DE3831218C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserheizer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Solche Wasserheizer sind bekanntgeworden aus der DE-OS 30 32 120 bzw. der EP-OS 1 41 707. Es handelt sich in beiden Fällen um Kondensationswärmetauscher, die von einem Sturzbrenner beheizt werden. In beiden Fällen besteht der Wärmetauscher aus einem Rohrschlangenbündel, das in Ebenen angeordnet ist, wobei die Ebenen nacheinander vom Wasser aus dem Rücklauf einer Heizungsanlage durchströmt werden. Ein Wassermantel, der den Wärmetauscher umschließt, ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers zu steigern und andererseits den Strömungswiderstand möglichst gering zu halten.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch einen Wasserheizer mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Der erreichbare Vorteil liegt darin, daß die Wassermäntel als Sammler für die dann parallel geschalteten Rohre des Wärmetauschers dienen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung geht aus Patentanspruch 2 hervor. Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert:

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 schematisch das Prinzip des Wasserheizers und

Fig. 2 dessen Vertikalschnitt.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eines der Rippenrohre des Wasserheizers und

Fig. 4 stellt - gleichfalls in Teil-Längs­ schnitten - die beiden Endbereiche und einen Mittelbereich eines sogenannten Verdrängungsrohres dar; die

Fig. 5 bis 7 sind Stirnansichten der Endbereiche bzw. ein Querschnitt durch den Mittelbereich der Fig. 4.

Der dargestellte Wasserheizer bildet beispielsweise den Heizkessel einer Umlaufheizung, an deren Rücklauf 1 er angeschlossen ist und deren Vorlauf 2 er speist.

Dieser Heizkessel enthält - beim dargestellten Ausführungs­ beispiel vier - übereinander angeordnete Scharen A, B, C und D parallel zueinander verlaufender wasserführender Rohre 3, die als Rippenrohre gestaltet sind und deren Außendurchmesser - wie Fig. 2 zeigt - scharenweise nach oben hin zunimmt.

Zweckmäßigerweise handelt es sich um sogenannte Bimetall-Rippenrohre 3, die in den Fig. 3 bis 7 dargestellt sind und jeweils aus einem Innenrohr 29 und einem Außenrohr 28 zusammengesetzt sind, und zwar aus Rohren verschiedener Materialien, deren Zusammensetzung unter Bedachtnahme auf zahlreiche Aspekte, wie Korrosions­ schutz, Wärmeleitfähigkeit, Strömungswiderstand, Beschichtungs­ fähigkeit, Erosionsgefahr usw. zu wählen ist.

Der große Vorteil solcher Bimetall-Rippenrohre 3 ist die auf der Heißwasserseite hohe Korrosionsbeständigkeit, die Unabhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeiten, die Möglichkeit des Verzichtes auf den Einsatz von Inhibitoren im Heizungswasser und die Möglichkeit einer Verwendung ver­ gleichsweise billigen Materials für die Gestaltung der Rippen 27. Neben dem Korrosionsschutz bieten solche Bimetall- Rippenrohre die Möglichkeit, mit Strömungsgeschwindigkeiten bis maximal 4 m/s zu arbeiten, d. h. mit einer wesentlich höheren Sicherheit gegen unerwünschtes Sieden des Wassers im Rohr und örtliche Überhitzung.

Die Rohrscharen A bis D sind gemeinsam mit dem abwärts gerichteten Sturzbrenner 4 innerhalb eines Gehäuses 5 untergebracht, und zwar in dem vertikalen, an seiner Unter­ seite einen Kondensationsbereich 6 aufweisenden Teil der Abgasführung 7. Unterhalb dieses Kondensationsbereiches 6 ist eine Kondensat-Sammelwanne 8 vorgesehen, an die dann die weitere Abgasführung 7 und die Saugseite des Gebläses anschließen.

Die aus keramischem Material bestehende Brennerplatte 9 des Sturzbrenners 4 begrenzt die Mischkammer 10, der über die Druckseite des Gebläses und eine nicht dargestellte Zufuhrleitung ein Gas-Luft-Gemisch oder dessen Luft-Komponente gesondert zugeführt wird.

Der Bereich unterhalb dieser Brennerplatte 9 bildet die Brennkammer und ist zumindest teilweise mit einem oberen Wassermantel 11 umschlossen, wogegen den Bereich der Rohr­ scharen A bis D ein unterer Wassermantel 12 zumindest teil­ weise einschließt.

Das aus dem Rücklauf 1 einer Umlaufheizung dem Wärme­ tauscher zuströmende Wasser ist zunächst über die im Kondensationsbereich 6 angeordnete unterste Schar A von Rippenrohren 3 in die nächsthöhere Schar B und von dieser in den unteren Wassermantel 12 geführt. Die nächsthöhere Schar C von Rippenrohren 3 weist eine größere einheitliche Rippenhöhe auf und wird aus diesem unteren Wassermantel 12 gespeist.

Diese Rohrschar C ist ihrerseits über die nächsthöhere Schar D von Rippenrohren 3 an den oberen Wassermantel 11 angeschlossen, der den Vorlauf 2 der Umlaufheizung speist.

Die unteren, im Kondensationsbereich 6 des Wärme­ tauschers enthaltenen Rohrscharen A und B werden also parallel hintereinander durchströmt und das Wasser wird dann durch den unteren Mantel 12 der Vorder- und Rückwand des Gehäuses 5 in die oberen Rohrscharen C und D geführt, die in Reihe durchströmt werden. Nach dem Durchströmen der obersten Rohrschar D wird das Wasser einmal um die Brennkammer geführt und verläßt dann aufwärts durch den Flansch 14 den oberen Mantel 11. Es sind jedoch noch mannigfaltige andere Arten von Durchströmungswegen denkbar.

Die Bimetall-Rippenrohre 3 sind in die Stirnwände 24 eingeschweißt, und entsprechend gestaltete Deckplatten sorgen für die Begrenzung der Wasserführung in den Mänteln 11 und 12.

Die Stirnwände (Rohrböden) 24 und die Deckplatten werden bis etwa 40 mm über den Wärmetauscher geführt und begrenzen solcherart gemeinsam mit den wassergekühlten, ummantelten vorderen und hinteren Wandungen des Gehäuses 5 die Brenn­ kammer, so daß Brennkammer, Wärmetauscher und die Abgas­ führung 7 (ohne die Kondensat-Sammelwanne 8) eine Baueinheit bilden.

An den beiden Flanschen 14 und 15 des Gehäuses 5 ist oben die Baugruppe des Brenners 4 und unten die Kondensat-Sammelwanne 8 befestigt. Gleichzeitig kann hier im Bedarfsfall ein zweiter Mantel angeschlossen werden, der die Einrichtung einer Unterdruckzone gegenüber den abgasführenden Bauteilen ermöglicht, die mit der Saugseite des Gebläses verbunden werden kann, um keine Abgase in den Aufstellungsraum des Gerätes eindringen zu lassen.

Die Innenseite des oberen Wassermantels 11 kann vorteilhafterweise von einem Metall-Wellband 13 umschlossen sein, das als Abschirmung dient, dafür sorgt, daß die Hitze in der Brennkammer erhalten bleibt und eine Führung der Brenngase verkörpert.

In der obersten Rohrschar 4 soll die Rippenhöhe maximal sein, entsprechend der wirksamen größten Temperaturdifferenz. Der Rippenabstand (Steigung) muß so gewählt werden, daß die möglichen Grenzwerte der Wärmestromdichte nicht überschritten werden.

Weiters muß die Erosion beachtet werden. Beide Größen sind von der Wassergeschwindigkeit in den Rohren abhängig.

Rippenhöhe und Rippenabstand werden von der Rohrschar D zur Rohrschar A kleiner bis zu Glattrohren im Kondensations­ bereich 6.

Beim Einsatz von Bimetall-Rippenrohren 3 können höhere Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Dies erlaubt eine größere Leistungsdichte, die z. B. infolge einer Verringerung der Rippenabstände auch kleinere Bauvolumen ermöglicht.

Der lichte Durchflußquerschnitt der in Strömungs­ richtung nacheinander vom Wasser durchströmten Rohrscharen A bis D sollte derart variierend bemessen werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Kondensationsbereich 6 zumindest 0,5 m/s beträgt.

Hierzu kann der lichte Durchmesser der Rohre 3 in diesem Kondensationsbereich 6 geringer gewählt werden als in den höheren, dem Brenner 4 näheren Rohrscharen B bis D. Man kann aber auch den lichten Querschnitt der im Konden­ sationsbereich befindlichen Rohre 3 durch Einbauten, wie Verdrängungskörper od. dgl., verringern.

Um schließlich den Kondensationsbereich 6 gegenüber dem übrigen Bereich des Wärmetauschers abzusetzen, empfiehlt es sich, zwischen der untersten, dem Kondensations­ bereich 6 zugehörigen Rohrschar A und den übrigen Rohr­ scharen B bis D eine Distanz vorzusehen.

Fig. 3 zeigt das im Rohrboden 24 des Heizkessels verankerte Ende eines der Bimetall-Rippenrohre 3. Dieser Rohrboden 24 begrenzt die von den heißen Abgasen durchströmte Umlenk­ kammer 25 und trägt Haltelamellen 26 für das mit den Rippen 27 bestückte Außenrohr 28, das ein den Rohrboden 24 durch­ setzendes Innenrohr 29 aufnimmt.

Zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Rohre 3, insbesondere im Kondensationsbereich 6, können - wie schon obenerwähnt - in diesen Rohren 3 Einbauten, sogenannte Verdrängungskörper, angeordnet werden. Teile eines sogenannten Verdrängungsrohres 30 zeigen die Fig. 4 bis 7. Beim dargestellten Beispiel wird der Verdrängungs­ körper von einem innersten Rohr 31 verkörpert, das mit einem Abstand vom Innenrohr 29 angeordnet ist, jedoch an seinen Enden und im Mittelbereich mit Auspressungen 32 verformt ist, die am äußeren Innenrohr 29 anliegen und das innerste Rohr 31 solcherart vom Innenrohr 29 auf Distanz halten.

Claims (2)

1. Wasserheizer mit einer Anzahl zueinander paralleler, in der Abgasführung eines Gasbrenners, vorzugsweise eines Gebläsebrenners, angeordneten wasserführenden Rohre, vorzugsweise Rippenrohre, die in Ebenen übereinander scharweise unterhalb eines abwärtsgerichteten von einem oberen Wassermantel (11) zumindest teilweise umgebenen Sturzbrenners (4) in einem vertikalen, an seiner Unterseite einen Kondensationsbereich (6) enthaltenden Teil der Abgasführung (7) angeordnet sind, wobei die im Kondensationsbereich angeordnete unterste Schar von aus dem Rücklauf einer Umlaufheizung zuströmenden Wasser gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Gegenstrom in die nächsthöhere Schar (B) und von dieser in einem unteren, die Abgasführung (7) mindestens teilweise umgebenden Wassermantel (12) geführt ist und daß die oberhalb des Kondensationsbereiches (6) angeordnete Rohrschar (C) aus dem unteren Wassermantel (12) gespeist ist und über die nächsthöhere Rohrschar (D) an den oberen Wassermantel (11) angeschlossen ist, der den Vorlauf (2) der Umlaufheizung speist.

2. Wasserheizer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bimetall-Rippenrohren (3) (Fig. 5 bis 9).