DE4034260A1 - Gegossener waermeaustauscher, insbesondere heizkessel aus gusseisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Wärmetauscherwand besitzt einerseits eine statische und andererseits eine thermische Funktion. Die thermische Funktion besteht darin, daß ein gegenseitiger Wärmeaustausch erfolgt, u.zw. bei einem Heizkessel zwischen den Heizgasen und dem Kesselwasser. Ein angestrebter hoher Wärmeaustausch führt dabei zu einem Risiko, wenn die Heizgase bis nahe an den Taupunkt abgekühlt werden. Taupunktsunterschreitungen, insbesondere in der Anfahrphase bei kaltem Kesselwasser, sind dann nicht zu vermeiden. Es bildet sich Kondensat, das zu Korrosionen führen kann.

Der DE 32 08 731 A1 ist es zu entnehmen, durch eine Wärmedämmschicht auf der Wärmetauscherwand den Wärmestrom von der Wasser- zur Heizgasseite zu reduzieren. Durch einen solchen Wärmetauscheraufbau aus tragenden und wärmeleitenden sowie aus nichttragenden und wärmedämmenden Materialien wird die Gefahr einer Taupunktsunterschreitung verringert bzw. ganz unterbunden. Es ergibt sich ein veränderlicher Wärmeleitwiderstand mit veränderlichen Temperaturgradienten, wie es auch bei einem mehrlagigen Aufbau der Wärmetauscherwand bekannt ist. In der Praxis ergeben sich jedoch Probleme, weil das nachträgliche Aufbringen einer Wärmedämmschicht nicht einfach ist. Das trifft insbesondere auf Heizkessel aus Gußeisen mit ihrer vorteilhaften freien Formgebung zu.

Es wurden bereits Überlegungen angestellt, Beschichtungen beim Gießvorgang aufzubringen, um die Oberfläche gegen den Korrosionsangriff des sauren Kondensats zu schützen. Die DE 37 15 198 beschreibt ein solches Verfahren zum Angießen eines Emails oder einer Keramikschale bzw. -masse. Das läßt sich jedoch nur dann in die Praxis umsetzen, wenn eine einwandfrei geschlossene Beschichtung erzielt wird, die einen klaren Verbund mit dem Gußeisen eingeht und dauerhaft stabil ist.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher aus Gußeisen, insbesondere einen Heizkessel, zu schaffen, bei dem die Wärmetauscherwand eine einwandfreie Einheit aus einer tragenden und einer wärmedämmenden Schicht bildet, die einfach herzustellen ist und die den angestrebten, definierten Wärmestrom ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Wärmetauscherwand besitzt das im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannte Merkmal.

Die Wärmedämmschicht wird nicht nachträglich aufgetragen und auch nicht an der Oberfläche angegossen. Sie wird vielmehr zumindest teilweise eingegossen und ist dann ganz oder teilweise von dem Gußeisen umgeben. Dadurch entsteht eine einwandfreie Verbindung.

Bei einem teilweisen Eingießen ist die Wärmedämmschicht an ihren Randbereichen oder auch in sonstigen Bereichen durch entsprechende Hinterströmpartien von dem Gußeisen umgriffen. Die noch verbleibende freie Zone läßt eine Abfuhr der evtl. beim Gießvorgang auftretenden Kerngase durch den Formstoff zu. Die Wärmedämmschicht muß in diesem Fall dauerhaft stabil sein, da sie mindestens teilweise frei an der Oberfläche liegt.

Bei einem vollständigen Eingießen ist die Wärmedämmschicht als verlorener Kern mit allseitigem Abstand in den Hohlraum einer Gießform einzufügen und dort sicher zu positionieren. Dabei sollte zur einen Seite hin ein stärkerer, festigkeitsmäßig tragender Wandbereich und zur anderen Seite hin ein dünner Abdeckbereich vorhanden sein.

Das Dämmelement kann dabei eine beliebige Form besitzen. Eine dauerhafte Stabilität ist nicht unbedingt erforderlich, da es ja vollständig von dem Gußeisen umhüllt ist.

Auch ein Aufschmelzen oder eine gewisse Gasblasenbildung kann evtl. hingenommen werden, da dadurch der angestrebte Effekt noch zu steigern ist. Eine stärkere Gasbildung muß unterbleiben bzw. durch eine Gasabfuhr unschädlich gemacht werden, um die Stabilität des Trägermaterials nicht zu beeinträchtigen.

Als Dämmelemente geeignet sind Folien, Platten, Netze und/oder Fasergewebe. Als Materialien geeignet sind solche Stoffe, die die hohen Gießtemperaturen aushalten und eine gewünschte Dämmwirkung haben. Denkbar sind keramische oder silikatische Werkstoffe und auch entsprechende Elemente aus Grafit.

Mehrlagige, flache Dämmelemente erhöhen die Wirkung. Ein Abstand zwischen den Lagen mit einem luftgefüllten oder evakuierten Zwischenraum senkt die Wärmeleitung zusätzlich, wobei Verbindungsstege zwischen den Lagen der Stabilität des Wärmedämmelementes dienen.

Die Dämmelemente müssen nur in den Zonen eingesetzt werden, in denen es gilt, eine Taupunktsunterschreitung sicher zu vermeiden. Durch unterschiedliche Schichtdicken über die Ausdehnung der Dämmelemente kann ein definierter Wärmefluß erzielt werden. Dasselbe ist auch durch Durchbrechungen der Dämmelemente möglich, die über die Ausdehnung der Elemente unterschiedlich verteilt sein können. Hier bilden sich dann Stege aus Trägerwerkstoff zwischen den durch das Dämmelement unterteilten Wandbereichen.

Die beigefügte Zeichnung stellt in Fig. 1 bis Fig. 6 je einen Längsschnitt durch eine Wärmetauscherwand als Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Zwischen der Heizgasseite H und der Wasserseite W der Wärmetauscherwand 1 aus Gußeisen liegt ein flaches Dämmelement 2 aus einem geeigneten Werkstoff wie Keramik, Silikat oder Grafit. Das Dämmelement 2 in Form einer Folie, einer Platte, eines Netzes oder eines Fasergewebes ist eingegossen und von dem Gußeisen umgeben (Fig. 1 und 3-6) bzw. zumindest teilweise umgeben (Fig. 2). Es wird ein definierter Wärmeaustausch erzielt.

Ein Abkühlen der Heizgase bis unter den Taupunkt durch das zunächst kühle Kesselwasser wird durch das Dämmelement 2 verhindert. Zu diesem Zweck kann das Dämmelement mit fallender Heizgastemperatur, d. h. in Strömungsrichtung der Heizgase, eine zunehmende Stärke aufweisen (Fig. 3). Es ist auch möglich, für einen gezielten Wärmefluß unterschiedlich große und unterschiedlich verteilte Durchbrechungen vorzusehen, die dann gußeiserne Stege 3 bilden (Fig. 4). Mehrere Lagen von Dämmelementen 2, 2′, auch aus verschiedenen Werkstoffen, verstärken die Wirkung (Fig. 5), was noch durch luftgefüllte oder evakuierte Zwischenräume 4 zwischen den Lagen verbessert werden kann (Fig. 6).

Claims (11)

1. Gegossener Wärmeaustauscher, insbesondere Heizkessel aus Gußeisen, mit einer den Wärmestrom von der Wasser- zur Heizgasseite wenigstens in Teilbereichen reduzierenden Wärmedämmschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht in Form eines flachen Dämmelementes (2) zumindest teilweise in die Wärmetauscherwand (1) eingegossen und von dem Gußeisen umgeben ist.

2. Gegossener Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement als verlorener Kern mit allseitigem Abstand in den Hohlraum einer Gießform eingefügt vollständig von dem Gußeisen umgeben ist, wobei die Summe beider Wandbereiche eine festigkeitsmäßig tragende Funktion besitzen.

3. Gegossener Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement aus einer Platte, einer Folie, einem Netz und/oder einem Fasergewebe eines geeigneten Dämmateriales besteht.

4. Gegossener Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement mehrlagig ausgebildet ist (Fig. 5).

5. Gegossener Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen des flachen Dämmelementes im Abstand zueinander angeordnet und ggfs. durch Verbindungsstege gegeneinander abgestützt sind (Fig. 6).

6. Gegossener Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement über seine Ausdehnung mehrere den Wärmestrom unterschiedlich beeinflussende Durchbrechungen besitzt (Fig. 4).

7. Gegossener Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement über seine Ausdehnung eine den Wärmestrom unterschiedlich beeinflussende Schichtdicke besitzt (Fig. 3).

8. Gegossener Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelemente aus einem keramischen Werkstoff besteht.

9. Gegossener Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement aus einem silikatischen Werkstoff besteht.

10. Gegossener Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Dämmelement aus Grafit besteht.

11. Gegossener Wärmetauscher nach den Ansprüchen 8 bis 10, gekennzeichnet durch ein Dämmelement aus einer Kombination der genannten Werkstoffe.