DE4410716A1

DE4410716A1 - Heat exchanger for condensing boiler

Info

Publication number: DE4410716A1
Application number: DE4410716A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Himmelsbach
Original assignee: Interdomo & Co GmbH
Current assignee: INTERDOMO GMBH, 48282 EMSDETTEN, DE
Priority date: 1994-02-12
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-08-17

Abstract

The heat exchanger incorporates exchanger medium pipes (1-14). These form a flow path from the return to the intake. The pipes are located close to each other in rows. The pipe row opposite to the burner is inclined through 60 degrees relative to the horizontal. The burner chamber (18) is enclosed at top and bottom by a fluid- cooled wall section (20,21). The fluid channels (22,23) in the wall are connected to one tube (14). The wall sections are formed as inserts, and consist of aluminium. The reversing channels for the pipes are formed in the side walls (B).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger according to the Preamble of claim 1.

Derartige Wärmetauscher sind aus der Praxis viel fach bekannt. Bei derartigen Wärmetauschern liegen die meisten Rohre in einem Bereich, in dem aufgrund des Kondenswassers, welches bei der Brennwerttech nik anfällt, ein feuchtes Klima herrscht. Demgegen über ist die erste Rohrreihe häufig wechselnden Betriebsbedingungen ausgesetzt. Im Brennerbetrieb ist diese Rohrreihe höheren Temperaturen ausge setzt, so daß sie trocknet. In den Pausen, in denen der Brenner nicht arbeitet, können jedoch auch die Rohre dieser ersten Rohrreihe feucht werden, so daß sie im Regelfall dem ständigen Wechsel von Befeuch tung und Trocknung ausgesetzt sind.Such heat exchangers are a lot from practice well known. With such heat exchangers most pipes in an area where due of the condensed water, which at the condensing tech nik occurs, there is a humid climate. Against it over the first row of pipes is frequently changing Operating conditions exposed. In burner operation this row of pipes is out of higher temperatures sets so that it dries. In the breaks, in which the burner is not working, but can also Pipes of this first row of pipes are damp, so that as a rule the constant change of humidification are exposed to drying and drying.

Dieses Wechselklima schafft eine besonders korrosive Atmosphäre für die Rohre der ersten Rohrreihe, so daß diese mit einer Oxydschicht bedeckt sein können, die den Strömungsweg der Rauchgase zwischen den Rohren verringern und die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschern herabsetzen können. Zudem kann es durch ein sich dann änderndes Verbrennungsverhalten im Kessel zu gesundheitsgefährdenden Veränderungen in der Zusammensetzung der Abgase kommen, wenn diese nämlich zu viel Kohlenmonoxyd aufweisen.This changing climate creates a particularly corrosive Atmosphere for the pipes of the first row of pipes, see above that they can be covered with an oxide layer, which the flow path of the flue gases between the Reduce pipes and the efficiency of the Can reduce heat exchangers. It can also through a then changing combustion behavior in the boiler to health-threatening changes come in the composition of the exhaust gases if namely they have too much carbon monoxide.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gat tungsgemäßen Wärmetauscher dahingehend zu verbes sern, daß er einen möglichst langen Betrieb mit den werkseitig berechneten und eingestellten optimalen Betriebsbedingungen ermöglicht.The invention has for its object a gat appropriate heat exchanger to do so Ensure that it has been in operation with the optimal calculated and set in the factory Operating conditions enabled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausge staltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des An spruches 1 gelöst.This task is inventively by the Ausge Design according to the characteristic part of the An Proverb 1 solved.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die einem besonderen Korrosionsangriff ausgesetzten Rohre der ersten Rohrreihe, also der brennernächsten Rohrreihe, mit einer relativ glatten Oberfläche zu versehen. Auf diese Weise bleiben die Wärmeübertra gungseigenschaften dieser Rohre über lange Zeit kon stant und unbeeinflußt, da sich nicht ein relativ dicker Oxydmantel zwischen den Lamellen um die eigentliche Rohrwandung herum ausbilden kann und den Zutritt der heißen Gase an die eigentliche Wärmeübertragungsfläche verhindern kann. Derartige Oxydmäntel können sich nämlich zwischen den La mellen bekannter Rohre in Wärmetauschern ausbilden, jedoch auch zwischen ähnlichen Wärmetauscherflächen, die beispielsweise mit stiftartigen oder ähnlichen Erhebungen ausgebildet sein können, wenn die Oxyd schichten an den Oberflächen benachbarter Lamellen oder Erhebungen regelrecht "aufblühen" und zu sammenwachsen.In other words, the invention proposes that exposed to a special corrosion attack Pipes of the first row of pipes, i.e. the one closest to the burner Row of pipes, with a relatively smooth surface too Mistake. In this way, the heat transfer remains properties of these pipes over a long period of time stant and uninfluenced, since it is not a relative thick oxide coating between the lamellae around the can form actual pipe wall around and access of the hot gases to the actual one Can prevent heat transfer surface. Such Oxide coats can namely between the La training of known pipes in heat exchangers, but also between similar heat exchanger surfaces, for example with pen-like or similar Surveys can be formed if the oxide layers on the surfaces of adjacent slats or surveys literally "blossom" and close grow together.

Insbesondere wenn der Abstand zwischen den Wandungen der Rohre der ersten Rohrreihe größer ist als der Abstand der äußersten Konturen der nächsten Rohr reihen, kann eine optimale Zuführung der Heißgase zu den folgenden Rohrreihen gewährleistet werden.Especially when the distance between the walls of the pipes in the first row of pipes is larger than that Distance of the outermost contours of the next pipe rows, an optimal supply of hot gases to the following rows of pipes.

Um dennoch eine möglichst effiziente Wärmeübertra gung vom Rauchgas auf die Wärmeträgerflüssigkeit im Rohrinneren zu ermöglichen, können die Rohre der brennernächsten Rohrreihe eine gegenüber einem kreisrunden Querschnitt vergrößerte Oberfläche auf weisen. Insbesondere können sie vorteilhaft eine im wesentlichen tropfenförmige oder dreieckige Außen kontur aufweisen. Wesentlich hierbei ist, daß die Rohre mit einer relativ großen Fläche dem Brenner zugewandt sind, so daß diese großen schildförmigen Flächen die Wärmestrahlung des Verbrennungsprozesses aufnehmen können. Die Rohre sollen sich dabei mit ihren Außenkonturen nach hinten, also zu den näch sten Brennerreihen hin, verjüngen, um die Zuführung der Heißgase an die folgenden Rohre zu verbessern.To ensure the most efficient heat transfer possible supply of flue gas to the heat transfer fluid in the The tubes of the next to the burner next to one circular cross section enlarged surface point. In particular, they can be advantageous in substantial teardrop or triangular exterior have a contour. It is essential that the Pipes with a relatively large area to the burner are facing so that these large shield-shaped Areas of heat radiation from the combustion process be able to record. The pipes should be included their outer contours to the rear, i.e. to the next most rows of burners, taper to the feeder the hot gases to improve the following pipes.

Die Außenkontur der brennernächsten Rohre kann ent weder vollständig als wasserführender Querschnitt ausgelegt sein oder in ihrem Inneren ein beispiels weise rundes wasserführendes Rohr aufweisen. Die die Außenkontur bestimmenden Wandungen dienen dann als Oberflächenvergrößerung für das innere flüssig keitsführende Rohr und begünstigen einen besonders intensiven Wärmeaustausch. Derartige Rohre können entweder aus mehreren Bestandteilen zusammengefügt sein, also aus einem Innenrohr und aus einem die äußere Kontur ergebenden Außenrohr oder sie können beispielsweise als Strangpreßprofil einteilig her gestellt sein.The outer contour of the pipes closest to the burner can be removed neither completely as a water-bearing cross-section be designed or an example inside wise round water pipe. The the outer contour defining walls then serve as a surface enlargement for the inner liquid pipe, and particularly favor one intensive heat exchange. Such pipes can either assembled from several components be, so from an inner tube and from one outer contour resulting outer tube or they can for example, in one piece as an extruded profile be posed.

Durch die glattflächige Ausbildung kann ein sehr großer freier Strömungsquerschnitt für die Rauch gase geschaffen werden, wobei die Ausrichtung der Rohre in der vordersten Rohrreihe vorsehen kann, daß die brennernächsten Rohre mit ihrer Schmalkante jeweils in einem Zwickel zwischen zwei Rohren der benachbarten Rohrreihe enden. Auf diese Weise ist eine maximale Länge der Außenkontur der ersten Rohr reihe möglich im Sinne einer besonders intensiven Wärmeübertragung.Due to the smooth surface training can be a very large free flow area for the smoke gases are created, with the orientation of the Can provide pipes in the front row of pipes, that the pipes closest to the burner with their narrow edges each in a gusset between two tubes of end adjacent row of pipes. That way a maximum length of the outer contour of the first tube row possible in the sense of a particularly intense Heat transfer.

Insbesondere bei der Verwendung von Rohren aus Alu minium bzw. Aluminiumlegierungen, die vergleichs weise preiswert sind und eine sehr gute Wärmeüber tragung ermöglichen, ist eine Emaillierung möglich, um einen zusätzlichen Korrosionsschutz zu errei chen, so daß sich überhaupt keine bzw. keine nennenswerte Oxydschicht auf den Rohren bildet. Der Verzicht auf scharfkantige Lamellen begünstigt hier bei die Wirksamkeit der grundsätzlich kantenflüch tigen Emailbeschichtung.Especially when using aluminum tubes minium or aluminum alloys, the comparative are inexpensive and have a very good heat transfer enamel is possible, to achieve additional corrosion protection chen, so that none or none at all forms significant oxide layer on the pipes. Of the Avoiding sharp-edged slats favors here with the effectiveness of basically edged enamel coating.

Gegenüber der Ausbildung der Rohre als Lamellenrohre mit radial oder wendelförmig verlaufenden Lamellen können die Rohre vorteilhaft als Strangpreßprofil ausgebildet sein, da hierdurch eine erheblich preis wertere Herstellung der Rohre möglich ist.Compared to the design of the tubes as finned tubes with radial or helical slats the tubes can advantageously be used as an extruded profile be trained, as a result, a considerable price further production of the pipes is possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Dabei zeigtAn embodiment of the invention is based on the drawing explained in more detail below. Here shows

Fig. 1 rein beispielhaft und schematisch eine Gesamtanordnung in Form eines Schnittes durch einen erfindungs gemäßen Wärmetauscher und Fig. 1 purely by way of example and schematically, an overall arrangement in the form of a section through a heat exchanger according to the Invention and

Fig. 2 eine Ansicht auf die Stirnfläche eines Rohres der brennernächsten Rohrreihe aus dem Wärmetauscher von Fig. 1. FIG. 2 shows a view of the end face of a tube of the tube row closest to the burner from the heat exchanger of FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Wärmetauscher be zeichnet, der in einem Gehäuse 2 eine Vielzahl von Rohren 3 zur Wärmeübertragung aufweist. Die einem aus Obersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Brenner benachbarten brennernächsten Rohre 3a sind dabei in einer Rohrreihe von fünf Rohren angeordnet, wobei die gesamte Rohrreihe einen Winkel von etwa 60° gegenüber der Horizontalen aufweist. Die den brennernächsten Rohren 3a benachbarten vier Rohre 3 bilden ebenfalls eine derartig um 60° gegenüber der Horizontalen geneigte Rohrreihe und an diese Reihe von vier Rohren 3 schließen sich zwei weitere Rohr reihen von jeweils zwei Rohren an. Das wie in der Brennwerttechnik üblich von oben nach unten gelei tete Rauchgas passiert als letztes ein einzelnes unterstes Rohr 3b, welches das brennerfernste Rohr darstellt.In Fig. 1, 1 generally denotes a heat exchanger which has a plurality of tubes 3 for heat transfer in a housing 2 . The tubes 3 a adjacent to the burner, not shown for reasons of clarity, are arranged in a tube row of five tubes, the entire tube row having an angle of approximately 60 ° with respect to the horizontal. The four tubes 3 adjacent to the tubes 3 a closest to the burner also form a row of tubes inclined at 60 ° with respect to the horizontal, and this row of four tubes 3 is followed by two further rows of two tubes each. The flue gas passed from top to bottom as usual in condensing technology is the last to pass through a single lower tube 3 b, which is the tube furthest from the burner.

Die überwiegende Anzahl der Rohre 3 sind als La mellenrohre ausgebildet und weisen eine zylindrische Rohrwandung 4 mit kreisförmigem Querschnitt auf, wo bei sich außen auf der Rohrwandung 4 eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter und radial auf dem Rohr 3 verlaufender Lamellen 5 befindet. In der Praxis kann es sich dabei auch um eine einzige wen delförmig um die Rohrwandung verlaufende Lamelle 5 handeln.The majority of the tubes 3 are designed as La mellenrohre and have a cylindrical tube wall 4 with a circular cross-section, where a plurality of fins 5 arranged parallel to one another and extending radially on the tube 3 are located on the outside of the tube wall 4 . In practice, it can also be a single lamella 5 extending in a delta shape around the tube wall.

Die brennernächsten Rohre 3a sind demgegenüber als Glattrohre ausgebildet. Sie weisen eine etwa drei eckige äußere Kontur auf, wobei die brennernächsten Rohre 3a mit Stirnseiten 6 zum Brenner und mit Schmalkanten 7 in die Zwickel der nächsten Reihe von Rohren 3 gerichtet sind. In contrast, the tubes 3 a closest to the burner are designed as smooth tubes. They have an approximately three-cornered outer contour, the tubes 3 a closest to the burner being directed toward the burner with end faces 6 and with narrow edges 7 into the gusset of the next row of tubes 3 .

Im Gegensatz zu den übrigen Rohren 3 können die brennernächsten Rohre 3a preiswert als Strangpreß profile gefertigt sein. Sie weisen ein inneres Rohr 8 auf, in dem die Wärmeübertragungsflüssigkeit geführt wird sowie äußere Wandungen 9, die die äußere Kontur der Rohre 3a bestimmen. Zusätzlich weisen - wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist - die inneren Rohre 8 an den beiden Enden des Rohres 3a Stutzen auf, mit denen die Rohre 3a ähn lich wie die übrigen Rohre 3 in an sich bekannter Weise in den Seitenwangen des Wärmetauschers 1 mit Hilfe von O-Ringen eingedichtet werden.In contrast to the other tubes 3 , the tubes 3 a closest to the burner can be inexpensively manufactured as extruded profiles. They have an inner tube 8 in which the heat transfer fluid is guided and outer walls 9 which determine the outer contour of the tubes 3 a. In addition - as can be seen in particular from Fig. 2 - the inner tubes 8 at the two ends of the tube 3 a nozzle with which the tubes 3 a similar to the other tubes 3 Lich in a conventional manner in the side cheeks of the heat exchanger 1 can be sealed using O-rings.

Die brennernächsten Rohre 3a bieten der intensiven Wärmestrahlung des Brenners und darüber hinaus dem vom Brenner heranströmenden heißen Rauchgas mit ihren Stirnseiten 6 eine relativ große Wärmeüber tragungsfläche an. Das Rauchgas streicht dann an den großen gebogenen Seitenwänden der brenner nächsten Rohre 3 zu deren Schmalkanten 7, so daß auch diese groß dimensionierten Seitenwandungen 9 der brennernächsten Rohre 3a eine gute Wärmeauf nahme und Wärmeübertragung an die Wärmeträger flüssigkeit sicherstellen.The tubes closest to the burner 3 a offer the intense heat radiation from the burner and, in addition, the hot flue gas flowing in from the burner with their end faces 6 to a relatively large heat transfer area. The flue gas then strokes on the large curved side walls of the burner nearest tubes 3 to the narrow edges 7 , so that these large dimensioned side walls 9 of the nearest tubes 3 a ensure good heat absorption and heat transfer to the heat transfer fluid.

Die brennernächsten Rohre 3a können zur Vermeidung von Korrosionseinflüssen korrosionshemmend be schichtet sein. Die negativen Auswirkungen der Korrosion, wie sie bei Lamellenrohren auftreten, sind jedoch bei den als Glattrohren ausgebildeten Rohren 3a nicht zu befürchten, da die Rohre 3a der ersten Brennerreihe sehr große freie Strömungsquer schnitte zwischen sich aufweisen, die auch dann einen guten Abgasdurchsatz durch den Wärmetauscher 1 gewährleistet, wenn die Oberfläche der Rohre 3a der ersten Rohrreihe von einer Oxydschicht bedeckt sein sollte. Durch die Ausgestaltung der Rohre 3a wird verhindert, daß sich ein besonders dicker Oxyd mantel zwischen den Erhebungen bilden kann, wie sie beispielsweise in Form von Lamellen bekannt sind.The pipes closest to the burner 3 a can be coated with a corrosion-inhibiting coating to avoid the effects of corrosion. The negative effects of corrosion, such as occur in fin tubes, however, are not to be feared in the constructed as straight tubes tubes 3 a, since the pipes 3 a of the first burner row very large free flow cross-sections between them that even a good exhaust gas flow through ensures the heat exchanger 1 when the surface of the tubes 3 a of the first row of tubes should be covered by an oxide layer. The design of the tubes 3 a prevents that a particularly thick oxide jacket can form between the elevations, as are known, for example, in the form of fins.

Auf diese Weise ist einerseits gewährleistet, daß der freie Strömungsquerschnitt für das Rauchgas zu den nachfolgenden Rohren 3 stets ungestört und offen bleibt. Zum zweiten ist gewährleistet, daß die Wärmeübertragungseigenschaften der brenner nächsten Rohre 3a über lange Zeit nahezu unverän dert bleiben und nicht durch Korrosionsprodukte eingeschränkt werden.In this way it is ensured, on the one hand, that the free flow cross section for the flue gas to the subsequent pipes 3 always remains undisturbed and open. Secondly, it is ensured that the heat transfer properties of the next burner tubes 3 a remain almost unchanged over a long period of time and are not restricted by corrosion products.

Bei Rohren, die Lamellen oder ähnliche Erhebungen an ihrer Oberfläche aufweisen, können die Oxyd schichten nämlich bis zu einer Höhe heranwachsen, die der Höhe dieser Erhebungen entspricht. Darüber hinaus werden die Oxydschichten üblicherweise durch das Heißgas abgetragen, so daß die Erhebungen eine Stutzfunktion und Schutzfunktion für die Oxyd schichten bilden. Ohne derartige Erhebungen können sich die Oxydschichten daher nur in geringem Maße ausbilden, so daß die üblicherweise aufgrund der Oxydschichten auftretenden Nachteile bei dem er findungsgemäßen Wärmetauscher nicht oder in nur erheblich vermindertem Maßstab auftreten.For pipes, the fins or similar surveys have on their surface, the oxide layers grow up to a height, which corresponds to the amount of these surveys. About that in addition, the oxide layers are usually through the hot gas removed, so that the surveys a Support function and protective function for the oxide form layers. Without such surveys therefore the oxide layers only to a small extent train so that the usually due to Disadvantages occurring in oxide layers in which he inventive heat exchanger not or only occur significantly reduced scale.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel und in den bis herige Ausführungen ist jeweils von einem Brenn wertkessel ausgegangen worden, bei dem die Zone mit dem Wechselklima im Bereich der brennernächsten Rohre liegt. Unter dieser Voraussetzung sind die brennernächsten Rohre vorteilhaft erfindungsgemäß ausgestaltet. Sollte die Zone mit dem beschriebenen Wechselklima, also einem häufigen Wechsel zwischen Trockenheit und Feuchtigkeit und dementsprechend häufig wechselnd trockenen und feuchten Rohrober flächen in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Aufbau des Wärmetauschers andere als die brenner nächsten Rohre betreffen, so kann selbstverständlich in Abwandlung von dem beschriebenen Ausführungsbei spiel vorgesehen sein, andere als die brennernäch sten Rohre erfindungsgemäß auszugestalten oder zu sätzlich zu den brennernächsten Rohren auch andere Rohre oder gesamte andere Rohrreihen erfindungsgemäß auszubilden. Die im wesentlichen erhebungsfreie Ausbildung der brennernächsten Rohre besteht insbe sondere darin, daß keine einander nahe benachbarte Erhebungen, wie Lamellen, Stifte od. dgl., an der Oberfläche der Rohre ausgebildet sind. Eine wellige Ausbildung der Oberfläche hingegen kann die Wärme tauscherfläche vergrößern, ohne die eingangs ge nannten Nachteile, wie sie bei Lamellenrohren auf treten, aufzuweisen.In the described embodiment and in the previous versions are each from a Brenn value boiler, in which the zone with the changing climate in the area closest to the burner Pipes lies. Under this condition, the tubes next to the burner are advantageous according to the invention designed. Should the zone with the described Alternating climate, i.e. a frequent change between Dryness and moisture and accordingly frequently changing dry and moist pipe robbers areas depending on the existing Structure of the heat exchanger other than the burner next pipes can affect, of course in a modification of the described embodiment game should be provided, other than the burner Most tubes according to the invention In addition to the pipes closest to the burner, there are also others Pipes or entire other rows of pipes according to the invention to train. The essentially survey-free In particular, there is training for the pipes closest to the burner special in that none closely adjacent to each other Elevations, such as slats, pins or the like, on the Surface of the tubes are formed. A wavy one Formation of the surface, however, can heat enlarge exchanger surface without the ge mentioned disadvantages, such as those with finned tubes occur.

Claims

1. Heat exchanger for a condensing boiler, with the heat transfer fluid pipes, which are arranged in rows of pipes opposite the burner, characterized in that the pipes ( 3 a) of the next row of pipes have a predominantly smooth, elevation-free upper surface.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the distance between the walls ( 9 ) of two adjacent pipes ( 3 a) of the pipe row closest to the burner is greater than the distance between the fins ( 5 ) of two neighboring pipes ( 3 ) in another Row of pipes to each other.

3. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 a) of the tube row closest to the burner have a larger free flow path between them than the tubes of the rest of the tube row between them.

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 a) of the row of tubes closest to the burner have a substantially drop-shaped or triangular outer contour, the tubes ( 3 a) with their narrow edges ( 7 ) between the tubes ( 3 ) of the next row of pipes.

5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 a) of the tube row closest to the burner comprise an inner tube ( 8 ) and outer walls ( 9 ) which are conductively connected to the inner tube ( 8 ).

6. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the tubes ( 3 a) of the next row of tubes are made of aluminum.

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 a) of the next row of tubes are enamelled.

8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 a) of the tube row closest to the burner are designed as an extruded profile.