DE3700443A1

DE3700443A1 - Heat exchanger for heating furnaces, in particular for high-efficiency furnaces

Info

Publication number: DE3700443A1
Application number: DE19873700443
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Bommer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-11
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1987-07-16
Also published as: DE3700443C2

Abstract

In a heat exchanger for heating furnaces, in particular for high-efficiency furnaces, devices are provided in the tubes for increasing the turbulence of the water flowing through the tubes (10) around which the hot flue gases circulate. These devices are preferably rods (18) installed coaxially in the tubes (10). These rods (18) can also be used as tie rods for connecting pieces (22) that connect adjacent tubes (10) outside the heating furnace wall (12). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Heizkes sel, insbesondere für Brennwertkessel gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger for Heizkes sel, especially for condensing boilers according to the upper Concept of claim 1.

Bei den bisher üblichen Heizkesseln werden die heißen Abgase der Verbrennung an Wärmetauschern auf etwa 150° bis 180°C abgekühlt, so daß das bei der Verbrennung entstehende Wasser dampfförmig mit den Abgasen durch den Schornstein ins Freie abgeführt wird. Bei neueren gas- oder ölbefeuerten Heizkesseln, die als Brennwert kessel bezeichnet werden, erfolgt eine weitere Abküh lung der heißen Abgase auf Temparaturen unter 80°C. Bei diesen Temperaturen kondensiert der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf und schlägt sich an den Wärme tauschern nieder. Die Brennwertkessel ermöglichen eine verbesserte Ausnutzung der Verbrennungswärme einerseits durch die stärkere Abkühlung der Gase und andererseits durch die freiwerdende Kondensationswärme des sich nie derschlagenden Wasserdampfes. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß zusammen mit dem Wasserdampf auch in den Abgasen enthaltene Schadstoffe abgeschieden werden, so daß die ins Freie tretenden Abgase weniger umwelt schädlich sind. In the conventional boilers, they will be called hot Exhaust gases from the combustion at heat exchangers to about 150 ° cooled to 180 ° C, so that during combustion resulting water in vapor form with the exhaust gases the chimney is led outside. With newer ones gas or oil-fired boilers used as a condensing boiler boilers, there is a further cooling the hot exhaust gases at temperatures below 80 ° C. At these temperatures, it condenses in the exhaust gases contained water vapor and strikes the heat exchange. The condensing boilers allow one improved utilization of the heat of combustion on the one hand due to the stronger cooling of the gases and on the other hand due to the heat of condensation that is never released the striking water vapor. In addition there is the advantage that together with the water vapor in the pollutants contained in the exhaust gases are separated, so that the exhaust gases released into the environment are less environmentally are harmful.

Um insbesondere bei Brennwertkesseln eine ausreichend niedrige Temperatur an den in Strömungsrichtung der Abgase letzten Wärmetauscherflächen zu erhalten, ist es erforderlich, eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf einzuhalten, beispiels weise bei Radiatoren-Heizungen ein Temperaturverhältnis von 80°C/40°C oder bei Warmwasserbereitung ein Verhältnis von 80°C/30°C. Diese große Temperatur differenz zwischen Vorlauf und Rücklauf bedeutet, daß bei Brennwertkesseln mit verhältnismäßig geringen durchströmenden Mengen des Wärmeträgerfluids, in der Regel Wasser, gearbeitet werden muß. Daraus resultieren geringe Strömungsgeschwindigkeiten des Wärmeträger fluids in den Rohren des Wärmetauschers, so daß sich in diesen eine laminare Strömung ausbildet. Diese lami nare Strömung hat eine Grenzschicht minimaler Strö mungsgeschwindigkeit an der Innenwand der Rohre zur Folge, die eine schlechte Wärmeübertragung an den in der Rohrmitte fließenden Strömungskern höherer Ge schwindigkeit verursacht.To be sufficient, especially with condensing boilers low temperature at the in the direction of flow Exhaust gases to get past heat exchanger surfaces is required the highest possible temperature difference between flow and return, for example show a temperature ratio for radiator heaters of 80 ° C / 40 ° C or with hot water preparation Ratio of 80 ° C / 30 ° C. This great temperature difference between forward and reverse means that for condensing boilers with relatively low flowing amounts of the heat transfer fluid in the Usually water that needs to be worked. Result from it low flow rates of the heat transfer medium fluids in the tubes of the heat exchanger, so that in this forms a laminar flow. This lami nare flow has a boundary layer of minimal flows speed on the inner wall of the pipes Episode that has poor heat transfer to the in the center of the flowing flow core of higher Ge causes dizziness.

Bei den in Strömungsrichtung der heißen Abgase ersten Rohren des Wärmetauschers, bei denen die Abgase noch die hohe Flammentemperatur aufweisen, reicht die Wärme übertragung infolge der Grenzschicht nicht aus, was zu einer Überheizung des Wassers in der Grenzschicht mit Bildung von Dampfblasen führen kann. An den in Strö mungsrichtung letzten Rohren des Wärmetauschers, an denen die Abgase weiter unter den Taupunkt abgekühlt werden, wird nur noch eine relativ geringe Wärmemenge an den Wärmetauscher abgegeben. Das durchströmende Wasser wird daher infolge der schlechten Wärmeüber tragung in der Grenzschicht zum mittigen Strömungskern nur noch wenig erwärmt. Die letzten Rohre des Wärmetau schers können daher im allgemeinen nur noch zum Vor wärmen des von den Heizkörpern zurückfließenden Rück laufwassers benutzt werden. Wird die benötigte Heiz wassermenge z. B. in der Übergangszeit noch geringer, so verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Wärmetau schers insbesondere an diesen letzten Rohren noch weiter.The first in the direction of flow of the hot exhaust gases Pipes of the heat exchanger where the exhaust gases are still the high flame temperature, the heat is enough transfer due to the boundary layer does not indicate what to overheating of the water in the boundary layer Formation of vapor bubbles can result. At the in Strö direction of the last tubes of the heat exchanger where the exhaust gases cooled further below the dew point only a relatively small amount of heat delivered to the heat exchanger. The flowing through Water is therefore due to the poor heat bearing in the boundary layer to the central flow core only a little warmed up. The last pipes of the heat rope Schers can therefore generally only go ahead warm the back flowing back from the radiators running water can be used. If the required heating amount of water z. B. even lower in the transition period, this reduces the efficiency of the heat rope schers especially on these last pipes continue.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme tauscher der eingangs genannten Gattung so zu verbes sern, daß das durchströmende Wärmeträgerfluid auch bei geringen Durchflußmengen insbesondere auch an den letzten Rohren noch wirksam erwärmt wird.The invention has for its object a heat exchanger of the type mentioned at the beginning Ensure that the heat transfer fluid flowing through also low flow rates, especially at the last tubes is still heated effectively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.This object is achieved by the Features of the characterizing part of the claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are shown in specified in the subclaims.

In einem von einer Flüssigkeit durchströmten Rohr bil det sich bei nicht zu hoher Strömungsgeschwindigkeit in der Regel eine laminare Strömung etwa parabelförmiger Geschwindingkeitsverteilung aus. In der Mitte des Rohr querschnittes bildet sich eine Kernströmung höherer Geschwindigkeit, während an den Innenwänden des Rohres durch Reibung eine Grenzschicht geringer Strömungsge schwindigkeit auftritt. Besteht bei einem herkömmlichen Wärmetauscherrohr bei geringeren Durchflußmengen eine laminare Strömung, so wird der mit höherer Ge schwindigkeit in der Rohrmitte strömende Wasseranteil nur unwesentlich erwärmt, und die Erwärmung betrifft nur den geringeren Wasseranteil in der Grenzschicht entlang der Rohrwandung. Erfindungsgemäß wird dagegen die Turbulenz des durchströmenden Wassers stark erhöht, so daß sich auch bei geringen Durchflußmengen keine laminare Strömung ausbilden kann. Das gesamte durch strömende Wasser kommt daher turbulent mit der Rohrin nenwand in Berührung und wird erwärmt. Es ergibt sich somit auch bei geringen Durchflußmengen und bei einer geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Rohr und dem durchströmenden Wasser ein verbesserter Wärmetausch und dadurch einerseits eine stärkere Erwärmung des durch strömenden Wassers und andererseits eine stärkere Ab kühlung der heißen Abgase.In a pipe through which a liquid flows detects when the flow velocity is not too high usually a laminar flow approximately parabolic Speed distribution. In the middle of the pipe cross-section, a core flow of higher forms Speed while on the inner walls of the pipe due to friction a boundary layer of low flow dizziness occurs. Consists of a conventional one Heat exchanger tube with lower flow rates laminar flow, so the higher Ge water flowing in the middle of the pipe warmed only marginally, and affects the warming only the lower water content in the boundary layer along the pipe wall. According to the invention the turbulence of the water flowing through greatly increases, so that even at low flow rates none can form laminar flow. The whole through flowing water therefore comes turbulently with the pipe wall and is heated. It follows thus even with low flow rates and at one low temperature difference between the pipe and the flowing water an improved heat exchange and this on the one hand increases the warming of the flowing water and on the other hand a stronger Ab cooling of the hot exhaust gases.

Vorzugsweise wird die Erhöhung der Turbulenz durch ei nen in das Rohr koaxial eingesetzten Körper bewirkt, der den Innenquerschnitt des Rohres verengt und nur einen ringförmigen Durchtrittsspalt an der Innenwand des Rohres freiläßt. Das gesamte durchströmende Wasser wird dadurch zwangsweise entlang der Innenwand des Rohres geführt, wobei die Querschnittsverengung die Ausbildung einer laminaren Strömung verhindert. Es wird aber nicht nur erreicht, daß das durchströmende Wasser vollständig in wärmetauschende Berührung mit der Rohr innenwand kommt. Es kann ausserdem aufgrund der Quer schnittsverengung auch der Wasserdurchsatz durch das Rohr reduziert werden, ohne daß die Querschnitts verengung zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindig keit des Wassers führt, so daß die mittlere Berührungs dauer des Wassers mit der Rohrinnenwand gleichbleibt oder sogar noch vergrößert werden kann. Es kann also erfindungsgemäß eine kleinere Wassermenge durch die Rohre des Wärmetauschers geleitet werden, wobei diese geringe Wassermenge vollständig turbulent mit der Innenwand des Rohres in Berührung kommt. Die turbulente Strömung entlang der Rohrinnenwand bewirkt eine gute Wärmeabfuhr von dem Rohr, was zu einer guten Abkühlung der Abgase insbesondere auch an den letzten Rohren des Wärmetauschers und damit zu einer guten Energieausnut zung führt. Der geringe Wasserdurchsatz hat zur Folge, daß das Wasser trotz der verhältnismäßig geringen Tem peratur der Abgase im Bereich der letzten Rohre des Wärmetauschers noch ausreichend erwärmt wird, um z.B. für eine Niedertemperaturheizung oder für eine Kaltwas serschicht eines Warmwasser-Schichtenspeichers verwen det werden zu können.The increase in turbulence by ei causes a body inserted coaxially into the tube, which narrows the inner cross section of the pipe and only an annular passage gap on the inner wall of the pipe. All the water flowing through is thereby forcibly along the inner wall of the Pipe guided, the narrowing of the cross section Formation of a laminar flow prevented. It will but not only achieved that the water flowing through completely in heat exchange contact with the pipe inside wall comes. It can also be due to the cross cut narrowing also the water flow through the Pipe can be reduced without reducing the cross section narrowing to an increase in flow rate speed of the water leads, so that the middle touch duration of the water remains the same with the inner pipe wall or can even be enlarged. So it can according to the invention a smaller amount of water through the Pipes of the heat exchanger are passed, this small amount of water completely turbulent with the Inner wall of the tube comes into contact. The turbulent Flow along the inside wall of the pipe causes a good one Heat dissipation from the pipe, resulting in good cooling the exhaust gases, especially on the last pipes of the Heat exchanger and thus a good use of energy tongue leads. The low water throughput means that the water despite the relatively low tem temperature of the exhaust gases in the area of the last pipes of the Heat exchanger is still sufficiently heated, e.g. for a low temperature heating or for a cold water layer of a hot water stratified storage tank to be able to be det.

Der in die Rohre eingesetzte Körper ist zweckmäßiger weise ein sich über die gesamte axiale Länge des Rohres erstreckender Stab. Dieser Stab kann z.B. mittels radi aler Distanzstützen koaxial oder auch exzentrisch in dem Rohr gehalten werden. In einer zweckmäßigen Ausge staltung kann der axial durchgehende Stab auch über die Enden der Rohre hinausgeführt sein und als Zuganker für Verbindungsteile dienen, die ausserhalb der Kesselwand die nebeneinanderliegenden Rohre miteinander verbinden.The body inserted into the pipes is more appropriate wise over the entire axial length of the tube extending rod. This rod can e.g. by means of radi aler distance supports coaxial or eccentric in the pipe are held. In a convenient Ausge staltung can the axially continuous rod also on the The ends of the pipes can be led out and as a tie rod for Connecting parts serve outside the boiler wall connect the pipes next to each other.

Um die Turbulenz an der Innenwand der Rohre weiter zu verstärken, kann diese Innenwand außerdem eine rauhe Struktur oder in Umfangsrichtung oder axial verlaufende Rillen aufweisen.To further increase the turbulence on the inner wall of the pipes reinforce, this inner wall can also be a rough Structure or circumferential or axial Have grooves.

Die in Strömungsrichtung der Abgase letzten Rohren des Wärmetauschers, an denen der Wasserdampf der Abgase mit den aggressiven Schadstoffen niedergeschlagen wird, bestehen vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material oder weisen eine korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtung auf. Die Rohre können bei spielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aus Edel stahl oder aus emailliertem Gußeisen oder Stahl bestehen.The last pipes of the exhaust gas in the direction of flow Heat exchanger on which the water vapor of the exhaust gases the aggressive pollutants are put down, preferably consist of a corrosion-resistant Material or have a corrosion resistant Surface coating on. The tubes can be for example from a ceramic material, from precious steel or enamelled cast iron or steel consist.

Weiter können die Rohre als an ihrer Aussenfläche glat te Rohre mit vorzugweise rundem Querschnitt ausgebildet sein, wenn durch eine ausreichend dichte Anordnung der Rohre mit geringem gegenseitigem Abstand gewährleistet ist, daß die heißen Abgase in ausreichendem Maße in turbulenter Strömung mit den Rohroberflächen in Berüh rung kommen. Ebenso können die Rohre an ihrem Aussen umfang radiale oder axiale Rippen und/oder Noppen auf weisen, die die Wärmetauscheroberfläche für die vorbei strömenden heißen Abgase vergrößern und deren Turbulenz verstärken. Auch diese Rippen müssen aus einem korro sionsbeständigen Material bestehen. Sie können eben falls aus einem keramischen Werkstoff, aus Edelstahl oder emailliertem Gußeisen oder Stahl bestehen.Furthermore, the tubes can be as smooth on their outer surface te pipes with preferably round cross-section be if by a sufficiently dense arrangement of the Pipes with a small mutual distance guaranteed is that the hot exhaust gases are sufficiently in turbulent flow with the pipe surfaces in come. Likewise, the pipes can be on the outside circumferential radial or axial ribs and / or knobs point out the heat exchanger surface for the past flowing hot exhaust gases increase and their turbulence reinforce. These ribs must also be made of a corro sion-resistant material. You can if made of a ceramic material, stainless steel or enamelled cast iron or steel.

Die Rohre des Wärmetauschers werden im allgemeinen in Reihe miteinander verbunden und im Gegenstrom zu den Abgasen von dem Wärmeträgerfluid durchströmt. Die Ver bindung der nacheinander durchströmten Rohre erfolgt mittels Verbindungsteilen, die ggf. durch die als Zug anker ausgebildeten, Turbulenz erzeugenden Stäbe an die Rohre angeschlossen werden.The tubes of the heat exchanger are generally in Series connected with each other and in counterflow to the Exhaust gases flowing through the heat transfer fluid. The Ver binding of the flowed through pipes takes place by means of connecting parts, if necessary by the train anchor trained, turbulence generating rods to the Pipes are connected.

Die Verbindungsteile können U-förmige Rohre sein, die an die durch die Wand des Heizkessels hindurchgeführten Rohre des Wärmetauschers angeschlossen und z. B. mit tels der Zuganker an diesen gehalten werden. Bestehen die Rohre des Wärmetauschers aus einem sprödem Mate rial, insbesondere aus keramischem Material, so werden die Verbindungsteile vorzugsweise ohne axialen Druck an den Rohren des Wärmetauschers festgelegt. Die Abdich tung der Stoßfuge zwischen den Rohren und den Verbin dungsteilen wird vorzugsweise durch eine am Umfang anliegende elastische Dichtung bewirkt, die von einem Stützring umschlossen ist. Wegen der Abdichtung am Außenumfang setzt diese Art der Verbindung einen ge wissen Mindestabstand zwischen den Rohren des Wärme tauschers voraus. Diese Art der Verbindung kann daher insbesondere bei Rohren mit äußeren Rippen eingesetzt werden.The connecting parts can be U-shaped tubes to those led through the wall of the boiler Pipes of the heat exchanger connected and z. B. with the tie rods are held on them. Consist the tubes of the heat exchanger from a brittle mate rial, in particular made of ceramic material the connecting parts preferably without axial pressure the tubes of the heat exchanger. The Abdich the butt joint between the pipes and the connection Manure sharing is preferably done by a circumference adjoining elastic seal caused by a Support ring is enclosed. Because of the sealing on This type of connection uses an outer circumference know minimum distance between the pipes of heat exchange ahead. This type of connection can therefore used especially in pipes with outer fins will.

Für die in Strömungsrichtung der Abgase letzten Rohre des Wärmetauschers, die insbesondere korrosionsbestän dig sein müssen, eignen sich vorzugsweise Rohre aus keramischen Material oder aus emailliertem Guß. Die Herstellung von Rohren mit Außenrippen aus diesen Mate rialien bereiten technische Schwierigkeiten, so daß glatte Rohre mit rundem Außenumfang bevorzugt werden. Diese müssen jedoch in einem geringen gegenseitigen Abstand angeordnet sein, um eine ausreichende Turbulenz und Berührung der durchströmenden Gase zu erreichen. In diesem Fall ist das Verbindungsteil vorzugsweise als ein auf der Außenseite der Wand des Heizkessels ange ordneter Block ausgebildet, der Bohrungen aufweist, in welche die Rohre des Wärmetauschers eingesetzt werden. Auf der von den Rohren abgewandten Rückseite des Blok kes sind Ausnehmungen vorgesehen, die die Bohrungen je weils in der gewünschten Weise miteinander verbinden und durch einen Deckel abgeschlossen werden. Die Ab dichtung der Rohre kann auch hier ausschließlich radial zwischen den Rohren und den Bohrungen des Blockes be wirkt werden, so daß keine axialen Druckkräfte auf das Rohr ausgeübt werden. Es können mit diesem Verbindungs teil Abstände der Rohre von 2-10 mm erreicht werden. Die besten Strömungsverhältnisse für die Abgase ergeben sich nach Versuchen bei einem Abstand der Rohre von ca. 4 mm.For the last pipes in the direction of flow of the exhaust gases of the heat exchanger, which is particularly corrosion-resistant pipes must be suitable ceramic material or enamelled cast. The Manufacture of tubes with outer fins from these mate rialien cause technical difficulties, so that smooth tubes with a round outer circumference are preferred. However, these must be in a slight mutual Spaced to provide sufficient turbulence and touching the flowing gases. In in this case the connecting part is preferably as one on the outside of the wall of the boiler ordered block, which has holes in which the tubes of the heat exchanger are used. On the back of the blok facing away from the pipes kes recesses are provided, the holes depending because connect with each other in the desired way and be closed by a lid. The Ab Here, too, the pipes can only be sealed radially be between the tubes and the holes of the block act, so that no axial pressure forces on the Pipe can be exercised. It can be connected with this some distances between the pipes of 2-10 mm can be achieved. The best flow conditions for the exhaust gases result after tests with a distance of approx. 4 mm.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention is based on in Drawing illustrated embodiments closer explained. Show it

Fig. 1 einen Axialschnitt der Enden zweier Rohre eines Wärmetauschers mit einem Verbin dungsteil, Fig. 1 shows an axial section of the ends of two pipes of a heat exchanger with a dung Verbin part,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Rohr eines Wärmetauschers, Fig. 2 shows a cross section through a tube of a heat exchanger,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Rohr eines Wärmetauschers, Fig. 3 shows a longitudinal section through a tube of a heat exchanger,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Aus führungsform des Rohres, Fig. 4 shows a cross section through a further implementation form of the tube,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Ausführungs form mit rechteckigem Rohr, Fig. 5 is a cross-sectional view of an execution form of a rectangular tube,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Ver bindungsteils von der Rückseite und Fig. 6 shows another embodiment of a United connecting part from the back and

Fig. 7 einen Schnitt durch das Verbindungsteil der Fig. 6 gemäß der Linie B-B. Fig. 7 shows a section through the connecting part of FIG. 6 along the line BB .

Der Heizkessel weist eine Gas- oder Ölfeuerung auf. Die heißen Abgase dieser Feuerung werden durch einen Wärme tauscher geleitet, der aus einem Register von Rohren besteht, die den Innenraum des Heizkessels durchsetzen. Zumindest die in Strömungsrichtung der Abgase letzten Rohre des Wärmetauschers weisen eine Vorrichtung zur Erhöhung der Turbulenz des durch die Rohre strömenden Wassers auf, wie sie nachfolgend beschrieben wird.The boiler has gas or oil firing. The hot exhaust gases from this furnace are caused by heat exchanger passed from a register of pipes exists that penetrate the interior of the boiler. At least the last ones in the direction of flow of the exhaust gases Pipes of the heat exchanger have a device for Increasing the turbulence of the flowing through the pipes Water as described below.

Die Rohre 10 sind in den Heizkessel eingesetzt und füh ren von einer Wand 12 des Heizkessels quer durch dessen Innenraum zur gegenüberliegenden Wand. Die Rohre 10 ha ben einen kreisförmigen Querschnitt (Fig. 1-4 und 6-7). Es sind ebenso aber auch andere Querschnittsformen mög lich, z. B. der in Fig. 5 gezeigte rechteckige Quer schnitt. Die Rohre 10 bestehen aus einem keramischen Werkstoff, emailliertem Gußeisen, Edelstahl oder email liertem Stahl. Die Rohre können eine glatte äussere Man telfläche aufweisen, wie dies in Fig. 1 bei dem unte ren Rohr und in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Ebenso können die Rohre an ihrem Aussenumfang Rippen 14 auf weisen, die die Wärmetauschfläche für die vorbeiströ menden heißen Abgases vergrößern. Diese Rippen 14 können in Umfangsrichtung verlaufen (Fig. 1, 2, 3 und 5) oder in axialer Richtung (Fig. 4). Die Rippen 14 können ein stückig mit dem Rohr 10 ausgebildet sein (Fig. 3, 4 und 5) oder auf das Rohr 10 aufgeschoben sein. Das Auf schieben der Rippen 14, wie dies in Fig. 1 bei dem oberen Rohr 10 und in Fig. 2 dargestellt ist, hat ins besondere bei Verwendung eines keramischen Werkstoffes für das Rohr 10 und die Rippen 14 herstellungstechni sche Vorteile. Sind die Rippen 14 auf das Rohr 10 auf geschoben, so kann ein axial verlaufender Steg 16 auf der Aussenseite des Rohres 10 dazu dienen, die Rippen 14 verdrehfest zu halten. Ebenso ist ein von der Kreis form abweichender Querschnitt des Rohres 10 geeignet, eine Verdrehung der aufgeschobenen Rippen 14 zu verhin dern. Eine weitere Vergrößerung der Oberfläche kann durch auf den Rippen 14 oder auf der Oberfläche des Rohres 10 ausgebildete Noppen 46 erzielt werden, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Diese bewirken außerdem eine zusätzliche vorteilhafte Verwirbelung der durchströmenden Abgase.The tubes 10 are inserted into the boiler and lead ren from a wall 12 of the boiler across its interior to the opposite wall. The tubes 10 ha ben a circular cross section ( Fig. 1-4 and 6-7). However, other cross-sectional shapes are also possible, e.g. B. the rectangular cross section shown in Fig. 5. The tubes 10 consist of a ceramic material, enamelled cast iron, stainless steel or enameled steel. The tubes can have a smooth outer man telfläche, as shown in Fig. 1 for the lower tube and in Figs. 6 and 7. Likewise, the tubes can have fins 14 on their outer circumference, which increase the heat exchange surface for the hot exhaust gas flowing past. These ribs 14 can extend in the circumferential direction ( FIGS. 1, 2, 3 and 5) or in the axial direction ( FIG. 4). The ribs 14 can be formed in one piece with the tube 10 ( FIGS. 3, 4 and 5) or pushed onto the tube 10 . The slide on the ribs 14 , as shown in FIG. 1 for the upper tube 10 and in FIG. 2, has manufacturing advantages in particular when using a ceramic material for the tube 10 and the ribs 14 . If the ribs 14 are pushed onto the tube 10 , an axially extending web 16 on the outside of the tube 10 can serve to hold the ribs 14 in a rotationally fixed manner. Likewise, a cross-section of the tube 10 deviating from the circular shape is suitable for preventing the twisted ribs 14 from twisting. A further enlargement of the surface can be achieved by knobs 46 formed on the ribs 14 or on the surface of the tube 10 , as is indicated in FIG. 3. These also cause an additional advantageous swirling of the exhaust gases flowing through.

In die Rohre 10 ist ein axial durchgehender Stab 18 eingesetzt. Zwischen dem Stab 18 und der Innenwand des Rohres 10 bleibt ein ringförmiger Durchtrittsspalt für das durchströmende Wasser frei. Der Durchmesser des Stabes 18 und damit der freie Durchtrittsquerschnitt des Durchtrittsspaltes 20 werden im wesentlichen nach der durchschnittlichen Temperaturdifferenz zwischen den das Rohr umströmenden Abgasen und dem durch das Rohr strömenden Wasser sowie der gewünschten Durchflußmenge und Temperatur des Wassers bestimmt.An axially continuous rod 18 is inserted into the tubes 10 . Between the rod 18 and the inner wall of the tube 10 , an annular passage gap for the water flowing through remains free. The diameter of the rod 18 and thus the free passage cross section of the passage gap 20 are essentially determined by the average temperature difference between the exhaust gases flowing around the tube and the water flowing through the tube and the desired flow rate and temperature of the water.

Der Stab 18 ist im allgemeinen koaxial in das Rohr 10 eingesetzt. Ggf. kann der Stab 18 aber auch exzentrisch eingesetzt sein, wie dies in Fig. 3 im mittleren Be reich dargestellt ist. Dadurch ergibt sich eine stärke re Verengung des Durchtrittsspaltes 20 und damit eine stärkere Turbulenz des durchströmenden Wassers in dem zuerst mit den heißen Abgasen in Berührung kommenden Bereich der Rohre 10.The rod 18 is generally coaxially inserted into the tube 10 . Possibly. the rod 18 can also be used eccentrically, as shown in Fig. 3 in the middle Be rich. This results in a stronger re-narrowing of the passage gap 20 and thus a greater turbulence of the water flowing through in the area of the pipes 10 which comes into contact with the hot exhaust gases first.

Weicht der Querschnitt der Rohre 10 von der Kreisform ab, wie z. B. bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungs beispiel, so weist der Stab 18 im allgemeinen ebenfalls diese abweichende Querschnittsform auf, so daß der Durchtrittsspalt 20 eine etwa gleiche Breite längs des gesamten Umfangs hat.If the cross section of the tubes 10 deviates from the circular shape, such as. Example, in the embodiment shown in Fig. 5, the rod 18 generally also has this different cross-sectional shape, so that the passage gap 20 has an approximately equal width along the entire circumference.

Eine zusätzliche Verstärkung der Turbulenz des durch strömenden Wassers kann dadurch erzielt werden, daß die Innenwand der Rohre 10 Unebenheiten aufweist. Diese können in einer rauhen Oberfläche bestehen. Es können auch Rillen 42 vorgesehen sein, die wie in Fig. 3 ge zeigt, in Umfangsrichtung verlaufen. Diese Rillen 42 können sich über die gesamte axiale Länge des Rohres 10 verteilen, so daß sich eine gewellte Innenoberfläche ergibt. Die Rillen 42 können aber auch nur an der In nenseite der Rippen 14 vorgesehen sein, was sich bei Gußrohren wegen der geringeren Unterschiede der Wand stärke im Bereich der Rippen 14 vorteilhaft auswirkt. Es können auch in axialer Richtung verlaufende Rillen 44 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 4 oben gezeigt ist. Diese Form der Rillen 44 eignet sich insbesondere für stranggepreßte Rohre 10, wobei den Rillen 44 in der Innenwand axial verlaufende Stege 48 an der Außenober fläche des Rohres 10 entsprechen können. An additional increase in the turbulence of the water flowing through can be achieved in that the inner wall of the tubes has 10 bumps. These can have a rough surface. Grooves 42 can also be provided which, as shown in FIG. 3, extend in the circumferential direction. These grooves 42 can be distributed over the entire axial length of the tube 10 , so that there is a corrugated inner surface. The grooves 42 can also be provided only on the inside of the ribs 14 , which is advantageous in cast pipes because of the smaller differences in the wall thickness in the region of the ribs 14 . Grooves 44 extending in the axial direction can also be provided, as shown in FIG. 4 above. This shape of the grooves 44 is particularly suitable for extruded tubes 10 , the grooves 44 in the inner wall axially extending webs 48 on the outer surface of the tube 10 can correspond.

Die Stäbe 18 können in den Rohren 10 durch radiale Di stanzstützen 50 gehalten sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. In einer anderen Ausführung sind die Stäbe 18 axial über die Enden der Rohre 10 hinausge führt und dort in ihrer radialen Lage befestigt.The rods 18 can be held in the tubes 10 by radial di punch supports 50 , as shown in FIG. 4. In another embodiment, the rods 18 are axially beyond the ends of the tubes 10 and are fastened there in their radial position.

In Fig. 1 ist gezeigt, wie die Stäbe 18 zusätzlich als Zuganker für Verbindungsteile 22 benachbarter Rohre 10 verwendet werden können. Die Rohre 10 sind mit einem kurzen Ansatz durch die Wand 12 des Heizkessels heraus geführt. Zwei benachbarte Rohre 10 werden durch ein U-förmiges Verbindungsteil 22 miteinander verbunden, das mit seinen beiden Enden stumpf fluchtend auf die herausragenden Ansätze der Rohre 10 aufgesetzt wird. Die Stäbe 11 sind durch das Verbindungsteil 22 hin durchgeführt und stossen mit einem Gewindeansatz 56 aus diesem Verbindungsteil 22 heraus. Mittels auf diese Gewindeansätze 56 aufgeschraubter Muttern kann das Verbindungsteil 22 an den Rohren 10 festgelegt werden. Bestehen die Rohre 10 aus einem spröden keramischen Material, so wird durch diese Zuganker keine starke axiale Spannung erzeugt, um ein Brechen der spröden Rohre 10 zu verhindern. Die Abdichtung zwischen den Rohren 10 und dem Verbindungsteil 22 erfolgt in diesem Falle durch ringförmige elastische Dichtungen 24, die jeweils durch einen sie umschließenden Stützring 26 abdichtend auf der Stoßfuge gehalten werden.In Fig. 1 it is shown how the rods 18 can additionally be used as tie rods for connecting parts 22 of adjacent pipes 10 . The tubes 10 are led out with a short approach through the wall 12 of the boiler. Two adjacent tubes 10 are connected to one another by a U-shaped connecting part 22 , which is butt-flush aligned with its two ends on the protruding projections of the tubes 10 . The rods 11 are passed through the connecting part 22 and project out of this connecting part 22 with a threaded projection 56 . By means of nuts screwed onto these threaded attachments 56 , the connecting part 22 can be fixed on the tubes 10 . If the tubes 10 consist of a brittle ceramic material, no strong axial tension is generated by these tie rods in order to prevent the brittle tubes 10 from breaking. The sealing between the tubes 10 and the connecting part 22 takes place in this case by annular elastic seals 24 , which are each held sealingly on the butt joint by a support ring 26 surrounding them.

In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungs beispiel eines Verbindungsteils gezeigt, das sich besonders eignet für Rohre 10 des Wärmetauschers mit glatter Außenoberfläche, die in geringem gegenseitigem Abstand von 2-8 mm angeordnet sind. Die durch die Wand 12 des Heizkessels herausragenden Ansätze der Rohre 10 sind in Bohrungen 28 eines Blockes 30 einge setzt, der außen an der Wand 12 des Heizkessels ange ordnet ist. Die Bohrungen 28 sind durch den Block 30 hindurchgeführt und auf der den Rohren 10 abgewandten Seite durch Ausnehmungen 32 in der Weise miteinander verbunden, wie dies für die Rohre 10 gewünscht ist. Auf die von den Rohren 10 abgewandte Rückseite des Blockes 30 ist ein Deckel 34 aufgesetzt, der sämtliche Ausneh mungen 32 gemeinsam überdeckt und durch einen alle Ausnehmungen 32 gemeinsam umschließenden Rundschnur- Dichtungsring 36 gegen den Block 30 abgedichtet ist. Die Zulauf- und Ablauf-Anschlüsse 58 des Wärmetauschers sind durch den Deckel 34 hindurchgeführt. Der Deckel 34 kann, wie dies für das mittlere Rohr 10 in Fig. 7 ge zeigt ist, konzentrisch zu den Bohrungen 28 und damit zu den eingesetzten Rohren 10 Bohrungen 38 aufweisen, durch welche die Stäbe 18 als Zuganker mit Gewinde ansätzen 56 hindurchstoßen, auf welche Muttern aufge schraubt werden. Auf diese Weise können die Blöcke 30 mit den Deckeln 34 auf beiden Seiten des Heizkessels mittels der als Zuganker dienenden Stäbe 18 miteinander verspannt und an der Wand 12 des Heizkessels festgelegt werden. Falls die Stäbe 18 nicht als Zuganker dienen, sondern durch Distanzstützen 50 gehalten werden, wie dies für die beiden äußeren Rohre 10 in Fig. 7 gezeigt ist, wird der Block 30 mittels Schrauben 52 an der Wand 12 des Heizkessels festgelegt.In Figs. 6 and 7 is another execution example of a connecting portion shown that is particularly suitable for tubes 10 of the heat exchanger with a smooth outer surface, which are arranged mm in a small mutual distance of 2-8. The through the wall 12 of the boiler protruding approaches of the tubes 10 are inserted into bores 28 of a block 30 , which is arranged on the outside of the wall 12 of the boiler. The bores 28 are passed through the block 30 and are connected to one another on the side facing away from the tubes 10 by recesses 32 in the manner desired for the tubes 10 . On the side facing away from the tubes 10 of the rear block 30, a cover 34 is attached, which all rules Ausneh 32 together covers and is sealed by a common enclosing all of the recesses 32 round cord sealing ring 36 against the block 30th The inlet and outlet connections 58 of the heat exchanger are passed through the cover 34 . The lid 34 can, as is shown for the middle tube 10 in Fig. 7 ge, concentric with the bores 28 and thus with the inserted tubes 10 bores 38 , through which the rods 18 as tie rods with threads 56 pass through which nuts are screwed on. In this way, the blocks 30 can be clamped together with the lids 34 on both sides of the boiler by means of the rods 18 serving as tie rods and fixed to the wall 12 of the boiler. If the rods 18 do not serve as tie rods, but are held by spacer supports 50 , as shown for the two outer tubes 10 in FIG. 7, the block 30 is fixed to the wall 12 of the boiler by means of screws 52 .

Auch bei dieser Ausführungsform des Verbindungsteils wird auf die Rohre 10 kein axialer Druck ausgeübt, der zu einer Bruchbelastung des spröden keramischen Mate rials führen könnte. Die Rohre 10 sind in axialer Richtung druckfrei in die Bohrungen 28 eingesetzt und nur radial durch Manschetten-Dichtungen 40 oder O- Ring-Dichtungen 54 gegen den Block 30 und die Wand 12 des Heizkessels abgedichtet. Die Dichtungen 40 bzw. 54 werden beim Anpressen des Blockes 30 gegen die Wand 12 axial gestaucht und dichten das Rohr 10 und die Durch trittsöffnung der Wand 12 sowohl abgasseitig als auch wasserseitig ab. Die Dichtungen 40 bzw. 54 sind von dem wassergekühlten Block 30 umschlossen und dadurch ther misch nicht stark beansprucht. Anstelle der Dichtungen 40 bzw. 54 kann auch ein elastischer dichtender Kleb stoff verwendet werden.In this embodiment of the connecting part, no axial pressure is exerted on the tubes 10 , which could lead to a breaking load of the brittle ceramic material. The tubes 10 are inserted in the bores 28 without pressure in the axial direction and are only sealed radially by means of sleeve seals 40 or O-ring seals 54 against the block 30 and the wall 12 of the boiler. The seals 40 and 54 are compressed axially when pressing the block 30 against the wall 12 and seal the tube 10 and the passage opening of the wall 12 both on the exhaust gas side and on the water side. The seals 40 and 54 are enclosed by the water-cooled block 30 and therefore not thermally stressed ther. Instead of the seals 40 and 54 , an elastic sealing adhesive can also be used.

Claims

1. Heat exchanger for boilers, in particular for condensing boilers, with the hot exhaust gases flowing around them and water or another heat-carrying fluid flowing through pipes, characterized in that devices for increasing the turbulence of the flowing water are provided in the pipes ( 10 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the means for increasing the Turbu lenz in the tubes ( 10 ) are used bodies that narrow the inner cross section of the tubes ( 10 ) to a substantially annular passage gap ( 20 ).

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the bodies extend axially over the entire length of the tubes ( 10 ) exposed to the hot exhaust gases.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the bodies in the tubes ( 10 ) in wesentli Chen coaxially inserted rods ( 18 ).

5. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes ( 10 ) by outside of the Heizkes selwand ( 12 ) arranged connecting parts which connect to the tubes ( 10 ) without axial pressure, mitein are connected.

6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the connecting parts ( 22 ) with pipe socket butt connect to the pipes ( 10 ) and the butt joint is covered by an outer circumferential elastic seal ( 24 ), which on its outer circumference of a support ring ( 26 ) is enclosed.

7. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the connecting part has a block ( 30 ) with bores ( 28 ) into which the tubes ( 10 ) are inserted, that the bores ( 28 ) on which the tubes ( 10 ) facing away side are connected to each other by recesses (32) and that the Ausneh rules (32) are closed by a cover (34).

8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the tubes ( 10 ) are sealed on their circumference against the bores ( 28 ).

9. Heat exchanger according to claim 7 or 8, characterized in that the cover ( 34 ) is sealed against the block ( 30 ) by a seal ( 36 ) surrounding all recesses ( 32 ).

10. Heat exchanger according to claim 4 and one of Ansprü che 5 to 9, characterized in that the rods ( 18 ) protrude axially beyond the ends of the tubes ( 10 ) and serve as tie rods for the connecting parts that the different tubes ( 10 ) of Connect the heat exchanger together.

11. Heat exchanger according to one of claims 1 to 10, there characterized in that the tubes from a corro sion-resistant material or a corro have ion-resistant surface coating.

12. Heat exchanger according to claim 11, characterized in that the tubes ( 10 ) consist of a ceramic material.

13. Heat exchanger according to claim 11, characterized net that the pipes made of stainless steel or enamelled Cast iron or steel exist.

14. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 10 ) have on their outer circumference the surface-enlarging ribs ( 14 ) and / or knobs.

15. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the inner wall of the tubes ( 10 ) has circumferential grooves ( 42 ) or axially extending grooves ( 44 ).