DE3618979C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser mit einem wärmeisolierten, im wesentlichen zylindrischen Behälter für das Wasser, in das ein Einlaß für Kaltwasser und ein Auslaß für Warmwasser münden, ferner mit einem mit Öl oder Gas beheizten Brenner zum Erwärmen des Wassers im Behälter, der an der Stirnseite einer in den Behälter ragenden, im wesentlichen zylindrischen Brennkammer angeordnet ist, und an die ein Abgasrohr angesetzt ist, daß etwa mittig durch den Behälter zu dessen Oberseite und dort nach außen geführt ist, wobei die Achse des Brenners und die Achse der Brennkammer im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und im Abgasrohr ein Wirbelblech mit zur Oberseite des Behälters hin enger werdenden Knickungen angeordnet ist, wobei im Zuführungsbereich des Brenners eine Abdeckhaube mit gegenüberstehenden Luftschlitzen vorgesehen ist und ein Venturirohr mit einer oberhalb des Venturirohrs angeordneten Gasdüse mit einem Regler vorgesehen sind, wobei das Venturirohr an seiner Unterseite mit dem Brenner verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung beschreibt die US-PS 24 80 657. Die dort vorgesehene direkte Verbindung zwischen der Unterseite des Venturirohres und dem Brenner bringt mit sich, daß der Brenner bei jeder Montage dieser bekannten Vorrichtung durch gesonderte Maßnahmen richtig in Bezug auf das Brennerrohr ausgerichtet werden muß. Bei einer Fehlausrichtung können sich nämlich vom Optimum abweichende Abgaswerte beim Betrieb dieser bekannten Vorrichtung ergeben, was natürlich zu vermeiden ist.

Ausgehend von dieser Vorrichtung liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, diese so auszugestalten, daß auf konstruktiv einfache Weise und mit geringem Arbeitsaufwand sichergestellt ist, daß der Brenner im Abgasrohr seine einmal richtig eingestellte Lage einnimmt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner an die Innenseite einer Haube angeflanscht ist, die das Brennerrohr stirnseitig umgreift und daß die Haube an der Oberseite einen Schlitz aufweist, in den das Venturirohr mündet.

Durch diese Maßnahmen wird auf konstruktiv einfache Weise dafür gesorgt, daß der Brenner stets die gleiche Einbaulage in der Brennkammer einnimmt, so daß die Abgaswerte beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung stets gleichbleibend sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1: eine Seitenansicht des eigentlichen Abgaswirblers;

Fig. 2: eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A von Fig. 1;

Fig. 3: eine Draufsicht auf den Abgaswirbler mit Abgasrohr;

Fig. 4: eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B von Fig. 3;

Fig. 5: in vergrößertem Maßstab den Brenner mit Brennkammer und zugehörigen Bauelementen, wie dieser wärmeisoliert in eine Wand des Behälters eingesetzt ist;

Fig. 6: einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser.

Zunächst sei anhand von Fig. 6 der Gesamtaufbau der Vorrichtung er­ läutert. Sie besteht in ihren wesentlichen Bauelementen aus einem im wesentlichen zylindrischen und aufrecht stehenden Behälter 1, dessen Wand 2 wärmeisoliert ist. Im Behälter 1 befindet sich zu erwärmendes Wasser 3. Dieses wird über einen Einlaß 4 mit einer Armatur in den Behälter 1 eingelassen. Erwärmtes Wasser verläßt den Behälter über einen nicht gezeigten Warmwasserauslaß.

Im Behälter 1 ist ein Brenner 24 angeordnet, und zwar innerhalb einer Brennkammer 23. Die Brennkammer ist mit ihrem einen Ende in der Wand 2 wärmeisoliert befestigt. Sie weist bis über die Mittelachse 5 des Behälters 1 hinaus. Zur Mitte hin ist sie gegenüber der Horizontalen nach oben geneigt angeordnet, so daß anfallendes Kondensat über eine Öffnung aus der Brennkammer 23 nach außen abfließen kann. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.

Kurz vor dem Ende der Brennkammer 23 ist an den die Brennkammer 23 ausbildenden zylindrischen Behälter 6 ein Abgasrohr 20 angeschweißt, so daß die Abgase den Behälter 1 über eine außerhalb des Behälters 1 befindliche Abgas-Strömungssicherung 7 verlassen können.

Im Abgasrohr 20 ist ein Wirbelblech 12 angeordnet, das als längliches, geknicktes Band ausgebildet ist, wobei die Knickungen 22 nach oben immer enger werden. Dies wird im folgenden anhand der Fig. 1-4 näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen das eigentliche Wirbelblech 12. Das Wirbelblech 12 wird mit einem Quersteg 10 über Schweißpunkte 11 an dem Wirbelblech 12 angepunktet und in das Abgasrohr 20 eingehängt. Das Wirbelblech 12 besteht aus einzelnen abgeknickten Abschnitten 13, 14, 15, wobei wesentlich ist, daß der Winkel 16 zwischen aneinanderstoßenden Abschnitten progressiv in Richtung zum Abgasrohrende abnimmt. Die Ver­ brennungsluft strömt daher zunächst in Pfeilrichtung 9 von unten her kommend auf den ersten Abschnitt 13 auf, wo es in Richtung radial auswärts zum Innenumfang des Abgasrohres 20 geleitet wird.

Aufgrund des vorhandenen Kaminzuges wird das Abgas in zwei Teil­ ströme aufgeteilt, nämlich die Teilströme 17 und 18, die um den Abschnitt 13 herumgelenkt werden, während ein dritter Teilstrom 19 entlang oder parallel zur Längsachse des Wirbelbleches auf den nächsten sich daran anschließenden Abschnitt 14 des Wirbelbleches gerichtet ist.

Fig. 3 zeigt die Einbaulage dieses Wirbelbleches in dem Abgasrohr 20, wobei ersichtlich ist, daß die einzelnen Abschnitte 13, 14, 15 im wesentlichen den Querschnitt des Abgasrohres bzw. des Kamins in Form eines Quadrates ausfüllen, wobei an den Seiten freie Abschnitte 21 gebildet werden, durch die der dritte Teilstrom 19 unge­ hindert fließt. Die Kanten des Wirbelbleches 12 berühren etwa den Innenumfang des Abgasrohres 20 (vgl. auch Fig. 3).

Aufgrund der Tatsache, daß im unteren Bereich der Winkel 16 zwischen den einander anstoßenden Blechen oder Abschnitten 13, 14 größer ist, als im oberen Bereich, ist der Strömungswiderstand im unteren Be­ reich für die Abgase nicht so groß, so daß es zu einer günstigen Vermischung der Abgase kommt. Die Abgase werden stets an jeder Knickung 22 in die beschriebenen drei Teilströme aufge­ teilt, wobei aufgrund der progressiven Knickung des Wirbelbleches 12 gewährleistet ist, daß der Kaminzug bzw. der Strömungswiderstand längs des gesamten Wirbelbleches relativ gleich bleibt. Dies beruht auf der Abnahme des spezifischen Volumens des Abgases mit fortschrei­ tender Abkühlung.

Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, daß es also stets eine zu­ verlässige Trennung an jedem Knick jeder Knickung 22 in die drei Teil­ ströme 17, 18, 19 kommt und daß damit eine gute Durchmischung des Abgases gegeben ist, denn die Teilströme werden stets dadurch ge­ bildet, daß von einem mittleren Teilstrom 19 aus, der etwa in der Mitte des Wirbelbleches liegt, die beiden Teilströme 17 und 18 zu den Seiten radial auswärts abgelenkt werden und dann am nächsten Blech wieder zur Mitte hin zugelenkt werden, u.s.f. Dadurch kommt es zu einer ausgezeichneten Vermischung der Abgase auch in radialer Richtung, d. h. ein Temperaturgefälle wird in idealer Weise ver­ mieden.

Fig. 5 zeigt den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser, wo erkennbar ist, daß in der Brennkammer 23 der Brenner 24 angeordnet ist, dessen Längsachse 25 parallel zur Längsachse 26 der Brennkammer 23 liegt. Wichtig ist, daß die Längsachse 25 des Brenners 24 nach unten einen Abstand 27 in Be­ zug zur Längsmittenachse der Brennkammer 27 aufweist, weil hierdurch eine bessere Wärmeverteilung in der Brennkammer 23 gewährleistet ist.

Durch die Flammenschlitze 28 treten die Flammen in radialer Rich­ tung aus, und aufgrund des Abstandes 27 der Längsachse 25 des Brenners 24 in Bezug zur Längsachse 26 der Brennkammer 23 wird also eine bessere Wärmeverteilung erreicht, weil nämlich ein gleichmäßiger Abstand der Flammenspitzen zum Innenumfang der Brennkammer 23 erreicht wird. (Die heißen Brenngase steigen bevorzugt nach oben.)

Der Brenner 24 sitzt mit seiner Hinterseite an einer Haube 29 und greift dort mittels eines Stehbolzens 30 durch eine Bohrung in der Haube hindurch und ist dort mittels einer Mutter 31 gesichert.

Die Haube 29 weist an der Unterseite eine Sekundäröffnung 32 auf, unter­ halb der ein Auffangbecher 33 für das ablaufende Kondensat angeordnet ist, wobei eine Ablauflippe 34 vorgesehen ist, um das ablaufende, tropfenförmige Kondensat in den Auffangbecher 33 einzuleiten.

Der Brenner 24 ist luftschlüssig mit einem Venturi-Rohr 35 verbunden, an dem über einem entsprechenden Montagewinkel 36 eine Zündeinheit 37 angeordnet ist.

Die Haube 29 ist an Ihrer Oberseite werkstoffeinstückig mit zwei einen gegenseitigen Abstand bildenden, parallelen Laschen 38 verbunden, wo­ bei die beiden Laschen 38 durch eine Verbindungsschraube 39 zusammenge­ halten werden. Auf diese Weise ist die Haube 29 auf ein Brennerrohr 40 der Brennkammer 23 aufgeklemmt. In nicht näher dargestellter Weise sind an der Innenseite der Haube 29 noch herausragende Sicken heraus­ gepreßt, die sich an der Stirnfläche des Brennerrohres 40 anle­ gen, um eine axiale Verschiebungssicherung zu gewährleisten. Eine radiale Verschiebungssicherung ist dadurch gegeben, daß das Venturi-Rohr 35 durch einen Schlitz 41 in der Haube 29 hindurchgreift, und zwar so eng, daß es nicht möglich ist, die Haube 29 noch radial zu verdrehen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Brenner 24, der mit der be­ schriebenen Befestigungsvorrichtung mit der Haube 29 verbunden ist, stets die gleiche Einbaulage in der Brennkammer 23 beibehält und damit die Abgaswerte stets gleichbleibend sind.

Das Venturi-Rohr 35 ist mit einem Haltewinkel 42 verbunden, an dessen oberem Ende die Gasdüse 43 und das Zuführungsrohr 44 angesetzt ist.

Gasdüse 43 und Zuführungsrohr 44 gehören zu einem Regler 45, der mit Hilfe von entsprechenden Befestigungsschrauben mit dem Gehäuse des Warmwasserbereiters verbunden ist, und zwar ist die Befestigung dieses Reglers 45 mit dem Gehäuse nur indirekt, nämlich über die Tauchrohrbe­ festigung. Das Tauchrohr 46 ist mit einer Haltemuffe 47 verbunden, die wiederum mit einem Halteflansch 48 verbunden ist. Am Halteflansch 48 sitzen eine Befestigungsschraube 49 für die Befestigung des Reglers 45.

Wichtig ist noch, daß die gesamte Anordnung durch eine vordere Abdeckhaube 50 abgeschlossen ist, die einen oberen Luftschlitz 51 aufweist. Die gesamte Abdeckhaube 50 wirkt als Konvektor. Sie hat einen unteren Luftschlitz 52 und einen oberen Luftschlitz 51, die lediglich in geringfügigem Maße durch den Regelknopf 53 des Reglers 45 verdeckt ist. Aufgrund der Tatsache, daß sich die zwei einander gegenüberliegenden Luftschlitze 51, 52 gegenüberstehen, kommt es zu einem Konvektionseffekt, weil kalte Luft in Pfeilrichtung 54 von unten angesaugt wird und kühlend über die Haube 29 streift und durch den Luftschlitz 51 oben er­ wärmt abgeführt wird.

In Fig. 6 ist nun die Gesamtdarstellung dargestellt. Es ist die gleiche Darstellung wie in Fig. 5, nur ist hier noch ersichtlich, wie das Abgasrohr 20 an der Brennkammer 23 ansitzt.

Es wird nun noch im folgenden ausgeführt, welche optimalen Verhält­ nisse für die Dimensionierung des Wirbelbleches gewählt werden könnten.

Bei einer Länge von 1 m Abgasrohrlänge sind etwa 7-8 Knicke von Wirbelblechen vorgesehen, d. h. also insgesamt 8 Wirbelbleche; bei einer Länge von 1,50 m nimmt man 12 Wirbelbleche; bei einer Länge von 1,70 m würden dann 14 Wirbelbleche verwendet werden.

Der Winkel 16 zwischen den einzelnen Wirbelblechen 12 liegt im unteren Bereich bei etwa 120° und im oberen Bereich bei etwa 40°.

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß die Brennkammer 23 vollständig frei von Einbauten ist, und dadurch wird es vermieden, daß in der Brennkammer 23 selbst schon Strömungswiderstände aufgebaut werden, die störend auf die thermodynamischen Ver­ hältnisse im Abgasrohr 20 wirken. Die Wärmeverteilung in der Brennkammer erfolgt also vorwiegend durch Strahlung, was durch die hohe Flammen­ temperatur von etwa 1000°C zu sehr günstigen Wärmeverteilungen führt. Das Gas tritt mit etwa dieser Temperatur in die Mündung des Abgasrohrs 20 ein und wird dann durch das dort befindliche Wirbelblech entsprechend radial einwärts und auswärts gelenkt, so daß es zu einer ausgezeich­ neten Wärmeverteilung im Abgasrohr 20 kommt und damit zu einer guten Wärmeverteilung auf das das Abgasrohr umgebende Wasser.

Es kommt also stets zu einer radialen Verteilung des Abgases von der Mitte ausgehend, d. h. von der Mittenlängsachse des Abgasrohrs radial zur Innenwand des Abgasrohrs und von dort wiederum radial einwärts geführt bis zur Mitte zurück. Damit - durch die progressive Anordnung der Wirbelbleche - werden die vorher beschriebenen Effekte erreicht, nämlich, daß praktisch über die gesamte Länge ein gleicher Strömungs­ widerstand erzielt wird.

Es ist somit ersichtlich, daß durch die beschriebenen Maßnahmen ein besonders guter Wirkungsgrad erzielt wird. Dazu trägt auch bei die Ab­ kühlung der Außenseite des Brenners über die dort vorgesehenen Ent­ lüftungsschlitze mit Kaminwirkung, die besonders hohe Temperaturen des Brenners erlauben.

Die Vorrichtung ist nicht auf das Erwärmen von Wasser beschränkt. Es können vielmehr beliebige, vorzugsweise flüssige, Medien mit dieser Vorrichtung erwärmt werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser mit einem wärmeisolierten, im wesentlichen zylindrischen Behälter (1) für das Wasser, in das ein Einlaß (4) für Kaltwasser und ein Auslaß für Warmwasser münden, ferner mit einem mit Öl oder Gas beheizten Brenner (24) zum Erwärmen des Wassers im Behälter (1), der an der Stirnseite einer in den Behälter (1) ragenden, im wesentlichen zylindrischen Brennkammer (23) angeordnet ist, und an die ein Abgasrohr (20) angesetzt ist, das etwa mittig durch den Behälter (1) zu dessen Oberseite und dort nach außen geführt ist, wobei die Achse des Brenners (24) und die Achse der Brennkammer (23) im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, im Abgasrohr (20) ein Wirbelblech (12) mit zur Oberseite des Behälters (1) hin enger werdenden Knickungen angeordnet ist, im Zuführungsbereich des Brenners (24) eine Abdeckhaube (50) mit gegenüberstehenden Luftschlitzen (51, 52) und ein Venturirohr (35) mit einer oberhalb des Venturirohres (35) angeordneten Gasdüse (43) mit einem Regler (45) vorgesehen sind, und das Venturirohr (35) an seiner Unterseite mit dem Brenner (24) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (24) an die Innenseite einer Haube (29) angeflanscht ist, die das Brennerrohr (40) stirnseitig umgreift, und daß die Haube (29) an der Oberseite einen Schlitz (41) aufweist, in den das Venturirohr (25) mündet.