Luftzahl Jt die Verbrennungstemperatur und damit die mittlere wirksame Temperaturdifferenz sowie das Abgasvolumen beeinflußt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Ansicht einer Verbrennungskammer eines gasbeheizten Durchlauf-Wasser-Erhitzers mit als Lamellenblock ausgebildetem Wärmeübertrager, teilweise im Schnitt, Figur 2 die Seitenansicht und Figur 3 die Stirnansicht einer Lamelle des Wärmeübertragers nach Figur 1. In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lamelle dargestellt und Figur 5 veranschaulicht das Bestreben der Lamellen, sich bei Erwärmung hochkant durchzubiegen.

Beschreibung der Erfindung

Der am oberen Mündungsrand einer Verbrennungskammer 10 sitzende Wärmeübertrager 11 hat einen Lamellenblock 12, durch den mehrere wasserführende Rohre 13 parallel zueinander hindurchgeführt sind. Die Enden der Rohre 13 sind in Platten I¹J einge-

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lötet, die mit Deckeln 15 verlötet sind, welche zwischen sich und den Platten 14 Sammelräume 16 umschließen. In dem einen Sammelraum 16 mündet eine Zulaufleitung 17 ein; an den anderen Sammelraum ist eine Ablaufleitung 18 angeschlossen. Zulaufleitung 17 und Ablaufleitung 18 sind in die Deckel 15 eingelötet.

Der Lamellenblock 12 besteht aus einzelnen Chromstahllaraellen 20 (Figur 2), die mit Löchern 21 für den Durchtritt der Rohre 13 versehen sind. An den Lochrändern sind hochgestellte Kragen 22 gebildet, mit welchen die Lamellen an die Rohre 13 angelötet sind. Die Kragen 22 und in Kragenhöhe abgewinkelte Seitenränder 23 der Lamellen bestimmen den Lamellenabstand a. Die Lamellen 20 haben einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten sowie eine andere Temperatur als die Platten lh und die Deckel 15, in welche die Wasserrohre 13, 17 und 18 eingelötet sind,

Zwischen den Löchern 21 sind die Lamellen mit im Querschnitt wellenförmigen Biegefalten 26 versehen, die von der oberen Lamellenkante 27 bis zu der dem Brenner des Gerätes zugekehrten unteren Biegekante 28 durchlaufen. Im Scheitel der Biegefalten 26 sind Schlitze 30 vorgesehen, zwischen denen und den Lamellenkanten 27, 28 je zwei Stege 31 und 32 gebildet sind. Die untere Lamellenkante 28 ist zwischen den Löchern 21 nach oben eingezogen, damit eine möglichst gleichmässige Wärmestromdichte in diesen Lamellenbereichen erhalten wird.

Im Betrieb des Wärmeübertragers dehnen sich die gegenüber Heizgasen beständigen Chromstahl-Lamellen 20 wonipor stSrkM? ?·:?ι; aus als die aus Kupfer bestehenden Platten lh und Deckel 15· /±fQ) Die dadurch hervorgerufenen Dehnungsunterschiede werden von den Stegen 31> 32 elastisch federnd aufgenommen, so daß nur geringe Schubspannungen an den Einspannstellen der Rohre 13 in den Platten 14 auftreten. Die Stege 31» 32 verleihen den Lamellen andererseits noch eine so große Formsteifigkeit, daß das Einfügen der Lamellen in ein kammartiges Montagewerkzeug keine Schwierigkeiten bereitet.

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Neben der geradlinigen Dehnung tritt beim Betrieb des Wärmeübertragers noch eine Hochkantkrümmung auf. Dieses Bestreben, sich hochkant durchzukrümmen, kommt daher, daß die Lamellen an der Unterkante 28 eine Temperatur von 300 bis ¹JOO C erreichen, während die Temperatur an der Oberkante 27 der Lamellen nur bis etwa 150 ansteigt. Die nach Figur ¹J ausgebildete Lamelle 20' unterscheidet sich von der Lamelle 20 nach Figur 2 dadurch, daß in jeder Biegefalte 26 zwei Schlitze 35 und 36 eingestanzt sind, von denen der obere Schlitz 35 in den Rand 27 der Lamelle ausmündet. Zwischen den Schlitzen 35 und 36 ist ein Steg 38 gebildet, der tiefer sitzt als der Steg 31 der Lamelle 20 nach Figur 2. Eine derart ausgebildete Lamelle hat zwar bei freier Verformung unter der Annahme einer linearen Temperaturverteilung eine genau gleiche Hochkantkrümmung wie die Lamelle 20, die Rückstellmomente in eine eingespannte Zwangslage sind jedoch wesentlich kleiner. Figur 5 zeigt, daß bei einer solchen Hochkantkrümmung sich die Löcher 21 in der Lamelle gegenüber den Rohren 13 niit gegen das Ende der Lamelle hin zunehmender Tendenz verdrehen und verschieben. Dadurch werden Torsionsspannungen und zusätzliche Schubspannungen auf die Einspannstellen der Rohre 13 ausgeübt, die bei der Lamelle nach Figur gemäß den wesentlich kleineren Rückstellmomenten verringert werden.

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Claims

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Patentansprüche

.!Wärmeübertrager für Flüssigkeitserhitzer, insbesondere für nach dem Durchlaufprinzip arbeitende Gas-Wassererhitzer, mit einem Lamellenblock, durch den mehrere die zu erwärmende Flüssigkeit führende Rohre parallel zueinander hindurchgeführt sind, deren aus dem Lamellenblock herausragende Enden starr miteinander verbunden sind über Elemente, welcheYeinen anderen Wärmedehnungskoeffizienten und/oder eine andere Temperatur als die Lamellen haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (20) zwischen den Rohren (13) mit Biegefalten (26) zum Wärmedehnungsausgleich versehen sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Lamellenebene gemessene Tiefe der Biegefalten (26) mindestens annähernd dem Lamellenabstand (a) entspricht.
3· Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (20) im Bereich ihrer Biegefalten (26) mit vorzugsweise schlitzförmigen Aussparungen (30) versehen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lage und Anzahl der schlitzförmigen Aussparungen (30) so gewählt ist, daß sich zwei im möglichst geringen Abstand voneinander angeordnete Stege (31» 32) im Bereich jeder Biegefalte (26) ergeben.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß an den Biegefalten (26) ein einziger Schlitz (30) vorgesehen ist, der beidseitig von Stegen (31, 32) begrenzt ist (Figur 2).
6. Wärmeübertrager nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß an den Biegefalten (26) zwei oder drei axial hintereinander angeordnete Schlitze (35, 36) vorgesehen sind (Figur 4), von denen der eine bzw. die beiden äußeren zum Rand (27) der Lamelle hin offen sind.

7· Wärmeübertrager nach Anspruch 6, für Gas-Wassererhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner zugekehrte Unterkante (28) der Lamellen in den zwischen den Rohren liegenden Bereichen in bekannter Weise nach oben eingezogen sind und daß die zum Rand (27) der Lamelle hin offenen Längsschlitze (35) in den Biegefalten (26) auf der vom Brenner abgekehrten oberen Lamellenseite liegen.

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