EP0401543A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für einen gas- oder ölbeheizten Wassererhitzer - Google Patents
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- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of the main claim.
- Such heat exchangers are characterized by a particularly compact structure and are mainly used in devices which are used for heating heating water and heating domestic water.
- the inner tubes are supported on the inner wall of the outer tube by local projections provided on their outer circumference. This ensures constant cross-sections and defined heat transfer conditions, and prevents water hammer.
- the external projections on the inner tubes require a relatively high production outlay.
- heat exchangers of the generic type are known (DE-GM 79 27 253) in which the inner tubes are pressed against the inner wall of the outer tube by a rail additionally inserted into the outer tube.
- This production-oriented design reduces the flow cross section remaining in the outer tubes and, moreover, arises at the ends of the rails in the deflection chambers for the outer tubes Water flowing through pipes joints where limescale, dirt and corrosion products from the water can deposit and settle. In unfavorable cases, this can lead to a deterioration in the heat transfer, to an increased pressure loss in the heat exchanger and to boiling noises.
- the invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned above in a heat exchanger of the generic type and to provide a heat exchanger in which the inner tubes are reliably supported on the inner wall of the outer tubes and the means for supporting the free cross section in the outer Reduce pipes as little as possible.
- the outer tubes are provided with inwardly directed local projections which press the inner tubes against the inner wall or against other inwardly directed projections of the outer tubes.
- the heat-transferring surface of the inner tube or tubes can be increased and the efficiency can be further improved if the inner tube or tubes are supported on all sides by inward projections of the outer tube and are held without play.
- FIG. 1 shows a side view of a heat exchanger according to the first exemplary embodiment
- FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1
- FIG. 3 shows a side view of an outer tube of the heat exchanger according to FIGS. 1 and 2
- FIG. 4 3 and FIG. 5 shows a section along the line VV in FIG. 3.
- FIGS. 6 and 7 a section through the tubes of the heat exchangers according to the second and third are enlarged Embodiment shown.
- the heat exchanger according to FIGS. 1 to 5 has a lamellar block 10 through which six heating water pipes 11 are approximately oval in cross section are passed through.
- the individual lamellae of the lamella block 10 are provided with collars 12 at the through-holes with which they are soldered to the heating water pipes 11.
- the ends of the heating water pipes 11 are soldered on both ends of the lamella block 10 in a base plate 13, which is designed as a drawn sheet metal part with a raised flange 14.
- the bottom plates 13 of both slat block sides have the same shape, which simplifies production and storage.
- a cover plate 16 is placed on the left base plate 13 in FIG. 2, which is also designed as a drawn sheet metal part with a flange edge 17 and is tightly welded to the base plate 13 thereon.
- the cover plate 16 has a bead-shaped recess 18 which bears against a small elevation 19 of the base plate 13 under tension, but without a fixed connection, and forms a labyrinth seal between the chambers 20 and 21 with this elevation 19.
- the upper three heating water pipes 11 in FIG. 1 open into the chamber 20, while the chamber 21 encloses the mouths of the lower three heating water pipes 11.
- the bottom plate 13 on the right in the drawing forms a chamber 23 with a cover plate 22, into which all six heating water pipes 11 open.
- the chamber 20 is provided with a connecting piece 24 (FIG.
- Extending within the heating water pipes 11 are smaller domestic water pipes 31, which are connected outside the heating water pipes 11 by elbows 32 and 33, which are arranged inside the chambers 20, 21 and 23 and are therefore washed by the heating water.
- the elbows 33 are integrally formed on the service water pipes 31, while the elbows 32 are soldered to these pipes.
- the process water pipes 31 and the elbows 32 and 33 form a two-layer process water pipe coil with a flow line 34, which appears in FIG. 1 as the left vertical pipe row, and a return line 36, which is at the top in FIG. 2 and covers the flow line 34 there.
- the connection ends 37 and 38 of the two strands 34 and 36 are bent and made so long that they penetrate the cover plate 16 at a distance and allow perfect soldering.
- the cover plate 16 has on its head side 41 a recessed section 42 for space-saving accommodation of nipples 43 and 44 which are soldered to the connection ends 37 and 38.
- the opposite ends, located in the chamber 20, of the two strands 34 and 36 of the process water pipe coil are also cranked apart and connected to one another via a 180 ° elbow 45, which is also flushed with the heating water.
- the heating water pipes 11, which are oval in cross-section, are each provided on their two side walls 46, 48 with a row of knobs 50 arranged at an axial distance from one another, which are formed by locally pressing in the side walls 46, 48 and on each side wall 46, 48 on a common surface line 52 lie.
- the knobs 50 hold the two hot water pipes 31 in the heating water pipe 11, the lower hot water pipe 31 being supported on the knobs 50 and the upper hot water pipe 31 resting on the inside of the top wall 54 of the heating water pipe 11.
- the knobs 50 can be produced easily and cheaply and can be provided at any height, so that the heating water pipes 11 and the service water pipes 31 can also be freely dimensioned.
- the flow cross section in the heating water pipes 11 is only slightly reduced and also only a small number of knobs 50 over the entire length of the heating water pipes 11 is required to support the process water pipes 31 and to keep them in the correct position.
- the solder connection between the fins and the heating water pipes 11 is interrupted only in the few and narrow areas of the knobs 50, so that the heat transfer between the fins and the heating water pipes 11 is only negligibly impaired. Due to the small number of knobs 50, the process water pipes can swing freely in the area between the knobs 50, thereby avoiding the risk of fatigue fractures of the process water pipes due to quick-opening or closing valves, such as single-lever mixers.
- two hot water pipes 62 are arranged one above the other in an oval heating water pipe 60, of which the lower hot water pipe 62 is supported on pressed-in knobs 64 of the hot water pipe 60 and the upper hot water pipe 62 resting on the lower hot water pipe 62 is supported on pressed-in knobs 66 of the hot water pipe 60 .
- the lower knobs 64 are formed at the transition of the two side walls 68, 70 of the heating water pipe 60 in the bottom wall 72 thereof, whereas the upper knobs 66 are arranged at the transition of the side walls 68, 70 into the head wall 74 of the heating water pipe 60.
- the hot water pipes 62 are practically flowed around on all sides by the heating water in the heating water pipe 60, which results in a somewhat higher efficiency compared to the embodiment according to FIGS. 1 to 5 with the same number of fins.
- a single process water pipe 82 is arranged in an oval heating water pipe 80, which is held without play in the desired position in the heating water pipe 80 by nub-like projections 88 provided on the side walls 84, 86 of the heating water pipe 80.
- the service water pipe 82 can also be arranged off-center, preferably in the direction of the exhaust gas flow, offset in the heating water pipe 80.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Wärmeübertrager zeichnen sich durch einen besonders kompakten Aufbau aus und werden vornehmlich in Geräten verwendet, die zum Erhitzen von Heizungswasser und Erwärmen von Brauchwasser dienen. Bei einem bekannten Wärmeübertrager der gattungsmäßigen Art (DE-OS 27 42 820) sind die inneren Rohre durch an ihrem Außenumfang vorgesehene örtliche Vorsprünge an der Innenwand des äußeren Rohres abgestützt. Dadurch werden konstante Querschnitte und definierte Wärmeübergangsverhältnisse gewährleistet, sowie Wasserschläge vermieden. Nachteilig ist jedoch, daß die außen liegenden Vorsprünge an den inneren Rohren einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand bedingen. Ferner sind Wärmeübertrager der gattungsmäßigen Art bekannt (DE-GM 79 27 253) bei denen die inneren Rohre durch eine in das äußere Rohr zusätzlich eingelegte Schiene gegen die Innenwand des äußeren Rohres gedrückt werden. Diese fertigungsgerechte Ausführung reduziert jedoch den in den äußeren Rohren verbleibenden Strömungsguerschnitt und außerdem entstehen an den Enden der Schienen in den Umlenkkammern für das die äußeren Rohre durchströmende Wasser Stoßstellen, an denen sich Kalk, Verschmutzungen und Korrosionsprodukte aus dem Wasser ablagern und festsetzen können. Das kann in ungunstigen Fällen zu einer Verschlechterung des Wärmeüberganges, zu einem erhöhten Druckverlust im Wärmeübertrager und zu Siedegeräuschen führen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile bei einem Wärmeübertrager der gattungsmäßigen Art zu vermeiden und einen Wärmeübertrager zu schaffen, bei welchem die inneren Rohre zuverlässig an der Innenwand der äußeren Rohre abgestützt sind und die Mittel zum Abstützen den freien Querschnitt in den äußeren Rohren möglichst wenig verkleinern.
- Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß zum spiellosen Abstützen der inneren Rohre die äußeren Rohre mit nach innengerichteten örtlichen Vorsprüngen versehen sind, welche die inneren Rohre gegen die Innenwand beziehungsweise gegen andere nach innen gerichtete Vorsprünge der äußeren Rohre drücken.
- Eine besonders einfache und fertigungsgerechte Konstruktion ergibt sich, wenn die die inneren Rohre abstützenden Vorsprünge durch örtliche Wandverformungen der äußeren Rohre gebildet sind.
- Bei Wärmeübertragern, die zur Beheizung durch Verbrennungsgase bestimmt sind und die mindestens ein äußeres Rohr mit ovalem Querschnitt haben, ist es vorteilhaft, wenn die inneren Vorsprünge des im Querschnitt ovalen äußeren Rohres an dessen Seitenwänden vorgesehen sind und das beziehungsweise die inneren Rohre gegen die obenliegende Kopfwand des äußeren Rohres oder gegen andere innere Vorsprünge drücken, die am Übergang der Seitenwände in die Kopfwand des äußeren Rohrs gebildet sind. Dadurch ist erreicht, daß gerade im Hauptbereich der Wärmeübertragung ein größerer Strömungsraum für das erste Wärmeträgermedium vorhanden ist. Unter dem Begriff "oval" sollen hier alle von der Kreisform abweichenden, kantenlosen Formen des Rohrquerschnittes verstanden werden.
- Die wärmeübertragende Fläche des beziehungsweise der inneren Rohre kann erhöht und der Wirkungsgrad kann weiter verbessert werden, wenn das beziehungsweise die inneren Rohre allseitig durch nach innen gerichtete Vorsprünge des äußeren Rohres in diesem abgestützt und spiellos festgehalten sind.
- Bei Inkaufnahme einer höheren Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser im äußeren Rohr und dem Wasser im inneren Rohr kann der Materialeinsatz verringert werden, wenn in einem äußeren Rohr nur ein einziges inneres Rohr vorgesehen wird. Diese Ausführung hat auch den Vorteil, daß die Lage des inneren Rohres im äußeren Rohr freizügiger als bei einer Anordnung mit zwei inneren Rohren gewählt und das innere Rohr in eine bezüglich der Minimierung von Siedegeräuschen optimale Lage gebracht werden kann.
- Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wärmeübertragers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht eines äußeren Rohres des Wärmeübertragers nach den Figuren 1 und 2, Fig. 4 vergrößert einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 vergrößert einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3. In den Figuren 6 und 7 sind vergrößert je ein Schnitt durch die Rohre der Wärmeübertrager gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gezeigt.
- Der Wärmeübertrager nach den Figuren 1 bis 5 hat einen Lamellenblock 10, durch den sechs im Querschnitt etwa ovale Heizwasserrohre 11 hindurchgeführt sind. Die einzelnen Lamellen des Lamellenblocks 10 sind an den Durchführungslöchern mit Kragen 12 versehen, mit denen sie an den Heizwasserrohren 11 angelötet sind. Die Enden der Heizwasserrohre 11 sind an beiden Stirnseiten des Lamellenblockes 10 in je eine Bodenplatte 13 eingelötet, die als gezogenes Blechteil mit hochgestelltem Flanschrand 14 ausgeführt ist. Die Bodenplatten 13 beider Lamellenblockseiten haben die gleiche Form, was die Fertigung und Lagerhaltung vereinfacht.
- Auf die in Fig. 2 linke Bodenplatte 13 ist eine Deckelplatte 16 aufgesetzt, die ebenfalls als gezogenes Blechteil mit Flanschrand 17 ausgeführt und an diesem mit der Bodenplatte 13 dicht verschweißt ist. Die Deckelplatte 16 hat eine sickenförmige Vertiefung 18, die an einer kleinen Erhöhung 19 der Bodenplatte 13 unter Spannung, jedoch ohne feste Verbindug, anliegt und mit dieser Erhöhung 19 eine Labyrinthdichtung zwischen den Kammern 20 und 21 bildet. In die Kammer 20 münden die in Fig. 1 oberen drei Heizwasserrohre 11 ein, während die Kammer 21 die Mündungen der unteren drei Heizwasserrohre 11 umschließt. Die in der Zeichnung rechts liegende Bodenplatte 13 bildet mit einer Deckelplatte 22 eine Kammer 23, in die alle sechs Heizwasserrohre 11 einmünden. Die Kammer 20 ist mit einem Anschlußstutzen 24 (Fig. 1) für eine Heizungsvorlaufleitung und die Kammer 21 mit einem Anschlußstutzen 25 für eine Heizungsrücklaufleitung versehen. In der Kammer 23 wird das über die Kammer 21 zugeführte und in die unteren drei Heizwasserrohre 11 geleitete Heizwasser umgelenkt in die oberen drei Heizwasserrohre 11, von wo das Wasser über die Kammer 20 in die Heizungsvorlaufleitung gelangt.
- Innerhalb der Heizwasserrohre 11 erstrecken sich im Durchmesser kleinere Brauchwasserrohre 31, die außerhalb der Heizwasserrohre 11 durch Krümmer 32 und 33 verbunden sind, welche innerhalb der Kammern 20, 21 und 23 angeordnet und dadurch vom Heizwasser umspült sind.
- Die Krümmer 33 sind einstückig an die Brauchwaserrohre 31 angeformt, während die Krümmer 32 an diese Rohre angelötet sind. Die Brauchwasserrohre 31 und die Krümmer 32 und 33 bilden eine zweilagige Brauchwasserrohrschlange mit einem Vorlaufstrang 34, der in Fig. 1 als linke senkrechte Rohrreihe erscheint, und einen Rücklaufstrang 36, der in Fig. 2 oben liegt und dort den Vorlaufstrang 34 verdeckt. Die Anschlußenden 37 und 38 der beiden Stränge 34 und 36 sind so abgekröpft und so lang ausgeführt, daß sie die Deckelplatte 16 mit Abstand durchsetzen und eine einwandfreie Lötung ermöglichen. Im Bereich der Anschlußenden 37 und 38 hat die Deckelplatte 16 an ihrer Kopfseite 41 einen vertieften Abschnitt 42 zum platzsparenden Unterbringen von Nippeln 43 und 44, welche an den Anschlußenden 37 und 38 angelötet sind. Die gegenüberliegenden, in der Kammer 20 sich befindenden Enden der beiden Stränge 34 und 36 der Brauchwasserrohrschlange sind ebenfalls auseinandergekröpft und über einen 180°-Krümmer 45 miteinander verbunden, der ebenfalls vom Heizwasser umspült ist.
- Die im Querschnitt ovalen Heizwasserrohre 11 sind an ihren beiden Seitenwänden 46, 48 je mit einer Reihe von im axialen Abstand zueinander angeordneten Noppen 50 versehen, die durch örtliches Eindrücken der Seitenwände 46, 48 gebildet sind und an jeder Seitenwand 46, 48 auf einer gemeinsamen Mantellinie 52 liegen. Die Noppen 50 halten die beiden Brauchwasserrohre 31 im Heizwasserrohr 11 fest, wobei sich das untere Brauchwasserrohr 31 an den Noppen 50 abstützt und das obere Brauchwasserrohr 31 an der Kopfwand 54 des Heizwasserrohres 11 innen anliegt.
- Die Noppen 50 lassen sich einfach und billig herstellen und können in beliebiger Höhe vorgesehen werden, so daß auch die Heizwasserrohre 11 und die Brauchwasserrohre 31 freizügig dimensioniert werden können. Der Strömungsguerschnitt in den Heizwasserrohren 11 wird nur geringfügig verkleinert und außerdem ist nur eine geringe Anzahl von Noppen 50 über die gesamte Länge der Heizwasserrohre 11 erforderlich, um die Brauchwasserrohre 31 zu stützen und in der vorschriftsmäßigen Lage zu halten. Die Lötverbindung zwischen den Lamellen und den Heizwasserrohren 11 ist nur in den wenigen und engen Bereichen der Noppen 50 unterbrochen, so daß auch der Wärmeübergang zwischen den Lamellen und den Heizwasserrohren 11 nur in einem vernachlässigbarem Maße beeinträchtigt ist. Durch die geringe Anzahl der Noppen 50 können die Brauchwasserrohre im Bereich zwischen den Noppen 50 freischwingen, wodurch die Gefahr von Ermüdungsbrüchen der Brauchwasserrohre durch schnellöffnende bzw. -schließende Ventile, wie z.B. Einhebelmischer, vermieden wird.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 sind in einem ovalen Heizwasserrohr 60 zwei Brauchwasserrohre 62 übereinanderliegend angeordnet, von denen das untere Brauchwasserrohr 62 an eingedrückten Noppen 64 des Heizwasserrohrs 60 und das auf dem unteren Brauchwasserrohr 62 aufliegende obere Brauchwasserrohr 62 an eingedrückten Noppen 66 des Heizwasserrohrs 60 abgestützt ist. Die unteren Noppen 64 sind am Übergang der beiden Seitenwände 68, 70 des Heizwasserrohrs 60 in dessen Bodenwand 72 gebildet, wogegen die oberen Noppen 66 am Übergang der Seitenwände 68, 70 in die Kopfwand 74 des Heizwasserrohrs 60 angeordnet sind. Dadurch ist erreicht, daß die Brauchwasserrohre 62 praktisch allseitig vom Heizwasser im Heizwasserrohr 60 umströmt sind, wodurch sich gegenüber der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5 bei gleicher Lamellenzahl ein etwas höherer Wirkungsgrad ergibt. In manchen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die beiden Brauchwasserrohre 62 durch entsprechende Anordnung der Noppen 64, 66 gegenüber der in Figur 4 dargestellten Lage nach oben versetzt anzuordnen.
- Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist in einem ovalen Heizwasserrohr 80 ein einziges Brauchwasserrohr 82 angeordnet, welches durch an den Seitenwänden 84, 86 des Heizwasserrohrs 80 vorgesehene noppenartige Vorsprünge 88 in der gewünschten Lage im Heizwasserrohr 80 spiellos gehalten ist. Das Brauchwasserrohr 82 kann zum Zweck der Minimierung von Siedegeräuschen ebenfalls außermittig, vorzugsweise in Richtung der Abgasströmung, versetzt im Heizwasserrohr 80 angeordnet sein.
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