DE8600544U1

DE8600544U1 - Heat exchangers for furnaces, especially oil furnaces

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Publication number: DE8600544U1
Application number: DE19868600544
Authority: DE
Original assignee: Bommer Rolf Dipl-Ing 7700 Uberlingen De
Current assignee: Bommer Rolf Dipl-Ing 7700 Uberlingen De
Priority date: 1986-01-11
Filing date: 1986-01-11
Publication date: 1987-03-12

Description

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Wärmetauscher für Feuerungen, insbesondere ÖlfeuerungenHeat exchangers for furnaces, especially oil furnaces

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Feuerungen, insbesondere für Ölfeuerungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger for furnaces, in particular for oil furnaces according to the preamble of claim 1.

Bekannte Wärmetauscher dieser Gattung bestehen aus Metallrohren mit aufgeschweißten Metallrippen oder aus Metallrohren mit angegossenen Rippen. Aus der DE-PS 33 25 200 ist insbesondere ein Wärmetauscher bekannt, bei welchem die Rohre in einem rippenförmigen Gußkörper eingegossen sind. Die metallischen Rohre dienen dazu, das Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser durch den Feuerungsraum zu leiten, während die Rippen dazu dienen die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern.Known heat exchangers of this type consist of metal pipes with welded metal fins or of metal pipes with cast fins. In particular, a heat exchanger is known from DE-PS 33 25 200 in which the pipes are cast in a fin-shaped cast body. The metal pipes are used to conduct the heat transfer medium, usually water, through the combustion chamber, while the fins serve to increase the heat transfer surface.

Die metallischen Rippen haben eine hohe Wärmeleitung, so daß die von den Verbrennungsgasen der Feuerung an die Rippen abgegebene Wärme schnell an das wasserfüh-The metal fins have a high thermal conductivity, so that the heat given off by the combustion gases of the furnace to the fins is quickly transferred to the water-conducting

Postgiroamt: Karlsruhe;76*9;7^54J Bem&kohto? tteibJGhfe.Bink AG Villingen (BLZ 69470039) 146332Postgiroamt: Karlsruhe;76*9;7^54J Bem&kohto? tteibJGhfe.Bink AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

rende Rohr abgeleitet wird. Die gute Wärmeleitung der | metallischen Rippen wird bisher als vorteilhaft angesehen, um die Wärme der Feuerungsgase auszunützen. Die hohe Wärmeleitung der metallischen Rippen führt jedoch zu einer relativ niedrigen Oberflächentemperatur der Rippen, so daß die Flamme der Feuerung unterkühlt wird. Diese Unterkühlung führt zu einer unvollständigen Verbrennung. Eine Erhöhung der Oberflächentemperatur der metallischen Rippen ist wegen des Schmelzpunktes der Metalle und wegen der auftretenden starken Korrosion nicht möglich. Insbesondere beim Anheizen aus dem * kalten Zustand und beim Zünden der Feuerung ist die Verbrennung aus den genannten Gründen unvollständig und erhebliche Mengen an unverbrannten Ölderivaten und Kohlenwasserstoffen gelangen mit den Rauchgasen in die _e Umwelt. Dieser Nachteil wird vor allem dadurch noch IThe good heat conduction of the metallic fins has so far been considered advantageous for utilizing the heat of the combustion gases. However, the high heat conduction of the metallic fins leads to a relatively low surface temperature of the fins, so that the flame of the combustion is undercooled. This undercooling leads to incomplete combustion. An increase in the surface temperature of the metallic fins is not possible due to the melting point of the metals and the strong corrosion that occurs. In particular when heating from a cold state and when igniting the combustion, the combustion is incomplete for the reasons mentioned and considerable amounts of unburned oil derivatives and hydrocarbons are released into the _environment with the flue gases. This disadvantage is mainly caused by the fact that

verstärkt, daß die große Masse der Wärmetauscher zu einer Trägheit führt, die lange Erwärmungszeiten notwendig macht, bis die Betriebstemperatur erreicht wird. | Während dieser Aufheizzeit arbeitet die Feuerung mit schlechter Energienutzung und hoher Immission. freinforced that the large mass of the heat exchanger leads to inertia, which makes long heating times necessary until the operating temperature is reached. | During this heating time, the furnace operates with poor energy utilization and high emissions. f

Aus der Zeitschrift "Sanitär + Heizungstechnik", Sonderdruck 2/1985 ist ein aus keramischem Werkstoff bestehender Wärmetauscher für Gasfeuerungen bekannt. Da der keramische Werkstoff korrosionsbeständig ist, ermöglicht dieser Wärmetauscher eine Abkühlung der Rauchgase der Feuerung bis unter den Taupunkt. Dies hat gegenüber metallischen Wärmetauschern den Vorteil, daß einerseits den Rauchgasen eine größere Wärmemenge entzogen werden kann, so daß s'.''h eine bessere Brennwertnutzung ergibt, und daß anc·¹yrseits die Abkühlung der Rauchgase unter den Taupunkt zu einer Kondensation derA heat exchanger made of ceramic material for gas firing is known from the magazine "Sanitär + Heizungstechnik", special edition 2/1985. Since the ceramic material is corrosion-resistant, this heat exchanger enables the flue gases from the firing to be cooled down to below the dew point. This has the advantage over metal heat exchangers that, on the one hand, a larger amount of heat can be extracted from the flue gases, so that the calorific value is better utilized, and, on the ^other hand, the cooling of the flue gases below the dew point leads to condensation of the

in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe führt, die somit nicht mehr in die Umwelt immitiert werden.pollutants contained in the flue gases, which are therefore no longer emitted into the environment.

Die keramischen Werkstoffe haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Um dennoch eine schnelle Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium Wasser zu erreichen, ist der bekannte keramische Wärmetauscher aus geschichtet^ Folien aufgebaut, so daß sich ein Block mit sich kreuzenden engen Durchtrittskanälen für die Feuerungsgase einerseits und das Wasser andererseits ergibt. Dieser keramische Wärmetauscher hat sich daher im praktischen Einsatz nicht bewährt, da eine Reinigung der engen Gas- und Wasserkanäle praktisch nicht möglich ist. Ein Väjlschmutzen der Abgaskanäle und der Wasserkanäle führt zu einem ungleichmäßigen Durchströmen des blockförmigen Wärmetauschers, so daß sich ein ungleichmäßiger, wechselnder und schlechter Wärmeübergang ergibt. Ein Einsatz dieses keramischen Wärmetauschers ist wegen der Verschmutzungsanfälligkeit bestenfalls für Gasfeuerungen, jedoch nicht für Ölfeuerungen möglich.The ceramic materials have a lower thermal conductivity. In order to achieve rapid heat transfer to the heat transfer medium water, the well-known ceramic heat exchanger is constructed from layered foils, resulting in a block with intersecting narrow passageways for the combustion gases on the one hand and the water on the other. This ceramic heat exchanger has therefore not proven itself in practical use, as cleaning the narrow gas and water channels is practically impossible. Dirt in the exhaust gas channels and the water channels leads to uneven flow through the block-shaped heat exchanger, resulting in uneven, changing and poor heat transfer. Due to its susceptibility to dirt, this ceramic heat exchanger can at best be used for gas firing, but not for oil firing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei einfachem Aufbau und kleinen Abmessungen eine hohe Brennwertnutzung und eine geringe SchadstoffImmission insbesondere auch bei Verwendung für Ölfeuerungen ermög^cht.The invention is based on the object of creating a heat exchanger which, with a simple structure and small dimensions, enables a high calorific value utilization and low pollutant emissions, especially when used for oil firing.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils.This object is achieved according to the invention in a heat exchanger of the type mentioned at the outset by the features of the characterizing part.

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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.

Der erf indungsgernäße Wärmetauscher hat die Form eines Rippenwärmetauschers, der eine große Wärmetauscherober fläche mit einem guten Durchlrittsquerschnitt für die heißen Rauchgase vereinigt. Während bei den herkömmlichen Rippenwärmetauschern Metall als Material für die Rippen verwendet wird, um eine möglichst gute Wärmelei tung von den Rippen zu dem wasserführenden Rohr zu erhalten, wird bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein keramischer Werkstoff für die Rippen verwendet, obwohl dieser keramische Werkstoff eine beringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese zunächst nachteilig erscheinende geringe Wärmeleitfähigkeit dsr Rippen aus keramischem Werkstoff führt überraschenderweise zu einem Wärmetauscher, der in mehrfacher Hinsicht vorteilhafte Eigenschaften der Feuerung ermöglicht.The heat exchanger according to the invention has the form of a finned heat exchanger, which combines a large heat exchanger surface with a good cross-section for the hot flue gases. While in conventional finned heat exchangers metal is used as the material for the fins in order to obtain the best possible heat conduction from the fins to the water-carrying pipe, a ceramic material is used for the fins in the heat exchanger according to the invention, even though this ceramic material has a low thermal conductivity. This initially appearing disadvantageous low thermal conductivity of the fins made of ceramic material surprisingly leads to a heat exchanger that enables advantageous properties of the combustion in several respects.

Der keramische Werkstoff der Rippen weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf. Cberflächentemperaturen von 1000° C bis zu 1500° C sind möglich. Die bei metallischen Rippen mit niedriger Oberflächentemperatur auftretende Unterkühlung der Flamme in der Randzone kann vermieden werden. Durch die gewünschte höhere Oberflächentemperatur der keramischen Rippen kann erreicht werden, daß sogar die Flammen-Temperatur gesenkt werden kann, ohne daß die Randzone der Flamme unterkühlt wird. Die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe wie NO_x werden erheblich reduziert. Verbrennungshilfen, wie sie bei metallischen Wärmetauschern eingesetzt werden und die Immission von NO_x erhöhen, sind überflüssig.The ceramic material of the fins is highly heat-resistant. Surface temperatures of 1000° C to 1500° C are possible. The undercooling of the flame in the edge zone that occurs with metallic fins with a low surface temperature can be avoided. The desired higher surface temperature of the ceramic fins means that the flame temperature can even be reduced without the edge zone of the flame being undercooled. The pollutants produced during combustion, such as NO _x, are significantly reduced. Combustion aids, such as those used in metallic heat exchangers and which increase the emission of NO _x , are superfluous.

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Die geringe Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs hat zur Folge, daß die radial äußeren Bereiche der Rippen auf eine hohe Temperatur von bis zu beispielsweise 800° C erhitzt werden, während das radial innere wasserführende Rohr die Wassertemperatur von etwa 90⁰C nicht überschreitet. Aufgrund dieser hohen Temperaturdifferenz zwischen den äußeren und den inneren Bereichen der Rippen findet ein ausreichender Wärmetransport trotz der geringen Wärmeleitfähigkeit statt. Die hohe Temperatur in den Außenbereicher. der Rippen bewirkt eino Nachverbrennung von Rußteilchen und unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen, die sich beim Brennerstart an den Wärmetauscherflächen niederschlagen. Eine Verrußung des Wärmetauschers wird dadurch vermieden. Der Wärmetauscher zeigt selbstrsinigende Eigenschaften.The low thermal conductivity of the ceramic material means that the radially outer areas of the fins are heated to a high temperature of up to 800°C, for example, while the radially inner water-carrying pipe does not exceed the water temperature of around 90 ^° C. Due to this high temperature difference between the outer and inner areas of the fins, sufficient heat transport takes place despite the low thermal conductivity. The high temperature in the outer areas of the fins causes afterburning of soot particles and incompletely burned hydrocarbons, which settle on the heat exchanger surfaces when the burner starts. This prevents the heat exchanger from becoming sooty. The heat exchanger has self-cleaning properties.

Die trotz der hohen Flammentemperatur und der hohen Oberflächentemperatur der radial äußeren Rippenbereiche niedrige Temperatur des wasserführenden Rohres ermöglicht eine korrosionsbeständige Beschichtung des wasserführenden Rohres, die keine hohe Wärmefestigkeit aufweisen muß. Das wasserführende Rohr kann daher ein metallisches Rohr sein, das eine Kunststoff- oder Email-Beschichtung als Korrosionsschutz aufweist.The low temperature of the water-carrying pipe, despite the high flame temperature and the high surface temperature of the radially outer fin areas, enables a corrosion-resistant coating of the water-carrying pipe that does not have to have a high heat resistance. The water-carrying pipe can therefore be a metallic pipe that has a plastic or enamel coating as corrosion protection.

Der keramische Werkstoff der Rippen ist: äußerst korrosionsbeständig. Auch das wasserführende Rohr ist äußerst korrosionsbeständig, weil dieses entweder ebenfalls aus keramischem Werkstoff besteht oder im Falle eines metallischen Rohres eine korrosionsbeständige Oberflachenbeschichtung aufweist. Mitcels des Wärmetauschers können die Rauchgase daher auch unter denThe ceramic material of the fins is: extremely corrosion-resistant. The water-carrying pipe is also extremely corrosion-resistant because it is either also made of ceramic material or, in the case of a metal pipe, has a corrosion-resistant surface coating. Using the heat exchanger, the flue gases can therefore also be

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Taupunkt abgekühlt werden, so daß die Schadstoffe der Rauchgase an den Wärmetauscherflächen kondensieren und nicht zusammen mit den Rauchgasen in die Umwelt gelangen. Bei den herkömmlichen metallischen Wärmetauschern, die eine geringe Korrosionsbeständigkeit gegenüber den kondensierten Schadstoffen der Rauchgase aufweisen, können die Rauchgase nicht unter den Taupunkt von etwa 60⁰C abgekühlt werden und die Schadstoffe gelangen mit den Rauchgasen in die Umwelt. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann da^e^en bei Brennveriheiz-unpen ein^ie— setzt werden, bei welchen die Rauchgase bis etwa 10⁰C abgekühlt werden können, wobei sich einerseits eine wesentlich höhere Brennwertnutzung ergibt und andererseits die umweltschädlichen Verbrennungsprodukte durch Kondensation aus den Rauchgasen abgeschieden werden. |dew point so that the pollutants in the flue gases condense on the heat exchanger surfaces and do not escape into the environment together with the flue gases. In conventional metal heat exchangers, which have a low corrosion resistance to the condensed pollutants in the flue gases, the flue gases cannot be cooled below the dew point of about 60 ⁰ C and the pollutants escape into the environment with the flue gases. The heat exchanger according to the invention can therefore be used in combustion heating plants in which the flue gases can be cooled to about 10 ⁰ C, which on the one hand results in a significantly higher calorific value utilization and on the other hand the environmentally harmful combustion products are separated from the flue gases by condensation. |

Die geringe Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes der Rippen hat weiter zur Folge, daß beim Brennerstart die Oberfläche der Rippen sehr schnell aufgeheizt wird, so daß bereits in wenigen Sekunden nach einem Kaltstart des Brenners die für die optimale Verbrennung erforderliche Flammentemperatur erreicht werden kann. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der keramischen Rippen können die Wärmetauscher außerdem mit geringer Masse hergestellt werden. Der mit den Wärmetauschern ausgestattete Heizkessel kann daher geringe Abmessungen aufweisen und ist platzsparend. AusserCem weisen die Wärmetauscher eine geringe Trägheit | auf, so daß auch nach einem Kaltstart das Wasser sehr schnell auf die Betriebstemperatur aufgeheizt ist. Die geringe Masse des Wärmetauschers verringert dabei die Verluste erheblich, die durch das beim Brennerstart zunächst notwendige Aufheizen der WärmetauscherThe low thermal conductivity of the ceramic material of the fins also means that the surface of the fins heats up very quickly when the burner starts, so that the flame temperature required for optimum combustion can be reached in just a few seconds after a cold start of the burner. Due to the low thermal conductivity of the ceramic fins, the heat exchangers can also be manufactured with a low mass. The boiler equipped with the heat exchangers can therefore have small dimensions and save space. In addition, the heat exchangers have a low inertia, so that even after a cold start the water is heated up to the operating temperature very quickly. The low mass of the heat exchanger significantly reduces the losses caused by the initial heating of the heat exchangers when the burner starts.

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Während die Rippen des Wärmetauschers stets aus keramischen Werkstoff bestehen, kann das wasserführende
innere Rohr aus keramischem Werkstoff oder aus Metall bestehen. Die Rippen werden einzeln hergestellt und auf das Rohr aufgeschoben. Wenn das Rohr aus keramischem Werkstoff besteht, können die Rippen und das Rohr auch einstückig hergestellt werden. Da diese Herstellung Je^ doch technisch schwierig und aufwendig ist, werden auch bei einem keramischen Rohr vorzugsweise die Rippen einzeln hergestellt und auf das Rohr aufgeschoben. Dies hat zudem den Vorteil, daß die Rippen aus einem preisgünstigeren keramischen Werkstoff hergestellt werden können als das Rohr, für das höhere Anforderungen an die mechanische Festigkeit und insbesondere an die
Dichtigkeit gestellt werden müssen. Die Wahl des
keramischen Werkstoffes für die Rippen, wird bestimmt durch die Wärmeleitfähigkeit, die mechanische Festigkeit und die Herstellungseigenschaften.While the fins of the heat exchanger are always made of ceramic material, the water-bearing
inner tube can be made of ceramic material or metal. The fins are manufactured individually and pushed onto the tube. If the tube is made of ceramic material, the fins and the tube can also be manufactured as one piece. However, since this manufacturing is technically difficult and expensive, the fins are preferably manufactured individually and pushed onto the tube even in the case of a ceramic tube. This also has the advantage that the fins can be made of a cheaper ceramic material than the tube, which has higher requirements for mechanical strength and in particular for the
Tightness must be ensured. The choice of
ceramic material for the fins is determined by the thermal conductivity, the mechanical strength and the manufacturing properties.

Da der keramische Werkstoff ohnehin eine geringere
Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine hohe Temperturdifferenz zwischen den Außenbereichen der Rippen und dem wasserführenden Rohr vorhanden ist, ist es nicht nachteilig, wenn beim Aufschieben der Rippen auf das Rohr ein geringer Spalt zwischen dem Rohr und den
Rippen vorhanden ist. Dieser Spalt wird vorzugsweise durch ein geeignetes Bindemittel, z.B. einen keramischen Kleber ausgefüllt. Die Rippen werden verdrehfest auf dem Rohr gehalten, wozu das Rohr beispielsweise einen unrunden Querschnitt oder einen axialSince the ceramic material has a lower
thermal conductivity and there is a high temperature difference between the outer areas of the fins and the water-carrying pipe, it is not disadvantageous if a small gap is left between the pipe and the
ribs. This gap is preferably filled with a suitable binding agent, e.g. a ceramic adhesive. The ribs are held on the pipe in a torsion-proof manner, for which the pipe can have, for example, a non-circular cross-section or an axially

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verlaufenden Außensteg aufweisen kann,8th
running outer web,

Zweckmäßigerweise sitzen die Rippen mit einem axial verbreiterten FUß auf dem Rohr, so daß sich durch die aneinanderstoßenden Füße zwangsläufig der gewünschte axiale Abstand der Rippen ergibt. Außerdem wird durch die aneinanderstoßenden axialen verbreiterten Füße eine Abdeckung des Rohres mit keramischem Werkstoff er-The ribs are conveniently seated on the pipe with an axially widened BASE, so that the abutting feet inevitably result in the desired axial distance between the ribs. In addition, the abutting axially widened feet ensure that the pipe is covered with ceramic material.

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dieses gegen die hohe Flammentemperatur und gegen die Korrosion durch die kondensierten Schadstoffe geschützt ist.this is protected against the high flame temperature and against corrosion caused by the condensed pollutants.

Die Rippen sind vorzugsweise in die Achse des Rohres senkrecht schneidenden Ebenen angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Rippen in einer zu dieser Achse geneigten Ebene anzuordnen. Insbesondere ist es auch möglich, die Rippen parallel zur Achse des Rohres anzuordnen, so daß sie vorzugsweise in axialen Schnittebenen liegen.The ribs are preferably arranged in planes that intersect the axis of the tube perpendicularly. However, it is also possible to arrange the ribs in a plane that is inclined to this axis. In particular, it is also possible to arrange the ribs parallel to the axis of the tube, so that they preferably lie in axial cutting planes.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using embodiments shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Figur IFigure I

einen Äxialschnitt durch einen Wärmetauscher, wobei unterschiedliche Äusführungsformen dargestellt sind,an axial section through a heat exchanger, showing different designs,

Figur 2Figure 2

eine Stirnansicht einer Rippe,a frontal view of a rib,

Figur 3Figure 3

eine Stirnansicht einer anderena front view of another

AusführungsformEmbodiment

der Rippe,the rib,

Figur 4Figure 4

weitere Äusführungsformen der Rippen undfurther designs of the ribs and

Figur 5Figure 5

im Axialschnitt die Verbindung zweier Wärmetauscher.in axial section the connection between two heat exchangers.

In der Fig. 1 sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Wärmetauschers dargestellt. Der Wärmetauscher besteht aus einem das Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser führenden Rohr 10 und aus auf diesem Rohr 10 angeordneten Rippen 12. Das Rohr 10 besteht aus keramischem Werkstoff oder aus Metall. Als keramischer Werkstoff wird ein Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit und hohe Dichtigkeit verwendet. Als metallisches Rohr wird vorzugsweise ein Stahlrohr verwendet.Fig. 1 shows different designs of the heat exchanger. The heat exchanger consists of a pipe 10 carrying the heat transfer medium, in particular water, and of fins 12 arranged on this pipe 10. The pipe 10 consists of ceramic material or metal. A material with high mechanical strength and high tightness is used as the ceramic material. A steel pipe is preferably used as the metal pipe.

Die Rippen 12 sind einzeln auf das Rohr 10 aufgeschoben und werden, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, auf dem Rohr 10 drehfest gehalten. Weist das Rohr 10 einen runden Querschnitt auf, so ist an seinem Außenumfang ein axial verlaufender Außensteg 14 vorgesehen, der in eine entsprechende Kerbe der Rippen 12 eingreift, wie Fig. 2 zeigt. Weist das Rohr 10 einen unrunden, z.B: rechteckigen Querschnitt auf, so ergibt sich der drehfeste Sitz der Rippen 12 auf dem Rohr 10 von selbst, wie Fig. 3 zeigt.The ribs 12 are individually pushed onto the tube 10 and, as shown in Figures 2 and 3, are held on the tube 10 in a rotationally fixed manner. If the tube 10 has a round cross-section, an axially extending outer web 14 is provided on its outer circumference, which engages in a corresponding notch in the ribs 12, as shown in Figure 2. If the tube 10 has a non-round, e.g. rectangular, cross-section, the rotationally fixed fit of the ribs 12 on the tube 10 occurs automatically, as shown in Figure 3.

Wie die Figuren 1, 2 und 3 zeigen, sind die Rippen 12 in einer die Achse des Rohres 10 senkrecht schneidenden Ebene angeordnet und weisen im allgemeinen eine quadratische oder rechteckige Form auf. Die Rippen 12 sitzen mit einem axial verbreiterten Fuß 16 auf dem Rohr 10. Der axial verbreiterte Fuß 16 bildet einen kurzen Rohrstutzen, mit dem die axial aufeinanderfolgenden Rippen 12 aneinanderstoßen. Dadurch werden die Rippen 12 beim Aufschieben auf das Rohr 10 zwangsläufig in dem durch die axiale Länge der Füße 16 vorgegebenen Abstand angeordnet. As shown in Figures 1, 2 and 3, the ribs 12 are arranged in a plane that cuts perpendicularly through the axis of the tube 10 and generally have a square or rectangular shape. The ribs 12 sit on the tube 10 with an axially widened foot 16. The axially widened foot 16 forms a short pipe socket with which the axially consecutive ribs 12 abut one another. As a result, the ribs 12 are inevitably arranged at the distance specified by the axial length of the feet 16 when pushed onto the tube 10.

Die Rippen 12 bestehen aus einem keramischen Werkstoff, der entsprechend seinen mechanischen und herstellungstechnischen Eigenschaften ausgewählt wird. Insbesondere wird ein keramischer Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit gewählt, die den Abmessungen so angepaßt ist, daß sich eine hohe Temperatur in den radial äußeren Bereichen bei einer niedrigen Temperatur am Rohr 10 ergibt.The fins 12 consist of a ceramic material which is selected according to its mechanical and manufacturing properties. In particular, a ceramic material is selected with a thermal conductivity which is adapted to the dimensions in such a way that a high temperature is obtained in the radially outer regions with a low temperature on the tube 10.

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Die Rippen 12 können an ihrer Oberfläche Noppen 18 oder sonstige Vorsprünge aufweisen, die dazu dienen, die Turbulenz der an den Rippen 12 vorbeiströmenden Flamme bzw. Rauchgase zu erhöhen, um einen besseren Wärmeaustausch zu bewirken.The fins 12 can have knobs 18 or other projections on their surface, which serve to increase the turbulence of the flame or flue gases flowing past the fins 12 in order to achieve better heat exchange.

In Fig. 1 sind einzelne axiale Abschnitte des Wärmetauschers in unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt. Im ersten linken Abschnitt sind die Rippen 12 auf ein keramisches oder metallisches Rohr 10 aufgeschoben. Der zwischen den Füßen 16 der Rippen 12 und dem Rohr 10 verbleibende Spalt ist mit einem geeigneten Bindemittel 20 ausgefüllt, z.B. mit einem keramischen Kleber. Die Füße 16 der aneinander anschließenden Rippen 12 stoßen stumpf aneinander.In Fig. 1, individual axial sections of the heat exchanger are shown in different embodiments. In the first left section, the fins 12 are pushed onto a ceramic or metal tube 10. The gap remaining between the feet 16 of the fins 12 and the tube 10 is filled with a suitable binding agent 20, e.g. with a ceramic adhesive. The feet 16 of the adjoining fins 12 abut against one another.

Im zweiten Abschnitt von links sind Rippen 12 dargestellt, deren Füße 16 an den axialen Stoßflächen ein Profil aufweisen, mit dem die aneinander anliegenden Stoßflächen der Füße 16 axial ineinandergreifen. Dadurch ergibt sich eine vollständigere Abdichtung zwischen den aneinanderstoßenden Rippen ohne radial durchgehende Stoßfuge. Die Füße 16 der Rippen 12 umschließen somit das Rohr 10 vollständig dicht, so daß das Rohr 10 gegen die umittelbare Einwirkung der Brennerflamme und gegenüber dem Schadstoffkondensat geschützt ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Rohr 10 ein metallisches Rohr ist, das keine hohe Hitze- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.In the second section from the left, ribs 12 are shown, the feet 16 of which have a profile on the axial abutting surfaces, with which the abutting surfaces of the feet 16 engage axially. This results in a more complete seal between the abutting ribs without a radially continuous butt joint. The feet 16 of the ribs 12 thus completely enclose the pipe 10 so that the pipe 10 is protected against the direct effect of the burner flame and against the pollutant condensate. This embodiment is particularly advantageous if the pipe 10 is a metallic pipe that does not have a high level of heat and corrosion resistance.

In dem dritten Abschnitt von links in Fig. 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher das Rohr 10 ein metallisches Stahlrohr ist. Um das Rohr vor Korrosion bei Abkühlung der Rauchgase bis zur Kondensation der Schadstoffe zu schützen, ist das Rohr 10 mit einer korrosionsbeständigen Oberflachenbeschichtung 22 versehen. Die Oberflachenbeschichtung 22 kann eine Emaillierung oder eine Kunststoffbeschichtung sein. Ebenso ist es möglich, einen Kunststoffschlauch über das Rohr zu ziehen, um das Rohr 10 auch im Inneren vor Korrosion durch das Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser zu schützen, kann auch die Innenoberfläche des Rohres mit einer Kunststoffbeschichtung 24 versehen sein.In the third section from the left in Fig. 1, an embodiment is shown in which the pipe 10 is a metallic steel pipe. In order to protect the pipe from corrosion when the flue gases cool down until the pollutants condense, the pipe 10 is provided with a corrosion-resistant surface coating 22. The surface coating 22 can be an enamel or a plastic coating. It is also possible to pull a plastic hose over the pipe in order to protect the pipe 10 on the inside from corrosion caused by the heat transfer medium, in particular water. The inner surface of the pipe can also be provided with a plastic coating 24.

In diesem dritten Abschnitt ist außerdem eine weitexe Variante der Rippen 12 dargestellt. In die Rippen 12 au^ keramischen Werkstoff ist eine metallische Blechscheibe 26 eingebettet, die die Wärmeleitung der Rippe 12 verbessert. Da die Blechscheibe 26 im Inneren der keramischen Rippe 12 angeordnet ist, befindet sich auch bei höherer Oberflächentemperatur der Rippe 12 die Blechscheibe auf einer niedrigeren Temperatur, da sie die Wärme schneller nach innen zu dem wasserführenden Rohr ableitet.This third section also shows a further variant of the fins 12. A metal sheet disk 26 is embedded in the fins 12 made of ceramic material, which improves the heat conduction of the fin 12. Since the sheet disk 26 is arranged inside the ceramic fin 12, the sheet disk is at a lower temperature even when the surface temperature of the fin 12 is higher, since it conducts the heat more quickly inwards to the water-carrying pipe.

Der vierte Abschnitt von links in Fig. 1 stellt eine Ausführungsform dar, bei welcher das Rohr 10 aus einem keramischen Werkstoff besteht und die Rippen 12 einstückig mit diesem Rohr 10 ausgebildet sind. In diesem Fall sind die Rippen 12 selbstverständlich nur einfache Scheiben ohne einen verbreiterten Fuß.The fourth section from the left in Fig. 1 represents an embodiment in which the tube 10 consists of a ceramic material and the ribs 12 are formed in one piece with this tube 10. In this case, the ribs 12 are of course only simple disks without a widened base.

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In dem letzten Abschnitt des Wärmetauschers in Fig. 1 ist dargestellt, wie die Rippen 12 auf dem Rohr 10 mechanisch miteinander verspannt werden können, damit die Füße 16 der Rippen 12 in axialer Richtung dicht aneinander anschließen. Hierzu ist am Ende des Rohres eine Schulter 28 vorgesehen, an welcher sich die letzte Rippe 12 des Wärmetauschers mit ihrem Fuß 16 axial abstützt.The last section of the heat exchanger in Fig. 1 shows how the fins 12 on the tube 10 can be mechanically clamped together so that the feet 16 of the fins 12 are tightly connected to one another in the axial direction. For this purpose, a shoulder 28 is provided at the end of the tube, on which the last fin 12 of the heat exchanger is axially supported with its foot 16.

Um die Gesamtabmessungen eines mit den Wärmetauschern ausgestatteten FeuTungskessels klein zu halten, sind die Wärmetauscher in dem Feuerungsraum vorzugsweise in der Weise angeordnet, daß die Rippen 12 nebeneinander angeordneter Wärmetauscher axial gegeneinander versetzt sind und ineinander eingreifen, wie dies in Fig, I unten angedeutet ist. Dadurch wird eine große Wärmeaustauschfläche auf kleinem Raum untergebracht.In order to keep the overall dimensions of a combustion boiler equipped with heat exchangers small, the heat exchangers in the combustion chamber are preferably arranged in such a way that the fins 12 of heat exchangers arranged next to one another are axially offset from one another and engage with one another, as is indicated in Fig. 1 below. This allows a large heat exchange surface to be accommodated in a small space.

In Fig. 4 sind weitere Ausführungsformen des Wärmetauschers im Querschnitt dargestellt. In diesen Ausführungsformen verlaufen die Rippen 12 in Längsrichtung des Rohres 10, so daß sie in axialen Schnittebenen des Rohres 10 liegen. Solche achsparallelen Rippen 12 sind herstellungstechnisch einfacher einstückig mit dem Rohr 10 herzustellen, so daß bei diesen Ausführungsformen eine einstückige Ausbildung von Rohr 10 und Rippen 12 bevorzugt wird.In Fig. 4, further embodiments of the heat exchanger are shown in cross section. In these embodiments, the fins 12 run in the longitudinal direction of the tube 10, so that they lie in axial cutting planes of the tube 10. Such axially parallel fins 12 are easier to manufacture in one piece with the tube 10, so that in these embodiments, a one-piece design of the tube 10 and fins 12 is preferred.

Die Rippen können zur Erhöhung der Turbulenz der durchströmenden Gase auch hierbei Nopyen 18 aufweisen. Ebenso ist es möglich, die Rippen gewellt auszubilden,The ribs can also contain Nopyen 18 to increase the turbulence of the gases flowing through. It is also possible to make the ribs corrugated,

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wie dies bei 12' angedeutet ist, oder gekrümmt auszubilden, wie dies bei 12*' angedeutet ist.as indicated at 12', or curved, as indicated at 12*'.

In dieser Äusführungsform kann der aus Rohr 10 und Rippen 12 bestehende Wärmetauscher über seine gesamte axiale Länge in einem Stück ausgebildet sein. Es ist auch möglich, daß Wärmetauscher aus einzelnen axialen Abschnitten zusammenzusetzen.In this embodiment, the heat exchanger consisting of tube 10 and fins 12 can be formed in one piece over its entire axial length. It is also possible to assemble the heat exchanger from individual axial sections.

Das Rohr 10 der Wärmetauscher ist durch die Wand 30 des Feuerungsraumes hindurchgeführt, die gleichzeitig eine axiale Abstützung für die Rippen 12 bilden kann. Außerhalb der Wand 30 des Feuerungsraumes ist ein ü-förmiges Rohrteil 32 fluchtend an die Ende der Rohre 10 der beiden Wärmetauscher angesetzt. Zugankerstangen 34 durchsetzen das U-förmige Rohrstück 32 und verlaufen axial durch die Wärmetauscher. Durch eine auf das ausThe pipe 10 of the heat exchanger is led through the wall 30 of the combustion chamber, which can simultaneously form an axial support for the fins 12. Outside the wall 30 of the combustion chamber, a U-shaped pipe section 32 is attached in alignment to the end of the pipes 10 of the two heat exchangers. Tie rods 34 pass through the U-shaped pipe section 32 and run axially through the heat exchangers.

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Die nebeneinander in einem Feuerraum angeordneten |The |

Wärmetauscher weisen in dieser Ausführungsform vorzugsweise einen so geringen Abstand auf, daß dieHeat exchangers in this embodiment preferably have such a small distance that the

1 Rippen 12 ineinandergreifen. «1 ribs 12 interlock. «

Um die Rauchgase schrittweise von der hohen Flarmnentemperatur bis unter den Taupunkt abzukühlen, sind die Wärmetauscher zumindest teilweise in Reihe geschaltet und werden im Gegenstromprinzip vom Wasser durchflos- | sen. Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit der Verbindung von zwei hintereinander geschalteten Wärmetauschern.In order to gradually cool the flue gases from the high flame temperature to below the dew point, the heat exchangers are at least partially connected in series and the water flows through them in countercurrent. Fig. 5 shows one possibility of connecting two heat exchangers connected in series.

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dem Rohrstück 32 herausragende Ende der Zugankerstange 34 aufgesetzte Mutter kann das Rohrstück 32 an den Rohren 10 der Wärmetauscher festgelegt werden. Die Zugankerstange 34 kann dabei gleichzeitig zur mechanischen axialen Verspannung der Rippen 12 dienen. Da der keramische Werkstoff spröde ist, dient die Zugankerstange 34 nur dazu, die Teile axial aneinander festzulegen, übt jedoch keinen oder nur einen geringen axialen Druck aus. Um die Verbindung zwischen den Rohren 10 der Wärmetauscher und dem Rohrstück 32 ohne axialen Druck abzudichten, werden die Stoßfugen von einer elastischen Dichtung 36 in Form eines flachen Rings überdeckt. Die Dichtungen 36 werden jeweils von einem sie umschließenden Stützring 38 abdichtend auf der Stoßfuge gehalten.The pipe section 32 can be secured to the pipes 10 of the heat exchanger by means of a nut placed on the end of the tie rod 34 protruding from the pipe section 32. The tie rod 34 can also serve to mechanically axially brace the fins 12. Since the ceramic material is brittle, the tie rod 34 only serves to axially secure the parts to one another, but exerts little or no axial pressure. In order to seal the connection between the pipes 10 of the heat exchanger and the pipe section 32 without axial pressure, the butt joints are covered by an elastic seal 36 in the form of a flat ring. The seals 36 are each held in place on the butt joint by a support ring 38 that surrounds them.

Claims

Protection claims

Heat exchanger for furnaces, in particular oil furnaces, consisting of a tube and fins arranged on the latter/ characterized in that the fins (12) are made of ceramic material and the tube (10) has a corrosion-resistant surface.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the fins (12) are pushed onto the tube (10) and glued to it.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the tube (10) consists of a ceramic material.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the tube (10) and the fins (12) are formed as one piece.

5. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the ceramic material of the tube (10)

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peuJschji'ßVrA'AG Viüingen IELZ 694 70039) 146332peuJschji'ßVrA'AG Viüingen IELZ 694 70039) 146332

has a higher tightness and mechanical strength than the material of the ribs (12).

&dgr;. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized

characterized in that the tube (10) is made of metal and has a corrosion-resistant surface coating (22) on it.

J 7. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the corrosion-resistant surface coating (22) is an enamel coating.

8. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the corrosion-resistant surface coating (22) is a plastic coating or a plastic hose.

9. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the fins (12) completely cover the surface of the tube (10).

10.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a layer of a material with greater thermal conductivity is embedded in the ribs (12).

11.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the ribs (12) are provided with an axially widened foot (16) on the tube

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(10) and abut each other axially with this FOOT (16).

12.Heat exchanger according to claim 11, characterized in that the abutting feet (16) of the ribs (12) engage axially with a profile,

13. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the ribs (12) are mechanically braced against one another in the axial direction.

14. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube (10) has a non-circular external cross-section.

15. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube (10) has an axially parallel outer web (14).

16. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ribs (12) have elevations (nubs 18) on their surface. &igr;

17. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ribs (12) are arranged in planes perpendicular to the axis of the tube (10).

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Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ribs (12) are arranged in planes that are inclined or parallel to the axis of the tube (10).

19. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the tube (10) has a heat-resistant inner coating (24).

20. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that devices for increasing the turbulence of the heat transfer medium flowing through it are provided in the tube (10).

21. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that at least one end of the tube (10) a pressure-tight connection to a connecting tube is provided, which does not exert any pressure force on the tube (10).

22. Heat exchanger according to claim 21, characterized in that the butt joint of the adjoining tubes (10, 32) is covered by an elastic seal (36) resting on the outer circumference of the tube (10), which is enclosed on its outer circumference by a support ring (38).

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23i Heat exchanger according to claim 21, characterized in that the adjoining tubes (10) are held together by a tie rod (34) inserted into the tubes (10), by a union nut or by a flange connection.