DE3700443C2 - - Google Patents
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- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Heizkessel,
insbesondere für Brennwertkessel gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Aus der DE-OS 29 12 011 und der FR-PS 10 37 080 sind Wärme
tauscher für Heizkessel mit atmosphärischen Gasbrennern be
kannt, die Rohrregister aufweisen, welche den Heizkessel
horizontal von Wand zu Wand durchqueren. In den Rohren sind
koaxial stabförmige Einsätze angeordnet, die den Durch
trittsquerschnitt der Rohre verengen. Dadurch wird auch bei
relativ großem Rohrdurchmesser und kleinen Durchflußmengen
des Wärmeträgerfluids eine turbulente Strömung entlang der
Rohrinnenfläche erreicht, die einen guten Wärmeübergang
von den Rohren auf das Wärmeträgerfluid gewährleistet. Um
die Rohre des Registers in der gewünschten Weise miteinan
der zu verbinden, münden diese Rohre in Verbindungsteile,
die als haubenförmige Kammern außen auf die Wand des Heiz
kessels aufgesetzt sind. Die Kammern weisen Zapfen oder
Bohrungen auf, auf welche die stabförmigen Einsätze aufge
steckt bzw. in welche die stabförmigen Einsätze eingesteckt
sind. Die Kammern sind gegen die Wand des Heizkessels abge
dichtet und die durch die Wand des Heizkessels geführten
Rohre sind in diese Wand fest eingesetzt, nämlich in diese
Wand eingewalzt.
Durch die Befestigung in der Wand des Heizkessels sind die
Rohre an ihren beiden Enden axial festgelegt, so daß sie
bei der Erwärmung axialen Spannungen ausgesetzt sind. Bei
den Heizkesseln mit atmosphärischen Gasbrennern ist dies
nicht störend, da die Rohre aus einem Material hergestellt
werden können, das diesen thermischen Spannungen standhält.
Bei Heizkesseln, bei welchen der Wärmetauscher korrosions
beständig sein muß, insbesondere bei Brennwertkesseln, bei
welchen die Verbrennungsgase an den Wärmetauschern bis zur
Kondensation abgekühlt werden, ist man in der Wahl des Ma
terials der Rohre des Wärmetauschers beschränkt. Werden
z. B. Wärmetauscherrohre aus einem keramischen Werkstoff,
wie sie aus der US-PS 43 32 295 bekannt sind, oder aus
emailliertem Gußeisen oder Stahl verwendet, so kann die
thermische Beanspruchung der Rohre zu Brüchen oder Rissen
dieses spröden Materiales führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wär
metauscher zu schaffen, bei welchem die Rohre auch bei
thermischer Beanspruchung spannungsfrei sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs ge
nannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Bei den erfindungsgemäßen Wärmetauschern sind die Rohre
nicht axial in der Wand des Heizkessels festgelegt, sondern
durch Durchtrittsöffnungen der Wand hindurchgeführt und mit
den Verbindungsteilen abgedichtet verbunden. Die Abdichtung
zwischen den Rohren und den Verbindungsteilen erfolgt ohne
axialen Druck allein durch am Rohrumfang anliegende Dich
tungen. Die Rohre können sich daher bei thermischer Bean
spruchung in ausreichendem Maße gegenüber der Wand des
Heizkessels und auch gegenüber der nur radial wirkenden Ab
dichtung gegen die Verbindungsteile verschieben, so daß
keine schädlichen axialen Spannungen auftreten. Die Rohre
des Wärmetauschers können daher auch aus einem spröden Ma
terial, wie einem keramischen Werkstoff oder einem email
lierten Gußmaterial oder Stahl bestehen, das sich wegen
seiner Korrosionsfestigkeit besonders für Brennwertkessel
eignet.
Sind in die Rohre des Wärmetauschers koaxiale Stäbe zur
Turbulenzerzeugung eingesetzt, so können diese Stäbe vor
zugsweise axial über die Rohre hinausgeführt sein und als
Zuganker verwendet werden, um die Verbindungsteile zu befe
stigen.
Die Verbindungsteile können U-förmige Rohre sein, die
stumpf an die Rohre anschließen. Die Abdichtung der Stoßfu
ge zwischen den Rohren und diesen Verbindungsteilen 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 gewissen Mindestabstand zwischen den Roh
ren des Wärmetauschers voraus. Diese Art der Verbindung
kann daher insbesondere bei Rohren mit äußeren Rippen ein
gesetzt werden.
Für die in Strömungsrichtung der Abgase letzten Rohre des
Wärmetauschers, die insbesondere korrosionsbeständig sein
müssen, eignen sich vorzugsweise Rohre aus keramischem Ma
terial oder aus emailliertem Guß. Die Herstellung von Roh
ren mit Außenrippen aus diesen Materialien bereiten techni
sche Schwierigkeiten, so daß glatte Rohre mit rundem Außen
umfang bevorzugt werden. Diese müssen jedoch in einem ge
ringen gegenseitigen Abstand angeordnet sein, um eine aus
reichende Turbulenz und Berührung der durchströmenden Abga
se zu erreichen. In diesem Fall ist das Verbindungsteil
vorzugsweise als ein auf der Außenseite der Wand des Heiz
kessels angeordneter Block ausgebildet, der Bohrungen auf
weist, in welche die Rohre des Wärmetauschers eingesetzt
werden. Die Bohrungen sind in dem Block jeweils in der ge
wünschten Weise miteinander verbunden. Hierzu können auf
der von den Rohren abgewandten Rückseite des Blockes Aus
nehmungen vorgesehen sein, die durch einen Deckel abge
schlossen werden. Die Abdichtung der Rohre wird ausschließ
lich am Rohrumfang zwischen den Rohren und den Bohrungen
des Blockes bewirkt, so daß keine axialen Druckkräfte auf
das Rohr ausgeübt werden. Es können mit diesem Verbindungs
teil Abstände der Rohre von 2 bis 10 mm erreicht werden.
Die besten Strömungsverhältnisse für die Abgase ergeben
sich nach Versuchen bei einem Abstand der Rohre von ca. 4
mm.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt der Enden zweier Rohre ei
nes Wärmetauschers mit einem Verbindungsteil,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Verbin
dungsteiles von der Rückseite und
Fig. 3 einen Schnitt durch das Verbindungsteil der
Fig. 2 gemäß der Linie B-B.
Der Heizkessel weist eine Gas- oder Ölfeuerung auf. Die
heißen Abgase dieser Feuerung werden durch einen Wärmetau
scher geleitet, der aus einem Register von Rohren 10 be
steht, die von einer Wand 12 des Heizkessels quer durch
dessen Innenraum zur gegenüberliegenden Wand führen. Die
Rohre 10 bestehen aus einem keramischen Werkstoff, email
liertem Gußeisen, Edelstahl oder emailliertem Stahl. Die
Rohre 10 können eine glatte äußere Mantelfläche oder an ihrem
Außenumfang Rippen 14 aufweisen, die die Wärmetauschfläche
für die vorbeiströmenden heißen Abgase vergrößern. Zur Er
zeugung einer Turbulenz des als Wärmeträger durchströmenden
Wassers ist in die Rohre 10 ein axial durchgehender Stab 18
eingesetzt. Zwischen dem Stab 18 und der Innenwand des Roh
res 10 bleibt ein ringförmiger Durchtrittsspalt 20 für das
durchströmende Wasser frei. Der Durchmesser des Stabes 18
und damit der freie Durchtrittsquerschnitt des Durchtritts
spaltes 20 werden im wesentlichen nach der durchschnittli
chen Temperaturdifferenz zwischen den das Rohr 10 umströ
menden Abgasen und dem durch das Rohr 10 strömenden Wasser
sowie der gewünschten Durchflußmenge und Temperatur des
Wassers bestimmt.
In Fig. 1 ist gezeigt, wie die Stäbe 18 zusätzlich als
Zuganker für Verbindungsteile 22 benachbarter Rohre 10 ver
wendet werden können. Die Rohre 10 sind mit einem kurzen
Ansatz durch die Wand 12 des Heizkessels herausgeführt.
Zwei benachbarte Rohre 10 werden durch ein U-förmiges Ver
bindungsteil 22 miteinander verbunden, das mit seinen bei
den Enden stumpf fluchtend auf die herausragenden Ansätze
der Rohre 10 aufgesetzt wird. Die Stäbe 18 sind durch das
Verbindungsteil 22 hindurchgeführt und stoßen mit einem Ge
windeansatz 56 aus diesem Verbindungsteil 22 heraus. Mit
tels 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 von den Stäben 18 gebildeten
Zuganker keine starke axiale Spannung erzeugt, die ein Bre
chen der spröden Rohre 10 verursachen könnte. Die Abdich
tung zwischen den Rohren 10 und dem Verbindungsteil 22 er
folgt in diesem Falle durch ringförmige elastische Dichtun
gen 24, die jeweils durch einen sie umschließenden Stütz
ring 26 abdichtend auf der Stoßfuge gehalten werden.
In den Fig. 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Verbindungsteiles 30 gezeigt, das sich besonders eig
net für Rohre 10 des Wärmetauschers mit glatter Außenober
fläche, die in geringem gegenseitigem Abstand von 2 bis 8
mm angeordnet sind. Die durch die Wand 12 des Heizkessels
herausragenden Ansätze der Rohre 10 sind in Bohrungen 28
des in Form eines Blockes ausgebildeten Verbindungsteiles
30 eingesetzt, das außen an der Wand 12 des Heizkessels an
geordnet ist. Die Bohrungen 28 sind durch den Block hin
durchgeführt 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 ist ein Deckel
34 aufgesetzt, der sämtliche Ausnehmungen 32 gemeinsam
überdeckt und durch einen alle Ausnehmungen 32 gemeinsam
umschließenden Rundschnur-Dichtungsring als Dichtung 36 gegen den Block
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 gezeigt ist, konzentrisch zu den Bohrungen 28 und
damit zu den eingesetzten Rohren 10 Bohrungen 38 aufweisen,
durch welche die Stäbe 18 als Zuganker mit Gewindeansätzen
56 hindurchstoßen, auf welche Muttern aufgeschraubt werden.
Auf diese Weise können die Verbindungsteile 30 mit den Dec
keln 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 Distanz
stützen gehalten werden, wie dies für die beiden äußeren
Rohre 10 in Fig. 3 gezeigt ist, wird das Verbindungsteil
30 mittels Schrauben 52 an der Wand 12 des Heizkessels
festgelegt.
Auch bei dieser Ausführungsform des Verbindungsteiles 30
wird auf die Rohre 10 kein axialer Druck ausgeübt, der zu
einer Bruchbelastung des spröden keramischen Materiales
führen könnte. Die Rohre 10 sind in axialer Richtung druck
frei in die Bohrungen 28 eingesetzt und nur an ihrem Umfang
durch Manschetten-Dichtungen als Dichtungen 40 oder O-Ring-Dichtungen als Dichtungen 54
gegen das Verbindungsteil 30 und die Wand 12 des Heizkes
sels abgedichtet. Die Dichtungen 40 bzw. 54 werden beim An
pressen des Verbindungsteiles 30 gegen die Wand 12 axial
gestaucht und dichten das Rohr 10 und die Durchtrittsöff
nung der Wand 12 sowohl abgasseitig als auch wasserseitig
ab. Die Dichtungen 40 bzw. 54 sind von dem wassergekühlten
Block des Verbindungsteiles 30 umschlossen und dadurch
thermisch nicht stark beansprucht. Anstelle der Dichtungen
40 bzw. 54 kann auch ein elastischer dichtender Klebstoff
verwendet werden.
Claims (7)
1. Wärmetauscher für Heizkessel, insbesondere für Brenn
wertkessel, mit wenigstens einem Register von den In
nenraum des Heizkessels von Wand zu Wand durchquerenden
und durch die Wand des Heizkessels herausgeführten Roh
ren und mit außerhalb der Wand des Heizkessels angeord
neten Verbindungsteilen, die die Rohre für das durch
strömende Wasser oder sonstige Wärmeträgerfluid mit
einander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rohre (10) mit den Verbindungsteilen (22; 30) ohne
axialen Druck durch nur am Rohrumfang anliegende Dich
tungen (24; 40, 54) abgedichtet verbunden sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsteile (22) mit Rohrstutzen stumpf an
die Rohre (10) anschließen und die jeweiligen Stoßfugen
von einer am Außenumfang anliegenden elastischen Dich
tung (24) überdeckt sind, die an ihrem Außenumfang von
einem Stützring (26) umschlossen ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbindungsteil (30) einen Block mit Bohrungen
(28) aufweist, in welche die Rohre (10) eingesetzt sind
und welche im Inneren des Blockes miteinander verbunden
sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre (10) an ihrem Umfang gegen die Bohrungen
(28) abgedichtet sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen (28) auf der den Rohren (10) abge
wandten Seite durch Ausnehmungen (32) miteinander ver
bunden sind, die durch einen Deckel (34) verschlossen
sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (34) durch eine alle Ausnehmungen (32)
umschließende Dichtung (36) gegen den Block abgedichtet
ist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Rohre (10) im wesentlichen koaxiale Stäbe
(18) eingesetzt sind, die über die Enden der Rohre (10)
axial hinausragen und als Zuganker für die Verbindungs
teile (22; 30) dienen.
Priority Applications (1)
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DE19873700443 DE3700443A1 (de) | 1986-01-11 | 1987-01-09 | Waermetauscher fuer heizkessel, insbesondere fuer brennwertkessel |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19873700443 DE3700443A1 (de) | 1986-01-11 | 1987-01-09 | Waermetauscher fuer heizkessel, insbesondere fuer brennwertkessel |
Publications (2)
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DE3700443A1 DE3700443A1 (de) | 1987-07-16 |
DE3700443C2 true DE3700443C2 (de) | 1989-06-01 |
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Family Applications (1)
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DE19873700443 Granted DE3700443A1 (de) | 1986-01-11 | 1987-01-09 | Waermetauscher fuer heizkessel, insbesondere fuer brennwertkessel |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3700443A1 (de) |
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