DE9002997U1

DE9002997U1 - Downstream heat exchanger

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Publication number: DE9002997U1
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Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-07-18
Anticipated expiration: 2000-03-13

Description

(16 356) &udigr; §.c h s cha J^t wärme tau s c he r(16 356) &udigr; §.c h s cha J^t heat exchanger

Die Neuerung betrifft einen Nachschaltwärmetauscher, insbesondere für mit Gas-/Öl-Kombinationsbrennern ausgerüstete Heizkessel gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches .The innovation relates to a downstream heat exchanger, in particular for boilers equipped with gas/oil combination burners according to the generic term of the main claim .

Nachschaltwärmetauscher der genannten Art sind hinlänglich bekannt und in Benutzung und bedürfen insoweit keines besonderen druckschrift1ichen Nachweises. Größere Heizkessel werden zuweilen mit sogenannten Kombinationsbrennern für die wahlweise Verbrennung von Gas oder öl ausgerüstet. Wenn in kalten Jahreszeiten die Abnahmespitze für Gas ansteigt, dann können derartige Brenner auf den Betrieb mit öl umgeschaltet werden. Sofern derartige Kombinationsbrenner installiert sind, räumt der Gaslieferant in der Regel einen günstigeren Tarif ein. Wenn hinter derart ausgerüsteten Heizkesseln Wärmetauscher nachgeschaltet sind, um die Wärme der Abgase besser zu nutzen, dann ergeben sich je nach Art des benutzten Brennstoffes unterschiedliche Belastungsverhältnisse und zwar hinsichtlich der Kondensatgefährdung, d.h., bei der Verbrennung von öl entstehen beträchtliche Mengen von Schwefeldioxyd, das derartige Kondensate wesentlich aggressiver macht als bei der Verbrennung von Gas anfallendes Kondensat. Egal ob nunDownstream heat exchangers of the type mentioned are well known and in use and do not require any special written proof. Larger boilers are sometimes equipped with so-called combination burners for the optional combustion of gas or oil. When gas consumption peaks in the cold season, such burners can be switched to operate with oil. If such combination burners are installed, the gas supplier usually offers a cheaper tariff. If heat exchangers are installed downstream of boilers equipped in this way in order to make better use of the heat from the exhaust gases, then different load conditions arise depending on the type of fuel used, namely with regard to the risk of condensate, i.e. when oil is burned, considerable amounts of sulphur dioxide are produced, which makes such condensates much more aggressive than the condensate produced when gas is burned. Regardless of whether

die Gasführungskanäle taschen- oder rohrförmig ausgebildet sind, ist zu beobachten, daß sich niederschlagendes Kondensat die Neigung hat, mehr oder weniger zu Schlieren zusammenzufließen, d.h., keine zusammenhängende, gleichmäßig verteilte und nach unten abfließende Haut bildet. Dies gilt insbesondere für taschenartig ausgebildete Gasführungskanäl e, d.h., Rohre sind insoweit weniger anfällig, unterliegen aber letztlich auch der Gefahr des Kondensatzusammenflusses. Ein solcher strähnenartiger Abfluß des Kondensates fUhrt aber dazu, daß es zu einer Aufkonzentration des Kondensates kommt, die sich beim Abtrocknen besonders nachteilig bemerkbar macht, wobei dann im Laufe der Zeit die bereits durch Kondensat angegriffenen Stellen bevorzugte Bereiche für den Kondensatabfluß bilden. Es geht also entscheidend darum, von vornherein dafür zu sorgen, daß sich der Kondensatabfluß möglichst optimal in einer gleichmäßig verteilten, dünnen Schicht vollzieht, womit auch der Wärmeübergang vergleichmäßigt und verbessert werden soll.the gas ducts are designed as pockets or tubes, it can be observed that condensate that settles has a tendency to more or less flow together in streaks, i.e., it does not form a coherent, evenly distributed skin that flows downwards. This applies in particular to gas ducts designed as pockets, i.e., pipes are less susceptible to this, but are ultimately also subject to the risk of condensate confluence. Such a streak-like flow of condensate, however, leads to a concentration of the condensate, which is particularly noticeable when drying, and over time the areas already affected by condensate become preferred areas for condensate drainage. It is therefore crucial to ensure from the outset that the condensate drains off as optimally as possible in a thin, evenly distributed layer, which should also even out and improve the heat transfer.

Diese Aufgabe ist mit einem Nachschaltwärmetauscher der eingangs genannten Art nach der Neuerung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den abhängigen Unteransprüchen.This task is solved with a downstream heat exchanger of the type mentioned at the beginning according to the innovation by the features stated in the characterizing part of the main claim. Advantageous further developments arise from the dependent subclaims.

Für diese Lösung ist also zunächst einmal wesentlich, daß für derartige Nachschaltwärmetauscher nicht ta-For this solution, it is therefore essential that for such downstream heat exchangers,

schenartige Gasführungskanäle vorgesehen werden, sondern die bezüglich eines gleichmäßigeren Kondensatabflusses günstigeren Rohre, die insoweit für Wärmetauscher ganz allgemein selbstverständlich hinlänglich bekannt sind. Ferner ist wesentlich, daß der Wärmetauscher bzw. dessen die GasfUhrungskanäle bildenden Rohre möglichst genau vertikal orientiert sind, da schon bei relativ geringen Neigungen die Tendenz zum strähnenartigen Zusammenfließen des niedergeschlagenen Kondensates zur Neigungsseite hin zunimmt. Mit der Verwendung von innen so glatt wie möglich gehaltenen Rohren ist es allerdings allein nicht getan, sondern zur Lösung der Aufgabe ist die Anordnung von sich quer zur Längsachse erstreckenden Sickungen mindestens im oberen Bereich unterhalb des oberen Rohranschlußbodens sehr wesentlich, die sich um den ganzen Rohrumfang erstrecken und welche sich stetig nach oben und unten an die sich anschließende Rohrwand übergehend ausgebildet sind.It is important that the heat exchanger or the pipes forming the gas ducts are oriented as precisely as possible vertically, since even with relatively low inclinations the tendency for the condensate to flow together in strands increases towards the side of the incline. However, the use of pipes that are as smooth as possible on the inside is not enough; to solve the problem, it is very important to arrange beads that extend transversely to the longitudinal axis, at least in the upper area below the upper pipe connection base, which extend around the entire circumference of the pipe and which are designed to merge continuously upwards and downwards to the adjoining pipe wall.

Abgesehen davon, daß derartige Sickungen vorteilhaft bis zu einem gewissen Grade zu einer turbulenten Durchströmung der Rohre beitragen, wird durch diese Sickungen erreicht, daß sich das ablaufende Kondensat an den Sickungen bis zu einem gewissen Grade staut und dann wiederum von den Sickungen vergleichmäßigt nach unten ab- bzw. weiterfließt. Soweit sich dabei in den Zwischenbereichen wieder Strähnen bilden sollten, lösen sich diese an der nächsten Sickung wieder auf. Zweckmä-Apart from the fact that such corrugations advantageously contribute to a turbulent flow through the pipes to a certain degree, these corrugations ensure that the condensate that runs off accumulates at the corrugations to a certain degree and then flows evenly downwards from the corrugations. If strands should form again in the intermediate areas, these dissolve again at the next corrugation.

ßig werden diese Sickungen also in relativ engen Abständen über die ganze Länge der Rohre vorgesehen. Da auf diese Weise, wie sich gezeigt hat, ein relativ gleichmäßig verteilter und nach unten abströmender Kondensatfilm erreichbar ist, wird dadurch auch der Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen zum Wasser vergleichmäßigt und damit verbessert.These beads are therefore provided at relatively close intervals along the entire length of the pipes. As it has been shown, this method achieves a relatively evenly distributed condensate film flowing downwards, which also evens out and improves the heat transfer from the combustion gases to the water.

Da die Rohre für derartige Nachschaltwärmetauscher relativ kleine Durchmesser haben, werden die Sickungen vorteilhaft nach innen in die Rohre eingeprägt, was fertigungstechnisch wesentlich günstiger ist als die Sickungen nach außen ausprägen zu wollen.Since the pipes for such downstream heat exchangers have relatively small diameters, the beads are advantageously embossed inwards into the pipes, which is much more advantageous in terms of manufacturing technology than trying to emboss the beads outwards.

Um den Stau- bzw. Verteilungseffekt der Sickungen zu verbessern, kann auch vorteilhaft in Betracht gezogen werden, diese bezüglich ihrer Wellung unsymmetrisch auszubilden, d.h., diese derart auszubilden, daß die Neigung der oberen Sickenwand in bezug auf die Horizontale geringer ist als die Neigung der unteren Sickenwand. Als wesentlich ist bezüglich der Sickungen auch zu beachten, daß das Wölbungsmaximum ebenfalls gut gerundet ausgebildet ist, um zu gewährleisten, daß sich an dieser Stelle nicht schon wieder bevorzugte, zu Strähnen führende Kondensatabflußbereiche ergeben.In order to improve the accumulation or distribution effect of the beads, it can also be advantageous to consider making them asymmetrical in terms of their corrugation, i.e., to make them so that the inclination of the upper corrugation wall in relation to the horizontal is less than the inclination of the lower corrugation wall. It is also important to note with regard to the beads that the maximum curvature is also well rounded in order to ensure that preferred condensate drainage areas that lead to strands do not arise again at this point.

In Rücksicht auf ggf. schon in der Gaszuströmkammer gebildetes Kondensat besteht eine vorteilhafte Weiterbil-In consideration of any condensate that may already have formed in the gas inflow chamber, there is an advantageous further development

dung darin, daß die oberen Rohrenden in bezug auf die Anströmfläche des oberen Anschlußbodens tiefer im Boden eingesetzt sind, um auch dort schon einer Strähnenbildung entgegenzuwirken.The advantage is that the upper pipe ends are set deeper in the base in relation to the flow surface of the upper connecting base in order to counteract the formation of streaks there too.

Vorteilhaft ist ferner das Gehäuse bzw. die andere Gasabströmkammer mit einstellbaren Nivellierelementen ausgestattet. Es ist zwar allgemein bekannt, wärmetechnische aber auch sonstige Geräte mit derartigen einstellbaren Nivellierelementen auszustatten, die aber für den vorliegenden Fall insoweit besondere Bedeutung erhalten, als es, wie bereits erwähnt, für den vorliegenden Fall besonders wesentlich ist, für eine möglichst exakte vertikale Orientierung der Rohre zu sorgen.It is also advantageous if the housing or the other gas discharge chamber is equipped with adjustable leveling elements. It is generally known to equip thermal engineering and other devices with such adjustable leveling elements, but these are of particular importance in the present case in that, as already mentioned, it is particularly important in the present case to ensure that the pipes are vertically oriented as precisely as possible.

Der neuartige Nachschaltwärmetauscher ist aus den genannten Gründen zwar insbesondere als Nachschaltwärmetauscher für mit Gas-/Öl-Kombinationsbrennern ausgerüstete Heizkessel bestimmt, es steht jedoch nichts entgegen, einen solchen Wärmetauscher auch in weniger kritischen Fällen zu verwenden, sofern ein solcher Wärmetauscher für Einsatzbereiche in Frage kommt, bei denen mit aggressivem Kondensatanfall aus dem durchgeleiteten Gas zu rechnen ist.For the reasons mentioned above, the new downstream heat exchanger is intended in particular as a downstream heat exchanger for boilers equipped with gas/oil combination burners, but there is nothing to prevent such a heat exchanger from being used in less critical cases, provided that such a heat exchanger is suitable for applications in which aggressive condensate is to be expected from the gas being passed through.

Der neuartige Nachschaltwärmetauscher wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The new downstream heat exchanger is explained in more detail below using drawings of examples of implementation.

02 997.02 997.

Es zeigt schematischIt shows schematically

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher;Fig. 1 shows a longitudinal section through the heat exchanger;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. l;Fig. 2 shows a cross section through the heat exchanger according to Fig. l;

Fig. 3 vergrößert und im Schnitt einen Teilbereich
der Rohranschllisse am oberen Anschlußboden;Fig. 3 enlarged and in section a partial area
the pipe connections on the upper connection floor;

Fig. 4 stark vergrößert im Schnitt eine besondere
Ausfuhrungsform der Sickungen undFig. 4 greatly enlarged in section a special
Design of the beads and

Fig. 5 im Schnitt die Einbindung der Rohre in den
unteren Anschlußboden des wasserführenden
Gehäuses.Fig. 5 in section the integration of the pipes into the
lower connection floor of the water-bearing
housing.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Nachschaltwärmetauscher aus einem wasserführenden Gehäuse 1 mit Vor- und ZuIaufanschlUssen 2, 3, indem zwischen einer Gaszuströmkammer 4 und einer Gasabströmkammer 5 GasfUhrungskanäle 6 angeordnet sind, die in beispielsweiser Anordnung gemäß Fig. 2 im Gehäuse 1 vom durch den Zulaufanschluß 3 zugeführten Wasser umhüllt sind, das die aus den GasfUhrungskanälen 6 übertragene Wärme aufnimmt .As can be seen from Fig. 1, the downstream heat exchanger consists of a water-carrying housing 1 with supply and inlet connections 2, 3, in which gas guide channels 6 are arranged between a gas inflow chamber 4 and a gas outflow chamber 5, which, in an example arrangement according to Fig. 2 in the housing 1, are surrounded by water supplied through the inlet connection 3, which absorbs the heat transferred from the gas guide channels 6.

Für einen solchen Nachschaltwärmetauscher ist nun wesentlich, daß die Gasf Uhrungskanäle 6 im mit seiner Längsachse 7 vertikal orientierten Gehäuse 1 als im Querschnitt im wesentlichen kreisförmige und zurFor such a downstream heat exchanger, it is now essential that the gas supply channels 6 in the housing 1, which is oriented vertically with its longitudinal axis 7, are essentially circular in cross-section and

Längsachse 7 des Gehäuses 1 achsparallel angeordnete Rohre 6' ausgebildet sind, die mindestens im oberen Bereich unterhalb des oberen Rohranschlußbodens 8 mit mehreren, in die Rohrwand 9 eingeprägten, sich um den ganzen Rohrumfang und sich senkrecht zur Längsachse 7 erstreckenden Sickungen 10 versehen sind, welche Sickungen stetig nach oben und unten in die sich anschließende Rohrwand 9 Übergehend ausgebildet sind. Beim AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 1, 2 sind die Sickungen 10, wie ersichtlich, über die gesamte Länge der Rohre angeordnet und zwar, wie besser aus Fig. 3 ersichtlich, in das Innere der Rohre 6' gerichtet. Im oberen Anschlußboden 8, der bspw. in Schalenform in und auf den zylindrischen Mantel 18 des Gehäuses ein- und aufgesetzt und mit diesem flUssigkeits- und gasdicht verbunden ist, sind die oberen Enden 15 der Rohre eingesetzt und zwar vorteilhaft derart, daß diese in bezug auf die Anströmfläche 16 des oberen Anschlußbodens 8 tiefer im Boden enden. Beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Neigung der oberen Sickenwand 11 in bezug auf die Horizontale H geringer ausgelegt als die Neigung der unteren Sickenwand 12. Wesentlich ist auch hierbei, daß sämtliche Übergänge zur Rohrwand 9 stetig verlaufen und auch das Wölbungsmaximum, um damit einem strähnenartig nach unten gerichteten Kondensatabfluß entgegenzuwirken.Longitudinal axis 7 of the housing 1 is formed with axially parallel pipes 6', which are provided at least in the upper area below the upper pipe connection base 8 with several beads 10 embossed into the pipe wall 9, extending around the entire pipe circumference and perpendicular to the longitudinal axis 7, which beads are formed so as to merge continuously upwards and downwards into the adjoining pipe wall 9. In the embodiment according to Fig. 1, 2, the beads 10 are arranged over the entire length of the pipes, as can be seen better in Fig. 3, and are directed into the interior of the pipes 6'. The upper ends 15 of the pipes are inserted into the upper connection base 8, which is, for example, inserted and placed in a bowl shape in and on the cylindrical casing 18 of the housing and is connected to it in a liquid- and gas-tight manner, and advantageously in such a way that they end deeper in the base in relation to the inflow surface 16 of the upper connection base 8. In the exemplary embodiment according to Fig. 4, the inclination of the upper bead wall 11 in relation to the horizontal H is designed to be less than the inclination of the lower bead wall 12. It is also important here that all transitions to the pipe wall 9 run continuously and also the maximum curvature in order to counteract a condensate flow directed downwards in strands.

ilil

Im unteren Anschlußboden 14 des Gehäuses 1 sind die Rohre 6', wie aus Fig. 5 ersichtlich, zweckmäßig derart eingebunden, daß die unteren Enden 13 der Rohre diesen Anschlußboden 14 Überragen, wodurch bis dahin gelangtes Kondensat besser abtropfen kann.In the lower connection base 14 of the housing 1, the pipes 6', as can be seen from Fig. 5, are expediently integrated in such a way that the lower ends 13 of the pipes protrude above this connection base 14, whereby condensate that has reached this point can drip off more easily.

Um eine möglichst genaue Vertikalorientierung der rohre 6¹ zu gewährleisten, ist der Nachschaltwärmetauscher, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit einstellbaren Nivellierelementen 17 ausgestattet, die in geeigneter Weise am Gestell des Wärmetauschers oder direkt und wie dargestellt im Bodenbereich der Gasabströmkammer 5 angeordnet sind.In order to ensure the most precise vertical orientation of the tubes 6 ¹ , the downstream heat exchanger, as shown in Fig. 1, is equipped with adjustable leveling elements 17, which are arranged in a suitable manner on the frame of the heat exchanger or directly and as shown in the bottom area of the gas outflow chamber 5.

Claims

Protection claims:

1. Downstream heat exchanger, in particular for boilers equipped with gas/oil combination burners, consisting of a water-conducting housing (1) with flow and inlet connections (2, 3), in which gas guide channels (6) are arranged between a gas inflow chamber (H) and a gas outflow chamber (5),

characterized by the combination of the following, partly known features:

1.1 that the gas guide channels (6) in the housing (1) with its longitudinal axis (7) oriented vertically are designed as tubes (6') which are essentially circular in cross-section and arranged parallel to the longitudinal axis (7) of the housing (1), which are provided at least in the upper region below the upper tube connection base (8) with several beads (11) embossed into the tube wall (9), extending around the entire circumference of the tube and perpendicular to the longitudinal axis (7);

1.2 that the beads (10) are formed so as to merge continuously upwards and downwards into the adjoining pipe wall (9).

02 997.02 997.

1.3 that the beads (10) are embossed inwards into the tubes (6' ) and

1.4 that the inclination of the upper corrugated wall (11) with respect to the horizontal (H) is less than the inclination of the lower corrugated wall (12).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the inclination of the upper bead wall (11) is 10 to .

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the lower ends (13) of the tubes (6') protrude beyond the lower connection base (4) of the housing (1).

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper pipe ends (15) are inserted deeper into the base in relation to the inflow surface (16) of the upper connecting base (8).

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the housing (1) is provided with adjustable leveling elements (17).