EP0816776B1 - Gasbeheizter Wassererhitzer und wassergekühlte Brennkammer - Google Patents

Gasbeheizter Wassererhitzer und wassergekühlte Brennkammer Download PDF

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EP0816776B1
EP0816776B1 EP19970109434 EP97109434A EP0816776B1 EP 0816776 B1 EP0816776 B1 EP 0816776B1 EP 19970109434 EP19970109434 EP 19970109434 EP 97109434 A EP97109434 A EP 97109434A EP 0816776 B1 EP0816776 B1 EP 0816776B1
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EP
European Patent Office
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water
combustion chamber
wall
heater according
water heater
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EP19970109434
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English (en)
French (fr)
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EP0816776A3 (de
EP0816776A2 (de
Inventor
Heinz Ehrle
Ernst Schmidt
Hans-Ulrich Lenckner
Hans-Joachim Braun
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0816776A3 publication Critical patent/EP0816776A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/00—Details
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/00—Details
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F24H9/146—Connecting elements of a heat exchanger

Definitions

  • the invention is based on a gas-fired water heater and from a water-cooled combustion chamber, as is known from AT-PA 957/92.
  • this known version is the heat exchanger with the Combustion chamber in a complex manufacturing process uniformly connected.
  • the combustion chamber is made of two U-shaped, double-walled parts assembled on the End faces of her thighs to a circumferentially closed Are welded together.
  • the inner side walls of the Schachtes are with breakthroughs surrounded by the collar provided, in which the from the slat block of the Heat exchanger laterally protruding water pipes intervention.
  • This version requires one relatively high production costs and complicates the Maintenance of heat exchangers and burners. Besides, it can because of the uniform connection of thermal differently stressed parts different substances to undesirably high Thermal stresses come.
  • a gas-heated water heater is included a trained as a lamella block with water pipes Heat exchanger and a shaft for combustion gases enclosing combustion chamber known.
  • the combustion chamber has a water-cooled, removable front wall on. The remaining three side walls are without water cooling executed and are inside with heat protection elements lined.
  • the water channels for cooling the Front wall are with the water pipes of the heat exchanger connected, the water-carrying when dismantling the front wall Channels separated from the pipe connections of the heat exchanger Need to become. To do this, it is necessary that Drain water from the heating circuit.
  • a double-walled heating shaft is from DE-A1-42 24 212 known, the heating shaft contains channels through which Water flows to cool it.
  • the heating shaft is included made from two U-shaped parts attached to the End faces are interconnected. A detachable connection of parts and separation of the water cycles not provided.
  • the arrangement according to the invention has the advantage that the Combustion chamber especially with regard to the on or in channels provided on their walls made easier can be considered a circumferentially closed shaft and that also the installation of the heat exchanger on the combustion chamber, as well as the maintenance of heat exchangers and burners are relieved.
  • thermal expansion can occur the separate design of the combustion chamber and heat exchanger are better controlled than with a uniform, firm Connecting these parts.
  • the removable or swiveling version of the water-cooled front wall of the combustion chamber it is in advantageously possible for maintenance or Repairs to the the easy way Components such as heat exchangers that delimit the combustion chamber shaft or burner to get to the water-cooled Interrupt the heating circuit connected to the combustion chamber have to.
  • the to or from the water-cooled front wall outgoing line section of the heating circuit is in advantageously as a flexible rubber hose with a Wire mesh jacket formed.
  • the channels for the heating water arranged in the front wall are advantageously arranged so that it is in it flowing water targeted from the lower right corner area arranged entrance to the lower left corner area arranged output can flow.
  • Heating water increases, which advantageously in the Air located in the front wall is entrained. So that can Heating system in a simple way on another Position, e.g. in the area of the circulation pump.
  • a simple version of a not water-cooled Front wall results if this consists of one temperature-resistant inner wall panel and one in There is a parallel distance to the outer wall panel and a flow of cooling air between the two wall plates is passed through. In this case, this can be useful outer wall panel a shiny metallic Wear radiation protection layer.
  • FIG. 1 shows a perspective view a combustion chamber for gas-fired water heaters with a lifted upwards as a slat block with passed through water pipes trained heat exchanger and one detachable with the side walls of the combustion chamber connectable front wall
  • Figure 2 on an enlarged scale a vertical section through the side wall of the Combustion chamber and a partial section through the attached Heat exchanger according to Figure 1
  • Figure 3 is a plan view one of two welded wall plates existing circuit board, which after welding to a die Rear wall and the two side walls of the combustion chamber forming the U-shaped part
  • Figure 4 is a enlarged section along the line IV in Figure 3
  • Figure 5 a cross section through a corner region of the combustion chamber, in the entrance area in front of the heat exchanger
  • 6 shows a cross section corresponding to FIG.
  • FIG. 5 an alternative corner area of the combustion chamber
  • Figure 7 is an enlarged partial section along the line V in Figure 1 in the connection area for the heating circuit
  • Figure 8 and FIG. 9 are enlarged partial representations of views A and B in FIG Connection area for the heating circuit
  • Figure 10 a Top view of a corner area of the combustion chamber
  • FIG. 11 a second embodiment of a removable water-cooled front wall
  • Figure 12 is a partial section by another alternative version of the front wall.
  • the water heater has a combustion chamber 10 with a Rear wall 12 and two integrally connected to these Side walls 14, 16 on which a front wall 18 is detachable is attached.
  • the combustion chamber 10 is from above Heat exchanger 20 can be put on, as a lamella block performed water pipes is formed.
  • the sidewalls 14, 16 of the combustion chamber 10 are towards the upper end edge open recesses 22 provided to fit the Recording of protruding beyond the outer slats 24 Tube ends 26 ( Figure 2) of the heat exchanger 20 are used.
  • the crenellated formed between the recesses 22 Sections 28 of the side walls 14, 16 are beaded Provide recesses 30 which on the outer fins 24th fit without gaps and the heat exchanger 20 without play establish.
  • the tube ends 26 are by caps 32a, b, c connected to one another, at which the connections 34, 36 of the heat exchanger 20 are provided.
  • the combustion chamber walls each consist of two together adjacent and welded wall plates 38, 40 made of stainless steel, the molded sheet metal areas 42, 44 have, between which a further below Channel system 46 described for the combustion chamber 10 cooling heating water flow is formed.
  • the channel system 46 is produced in that the wall plates 38, 40th initially in its essentially flat starting form connected by straight weld seams 48 and only then the channel system 46 by molding that between the welds 48 Sheet metal areas 42, 44 by means of a pressure between the wall plates 38, 40 introduced fluid working fluid is formed.
  • a fluid working fluid Water or air can be used.
  • the channel system 46 in the rear wall 12 and the side walls 14, 16 is according to the settlement of these wall parts according to the figure 3 by a self-contained circumferential weld seam 48a and ten elongated single weld seams 48b-k were formed.
  • a self-contained circumferential weld seam 48a and ten elongated single weld seams 48b-k were formed.
  • there are four in the side wall 14 Individual channels 46a, the edge of a chamber 46b are interconnected and opens into a chamber 46c.
  • Five parallel individual channels 46d lead from the latter Rear wall 12 continues into a chamber 46e, which has four Individual channels 46f in the side wall 16 with an outer Chamber 46g is connected.
  • the fluid working fluid for expanding the between the Weld seams 48 lying sheet metal areas 42, 44 is pressed between the wall sheets 38, 40 if this lie supported between the bending tools.
  • the Bending tools are to be manufactured according to the Channel system 46 on their support surfaces with recesses into which the sheet metal areas 42, 44 to be formed be pushed in.
  • the recesses inside Bending tools are at full depth only to the edge of the Bending zones 60 brought up and formed there so that the inner wall panel 40 approximately along the neutral fiber bends.
  • the outer bending tool is in the bending zones 60 recesses provided so that there outer wall plate 38 to a greater extent than in the stretched Channel areas can bulge outwards.
  • the arrangement is preferably such that the width a of the flow cross section in the bending zones 60 larger or equal to the depth b of a formation in one of the wall sheets is in the stretched channel area.
  • the inside is Bending tool next to the bending zones 60 locally with recessed Provide recesses so that there is excess Material 62 of the inner wall plate 40 can be molded into it.
  • the inner bending tool has one support surface each trough-shaped depression to form a dome-shaped Bulge of the inner wall panel 40 provided, whereby the flow resistance at the entrance and exit of the Channel system 46 further reduced.
  • FIG. 8 A slightly modified embodiment for the Connection points of the channel system 46 in the side walls 14, 16 is shown in FIG. It is on before Widening of the combustion chamber attached dome-like features dispensed with and the connecting piece 54, 55 to the smooth formed outer wall plate 38 at the level of the opening 52 welded or soldered on.
  • the inner bending tool is also with wall plates 38, 40 a trough-like depression to form a bulge with a depth c of beyond the channel width approx. 4 mm.
  • the extension of this bulge in the The connection area of the side walls 14, 16 is in FIGS. 8 and 9 shown in dashed lines. Through this spatially extensive bulges also decrease Flow resistance at the entrance and exit of the Channel system 46.
  • the weld seams 48 running between the individual channels have circular ends 66 so that there the sheet material without expanding the individual channels Risk of cracking can bulge like a pillow.
  • the Circle diameter of the ends 66 should not be less than 5 mm, but also not be larger than 15 mm, by which the loss of effective heat transfer surface in to keep an acceptable framework. In a preferred one The circular diameter was chosen to be 12 mm. Wrinkling is also prevented by the further measure counteracted that the ends 66 of the parallel Single channels 48b-d, 48g-h, 48i-k and 48m-p offset to be arranged to each other.
  • the channel system 46 in the rear wall 12 extends up to the area overlapping the heat exchanger 20 and that there the wall plates 38, 40 abut one another directly in the bending zones 60.
  • the combustion chamber 10 has a corner radius r 1 of, for example, 5 mm in this upper region, which closely surrounds the heat exchanger 20, whereas the corner radius r 2 in the corner regions of the combustion chamber 10 below, over which the chambers 46c, e of the duct system 46 also extend is dimensioned much larger and is, for example, 20 mm.
  • the transition from one corner radius to the other is made without a gap by first bending the entire plant with the larger corner radius r 2 and then shaping the smaller corner radius r 1 by stretching the wall plates 38, 40 from the inside to the outside.
  • the individual channels of the channel system 46 are through the Welds 48 immediately limited, so that at their Longitudinal edges 64 (FIG. 2) do not form any gaps in which could deposit corrosion products.
  • the weld seams 48 are in the practically still flat condition of the wall sheets 38, 40 manufactured, whereby the production is facilitated.
  • the front wall 18 is through the Training of its hydraulic connection connections from the remaining wall parts 12, 14, 16 of the combustion chamber 10 detachable, without the one used to cool the combustion chamber Heating water flow must be interrupted.
  • connection elements 56, 57 are by means of Flanges 74, 76 with the outer band plate 38 of the Welded front wall 18.
  • the hose lines 70, 72 are thereby for external protection and to increase the Provide pressure resistance with a stainless steel wire mesh.
  • connection elements 56, 57 for the heating water circuit with each connected to a swivel 78, 80, the one Swiveling or folding the front wall 18 towards the front enable.
  • the dash-dotted line forms Line the common pivot axis.
  • the moveable to each other trained parts of the rotary joints 78, 80 are each with an O-ring 82, 84 sealed and by locking washers 86, 88 held to each other.
  • the in the side wall 14 and in the front wall 18th attached welds 48d and 48p run to the Outputs (connecting piece 55 or connecting element 57) out vertically so that the heating water is targeted from the entrances (Connection piece 54 or connecting element 57) to the Outputs can flow.
  • the flow rate of the heating water becomes Output increased by the four lower channels 46h are flowed through in pairs in parallel, while then the heating water flow only through the Welds 48p and 481 formed channel to the exit to be led.
  • By increasing the Flow velocity is that in the channel system 46 air cooled in the water-cooled combustion chamber. So the water-cooled combustion chamber itself does not need be vented. As is well known, this can be done on a Circulation pump arranged in the heating circuit.
  • the heating efficiency can be improved if the Heat transfer from heating gas to the combustion chamber wall Increase in the number of beams y due to oxidation or Blackening of the inner surface is increased.
  • the front wall 68 shown in FIG. 12 consists of a outer wall plate 70 and one parallel to it arranged inner wall plate 72, which consists of a particularly temperature-resistant material.
  • inner wall plate 72 On the The inside of the wall plate 70 is preferably one shiny metallic radiation protection layer 74, optionally in the form of an additional sheet metal part, intended.
  • the between the two wall plates 70, 72 formed space 76 is for the passage of an air flow, the heat absorbed there to the heat exchanger 20 transported.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem gasbeheizten Wassererhitzer und von einer wassergekühlten Brennkammer, wie er aus der AT-PA 957/92 bekannt ist. Bei dieser bekannten Ausführung ist der Wärmeübertrager mit der Brennkammer in einem aufwendigen Herstellungsprozeß einheitlich verbunden. Die Brennkammer ist aus zwei U-förmigen, doppelwandigen Teilen zusammengesetzt, die an den Stirnseiten ihrer Schenkel zu einem umfangsgeschlossenen Schacht zusammengeschweißt sind. Die inneren Seitenwände des Schachtes sind mit von kragenumgebenen Durchbrüchen versehen, in welche die aus dem Lamellenblock des Wärmeübertragers seitlich herausragenden Wasserrohre passend eingreifen. Je zwei nebeneinanderliegende Wasserrohre sind über eine Tasche in der Seitenwand der Brennkammer miteinander verbunden. Diese Ausführung bedingt einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand und erschwert die Wartung von Wärmeübertrager und Brenner. Außerdem kann es wegen der einheitlichen Verbindung von thermisch unterschiedlich hochbeanspruchten Teilen aus unterschiedlichen Stoffen zu unerwünscht hohen Wärmespannungen kommen.
Aus der EP-A-237 443 ist ein gasbeheizter Wassererhitzer mit einem als Lamellenblock mit durchgeführten Wasserrohren ausgebildeten Wärmeübertrager und einer einen Schacht für Verbrennungsgase umschliessenden Brennkammer bekannt. Die Brennkammer weist eine wassergekühlte, abnehmbare Vorderwand auf. Die restlichen drei Seitenwände sind dabei ohne Wasserkühlung ausgeführt und sind innen mit Hitzeschutzelementen ausgekleidet. Die wasserführenden Kanäle zur Kühlung der Vorderwand sind mit den Wasserrohren des Wärmeübertragers verbunden, wobei beim Abbau der Vorderwand die wasserführenden Kanäle von den Rohranschlüssen des Wärmeübertragers getrennt werden müssen. Dazu ist es vorher erforderlich, das Wasser aus dem Heizkreislauf abzulassen.
Ein doppelwandiger Heizschacht ist aus der DE-A1-42 24 212 bekannt, wobei der Heizschacht Kanäle enthält, durch die Wasser zur Kühlung desselben strömt. Der Heizschacht ist dabei aus zwei u-förmigen Teilen hergestellt, die an den Stirnseiten miteinander verbunden sind. Eine lösbare Verbindung der Teile und eine Trennung der Wasserkreisläufe ist nicht versehen.
Weitere wassergekühlte Brennkammern sind aus der DE-A1-195 27 479 und der WO 92/20976 A1 bekannt. Hierbei sind alle vier Seitenwände mit einem geschlossenes Kühlsystem vorgesehen.
Schließlich sind aus der NL-A-78 09 670 und der FR-A-2 050 273 Wassererhitzer mit nichtwassergekühlten Brennkammern bekannt, die jeweils über einen Wärmeübertrager verfügen, die einen Lamellenblock aufweisen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruch hat den Vorteil, daß die Brennkammer insbesondere mit Rücksicht auf die an bzw. in ihren Wänden vorgesehenen Kanäle einfacher hergestellt werden kann als ein umfangsgeschlossener Schacht und daß auch die Montage des Wärmeübertragers an der Brennkammer, sowie die Wartung von Wärmeübertrager und Brenner wesentlich erleichtert sind. Darüberhinaus können Wärmedehnungen durch die getrennte Ausführung von Brennkammer und Wärmeübertrager besser beherrscht werden als bei einer einheitlichen, festen Verbindung dieser Teile.
Durch die abnehmbare bzw. abschwenkbare Ausführung der wassergekühlten Vorderwand der Brennkammer ist es in vorteilhafter Weise möglich, für Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten auf einfache Art und Weise an die den Brennkammerschacht begrenzenden Bauteile wie Wärmeübertrager oder Brenner zu gelangen, ohne den an die wassergekühlte Brennkammer angeschlossenen Heizkreislauf unterbrechen zu müssen.
Durch die Merkmale der abhängige Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anordnungen nach dem Anspruch 1 möglich.
Eine einfache und lagerichtige Montage des Wärmeübertragers mit der Brennkammer ergibt sich, wenn deren Seitenwände zum Stirnrand hin offene Ausnehmungen zur Aufnahme der über die äußeren Lamellen des Wärmeübertragers hervorstehenden Wasserrohrenden bzw. von deren Verbindungs- und Umlenkelementen haben.
Zum paßgenauen, spielfreien Festhalten des Wärmeübertragers an der Brennkammer wird weiter vorgeschlagen, daß die zwischen den Ausnehmungen gebildeten zinnenartigen Abschnitte der Seitenwände mit sickenförmigen Vertiefungen zur spaltfreien Anlage an den äußeren Lamellen des Wärmeübertragers versehen sind.
Bei Wärmeübertragern mit einer gekühlten Brennkammer mit etwa rechteckigem Querschnitt, deren Wände aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verbundenen Wandblechen bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung eines heizungswasserführenden Kanalsystem versehen sind, wird den Erfordernissen der Fertigungserleichterung einerseits und einer möglichst weitgehenden Anpassung der Brennkammer an das Querschnittsprofil des Wärmeübertragers andererseits vorteilhaft dadurch Rechnung getragen, daß die Brennkammer im Eingangsbereich einen größeren Eckenradius und in dem den Wärmeübertrager aufnehmenden Bereich einen vorzugsweise dem Profil des Lamellenblocks angepaßten, durch Vollstreckung der Wandbleche von innen nach außen gebildeten kleineren Eckenradius hat.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Seitenwände der Brennkammer stehen diese für die Anordnung von wasserführenden Kanälen nicht mehr voll zur Verfügung. Um trotzdem die vorhandenen Wandflächen der Brennkammer zur Kühlung und Wärmespannungsbegrenzung optimal zu nutzen, wird vorgeschlagen, daß das Kanalsystem an der Rückwand und/oder Vorderwand bis zur Oberkante des Wärmeübertragers hochgeführt ist.
Bei Wassererhitzern mit einer Brennkammer, deren Wände aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verschweißten Wandblechen aus Edelstahl bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen für ein Fluid, insbesondere Heizungswasser versehen sind, wird zur Fertigungserleichterung der Brennkammer und Vermeidung von Korrosion zwischen den Wandblechen in den den Kanälen benachbarten Zonen vorgeschlagen, daß die Wandbleche durch entlang der Kanälränder verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden sind und die Kanäle nach dem Verschweißen durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten sich befindenden Blechbereiche mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet sind.
Die erfindungsgemäß getrennt vom übrigen Schachtkörper ausgeführte Vorderwand der Brennkammer ist ebenfalls mit Kanälen und Taschen für einen kühlenden Wasserstrom versehen.
Dabei ist in vorteilhafter Weise die mit Kühlkanälen versehene und in einem Heizkreislauf eingebundene Vorderwand der Brennkammer von dem restlichen Brennkammerschacht abnehmbar bzw. abschwenkbar ausgebildet, so daß Reparatur- bzw. Wartungsarbeiten möglich sind, ohne den Heizkreislauf unterbrechen zu müssen.
Der zu der bzw. von der wassergekühlten Vorderwand wegführende Leitungsabschnitt des Heizkreislaufes ist in vorteilhafter Weise als flexibler Gummischlauch mit einer Drahtgewebe-Ummantelung ausgebildet.
Eine weitere vorteilhafte Alternative für die Realisierung einer abschwenkbaren wassergekühlten Vorderwand besteht darin, in dem zur Vorderwand führenden Leitungsabschnitt des Heizkreislaufes und in dem von der Vorderwand wegführenden Leitungsabschnitt jeweils ein Drehgelenk anzuordnen.
Um ein Abschwenken bzw. Abklappen der Vorderwand nach vorn zu ermöglichen, sind die an der Vorderwand angeordneten Anschlüsse für die Leitungsabschnitte des Heizkreislaufes auf einer Höhe im rechten und linken unteren Eckbereich der Vorderwand angeordnet. Die beiden Drehgelenke sind so angeordnet, daß sie eine gemeinsame Schwenkachse für die Vorderwand bilden.
Die in der Vorderwand angeordneten Kanäle für das Heizwasser sind in vorteilhafter Weise so angeordnet, daß das darin strömende Wasser gezielt vom im unteren rechten Eckbereich angeordneten Eingang zum im unteren linken Eckbereich angeordneten Ausgang strömen kann.
Durch die Querschnittsverkleinerung der Kanäle zum Ausgang der Vorderwand hin wird die Strömungsgeschwindigkeit des Heizwassers erhöht, wodurch in vorteilhafter Weise in der Vorderwand befindliche Luft mitgerissen wird. Damit kann das Heizungssystem auf einfache Art und Weise an einer anderen Stelle, z.B. im Bereich der Umwälzpumpe, entlüftet werden.
Eine einfache Ausführung einer nicht wassergekühlten Vorderwand ergibt sich, wenn diese aus einem temperaturfesten inneren Wandblech und einem im Parallelabstand dazu angeordneten äußeren Wandblech besteht und zwischen beide Wandbleche ein Kühlluftstrom hindurchgeführt ist. In diesem Fall kann zweckmäßig das äußere Wandblech eine metallisch glänzende Strahlungsschutzschicht tragen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 in perspektivischer Darstellung eine Brennkammer für gasbeheizte Wassererhitzer mit einem nach oben abgehobenen, als Lamellenblock mit hindurchgeführten Wasserrohren ausgebildeten Wärmeübertrager und einer lösbar mit den Seitenwänden der Brennkammer verbindbaren Vorderwand, Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt durch die Seitenwand der Brennkammer und einen Teilschnitt durch den aufgesetzten Wärmeübertrager nach Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf eine aus zwei miteinander verschweißten Wandblechen bestehende Platine, die nach dem Schweißen zu einem die Rückwand und die beiden Seitenwände der Brennkammer bildenden U-förmigen Teil gebogen wird, Figur 4 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie IV in Figur 3, Figur 5 einen Querschnitt durch einen Eckbereich der Brennkammmer, in deren vor dem Wärmeübertrager liegenden Eingangsbereich, Figur 6 einen der Figur 5 entsprechenden Querschnitt durch einen alternativ ausgeführten Eckbereich der Brennkammer, Figur 7 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie V in Figur 1 im Anschlußbereich für den Heizkreislauf, Figur 8 und 9 vergrößerte Teildarstellungen von Ansichten A und B im Anschlußbereich für den Heizkreislauf, Figur 10 eine Draufsicht auf einen Eckbereich der Brennkammer, Figur 11 ein zweites Ausführungsbeispiel einer abnehmbaren wassergekühlten Vorderwand und Figur 12 einen Teilschnitt durch eine weitere alternative Ausführung der Vorderwand.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Wassererhitzer hat eine Brennkammer 10 mit einer Rückwand 12 und zwei einstückig mit diesen verbundenen Seitenwänden 14, 16, an denen eine Vorderwand 18 lösbar befestigt ist. Auf die Brennkammer 10 ist von oben her ein Wärmeübertrager 20 aufsetzbar, der als Lamellenblock mit durchgeführten Wasserrohren ausgebildet ist. Die Seitenwände 14, 16 der Brennkammer 10 sind mit zum oberen Stirnrand hin offenen Ausnehmungen 22 versehen, die zur paßgerechten Aufnahme von über die äußeren Lamellen 24 hervorstehenden Rohrenden 26 (Figur 2) des Wärmeübertrager 20 dienen. Die zwischen den Ausnehmungen 22 gebildeten zinnenartigen Abschnitte 28 der Seitenwände 14, 16 sind mit sickenförmigen Vertiefungen 30 versehen, die an den äußeren Lamellen 24 spaltfrei anliegen und den Wärmeübertrager 20 spielfrei festlegen. Die Rohrenden 26 sind durch Kappen 32a, b, c miteinander verbunden, an denen auch die Anschlüsse 34, 36 des Wärmeübertrager 20 vorgesehen sind.
Die Brennkammerwände bestehen je aus zwei aneinander anliegenden und miteinander verschweißten Wandblechen 38, 40 aus Edelstahl, die ausgeformte Blechbereiche 42, 44 aufweisen, zwischen denen ein nachstehend noch näher beschriebenes Kanalsystem 46 für einen die Brennkammer 10 kühlenden Heizungswasserstrom gebildet ist. Das Kanalsystem 46 wird dadurch hergestellt, daß die Wandbleche 38, 40 zunächst noch in ihrer im wesentlichen ebenen Ausgangsform durch geradlinige Schweißnähte 48 miteinander verbunden werden und erst danach das Kanalsystem 46 durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten 48 sich befindenden Blechbereiche 42, 44 mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche 38, 40 eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet wird. Als fluides Arbeitsmittel kann beispielsweise Wasser oder Luft eingesetzt werden.
Das Kanalsystem 46 in der Rückwand 12 und den Seitenwänden 14, 16 ist gemäß der Abwicklung dieser Wandteile nach Figur 3 durch eine in sich geschlossene umlaufende Schweißnaht 48a und zehn gestreckte Einzelschweißnähte 48b-k gebildet. Demzufolge ergeben sich in der Seitenwand 14 vier Einzelkanäle 46a, die randseitig über eine Kammer 46b miteinander verbunden sind und in eine Kammer 46c mündet. Von dieser führen fünf parallele Einzelkanäle 46d in der Rückwand 12 weiter in eine Kammer 46e, die über vier Einzelkanäle 46f in der Seitenwand 16 mit einer äußeren Kammer 46g verbunden ist. Analog zu dieser Ausbildung sind auch die beiden Wandbleche der Vorderwand 18 durch eine umlaufende Schweißnaht 481 und durch Einzelschweißnähte 481-p miteinander verbunden, zwischen denen Kanäle 46h gebildet sind, die in Kammern 46i, j, k münden.
Vor dem Verschweißen werden in das außenliegende Wandblech an den Anschlußstellen des Kanalsystems 46 gemäß Figur 4 domartige Ausprägungen 50 mit Öffnungen 52 zum Einsetzen von Anschlußstutzen 54, 55 eingeformt. In die Vorderwand 18 werden ebenfalls Öffnungen eingebracht, die mit später näher zu beschreibenden Anschlußelementen 56, 57 versehen werden. Nach dem Verschweißen wird die in Figur 3 dargestellte Platine zwischen einem äußeren Biegewerkzeug und einem inneren Biegewerkzeug in die U-Form nach Figur 1 gebogen. Durch die in Figur 3 gestrichelt gezeichneten Linien 58 sind die Lage und die Grenzen der Biegezonen 60 dargestellt.
Das fluide Arbeitsmittel zum Aufweiten der zwischen den Schweißnähten 48 liegenden Blechbereiche 42, 44 wird zwischen die Wandbleche 38, 40 gepreßt, wenn diese abgestützt zwischen den Biegewerkzeugen liegen. Die Biegewerkzeuge sind entsprechend des herzustellenden Kanalsystems 46 an ihren Stützflächen mit Ausnehmungen versehen, in welche die auszuformenden Blechbereiche 42, 44 hineingedrückt werden. Die Ausnehmungen im inneren Biegewerkzeug sind in voller Tiefe nur bis an den Rand der Biegezonen 60 herangeführt und dort so ausgebildet, daß sich das innere Wandblech 40 etwa entlang der neutralen Faser biegt. Das äußere Biegewerkzeug ist in den Biegezonen 60 mit vertieften Ausnehmungen versehen, so daß sich dort das äußere Wandblech 38 in stärkerem Maße als in den gestreckten Kanalbereichen nach außen wölben kann.
Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß die Breite a des Strömungsquerschnitts in den Biegezonen 60 größer oder gleich der Tiefe b einer Ausformung in einem der Wandbleche im gestreckten Kanalbereich ist. Dadurch und durch den Umstand, daß sich in den Biegezonen 60 die Kammern 46c, e befinden, wird die Wasserströmung in den Eckbereichen bzw. Biegezonen 60 nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Bei der alternativen Ausführung nach Figur 6 ist das innere Biegewerkzeug neben den Biegezonen 60 örtlich mit vertieften Ausnehmungen versehen, so daß sich dort überschüssiges Material 62 des inneren Wandblechs 40 hineinformen kann. In den den Anschlußstutzen 54, 55 gegenüberliegenden Stützflächen ist das innere Biegewerkzeug je mit einer muldenförmigen Vertiefung zur Bildung einer kuppenförmigen Auswölbung des inneren Wandblechs 40 versehen, wodurch sich der Strömungswiderstand am Eingang und am Ausgang des Kanalsystems 46 weiter verringert.
Eine leicht abgewandelte Ausführungsform für die Anschlußstellen des Kanalsystems 46 in den Seitenwänden 14, 16 ist in Figur 7 dargestellt. Dabei wird auf vor dem Aufweiten der Brennkammer angebrachte domartige Ausprägungen verzichtet und die Anschlußstutzen 54, 55 an das glatt ausgebildete äußere Wandblech 38 auf Höhe der Öffnung 52 angeschweißt oder angelötet. Beim Aufweiten der beiden Wandbleche 38, 40 ist das innere Biegewerkzeug ebenfalls mit einer muldenartigen Vertiefung zur Bildung einer Auswölbung mit einer über die Kanalbreite hinausgehenden Tiefe c von ca. 4 mm versehen. Die Ausdehnung dieser Auswölbung im Anschlußbereich der Seitenwände 14, 16 ist in den Figuren 8 und 9 gestrichelt dargestellt. Durch diese räumlich ausgedehnten Auswölbungen verringert sich ebenfalls der Strömungswiderstand am Eingang und am Ausgang des Kanalsystems 46.
Die zwischen den Einzelkanälen verlaufenden Schweißnähte 48 haben kreislinienförmig verlaufende Enden 66, damit sich dort beim Aufweiten der Einzelkanäle das Blechmaterial ohne Rißbildungsgefahr faltenlos kissenförmig aufwölben kann. Der Kreisdurchmesser der Enden 66 sollte nicht kleiner als 5 mm, aber auch nicht größer als 15 mm sein, um den dadurch bedingten Verlust an wirksamer Wärmeübergangsfläche in vertretbarem Rahmen zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführung wurde der Kreisdurchmesser mit 12 mm gewählt. Einer Faltenbildung wird auch durch die weitere Maßnahme entgegengewirkt, daß die Enden 66 der parallel laufenden Einzelkanäle 48b-d, 48g-h, 48i-k und 48m-p versetzt zueinander angeordnet werden.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß sich das Kanalsystem 46 in der Rückwand 12 nach oben bis in den den Wärmeübertrager 20 übergreifenden Bereich erstreckt und daß dort die Wandbleche 38, 40 in den Biegezonen 60 unmittelbar aneinander anliegen. Die Brennkammer 10 hat in diesem oberen, den Wärmeübertrager 20 eng umgreifenden Bereich einen Eckenradius r1 von beispielsweise 5 mm, wogegen in den darunterliegenden Eckbereichen der Brennkammer 10, über die sich auch die Kammern 46c, e des Kanalsystems 46 erstrecken, der Eckenradius r2 wesentlich größer bemessen ist und beispielsweise 20 mm beträgt. Der Übergang von einem zum anderen Eckenradius ist spaltfrei dadurch hergestellt, daß zunächst die gesamte Plantine mit dem größeren Eckenradius r2 gebogen und danach der kleinere Eckenradius r1 durch Verstrecken der Wandbleche 38, 40 von innen nach außen geformt wird.
Die einzelnen Kanäle des Kanalsystems 46 werden durch die Schweißnähte 48 unmittelbar begrenzt, so daß sich an ihren Längsrändern 64 (Figur 2) keine Spalte bilden, in denen sich Korrosionsprodukte ablagern könnten. Die Schweißnähte 48 werden im praktisch noch ebenen Zustand der Wandbleche 38, 40 hergestellt, wodurch die Fertigung erleichtert wird. Durch die lösbaren Verbindungen von Wärmeübertrager 20 und Vorderwand 18 von den übrigen Wandteilen 12, 14, 16 der Brennkammer 10 wird die Wartung und Montage des Wärmeübertragers 20 sowie die Fertigung der Brennkammer 10 erleichtert. Dabei ist die Vorderwand 18 durch die Ausbildung seiner hydraulischen Anschlußverbindungen von den übrigen Wandteilen 12, 14, 16 der Brennkammer 10 lösbar, ohne daß der zur Kühlung der Brennkammer dienende Heizungswasserstrom unterbrochen werden muß. Dazu sind in einer ersten Ausführungsform z.B. aus einem Kupferrohr gebogene Anschlußelemente 56, 57 der Vorderwand 18 mit flexiblen Schlauchleitungen 70, 72 verbunden, die als Leitungsabschnitte einen Teil des Heizwasserkreislaufs bilden. Die Anschlußelemente 56, 57 sind mit Hilfe von Bundstegen 74, 76 mit dem äußeren Bandblech 38 der Vorderwand 18 verschweißt. Die Schlauchleitungen 70, 72 sind dabei zum äußeren Schutz und zur Erhöhung der Druckfestigkeit mit einem Edelstahldrahtgeflecht versehen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel (Figur 11) sind die Anschlußelemente 56, 57 für den Heizwasserkreislauf mit jeweils einem Drehgelenk 78, 80 verbunden, die ein Abschwenken bzw. Abklappen der Vorderwand 18 nach vorn hin ermöglichen. Dabei bildet die strichpunktiert dargestellte Linie die gemeinsame Schwenkachse. Die beweglich zueinander ausgebildeten Teile der Drehgelenke 78, 80 sind mit jeweils einem O-Ring 82, 84 abgedichtet und durch Sicherungsscheiben 86, 88 zueinander gehalten.
Wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt, wird das aus dem Rücklauf RL eines nicht näher dargestellten Heizwasserkreislaufs strömende Heizwasser über den Anschluß 36 in den Wärmeübertrager 20 gepumpt; von einem nicht dargestellten Brenner erhitzt und zum als Ausgang ausgebildeten Anschluß 34 geführt. Von dort aus führt ein Leitungsabschnitt 90 über den Anschlußstutzen 54 zu dem in den Wandteilen 12, 14, 16 integrierten Kanalsystem 46, während ein Leitungsabschnitt 92 über das Anschlußelement 56 in das in der Vorderwand 18 integrierte Kanalsystem 46 führt. Über die als Ausgänge ausgebildeten Anschlußstutzen 55 und Anschlußelement 57 führen die Leitungen 90, 92 gemeinsam in den Vorlauf VL des Heizwasserkreislaufs.
Die in der Seitenwand 14 und in der Vorderwand 18 angebrachten Schweißnähte 48d und 48p verlaufen zu den Ausgängen (Anschlußstutzen 55 bzw. Anschlußelement 57) hin senkrecht, so daß das Heizwasser gezielt von den Eingängen (Anschlußstutzen 54 bzw. Anschlußelement 57) zu den Ausgängen strömen kann. Insbesondere in der Vorderwand 18 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Heizwassers zum Ausgang hin erhöht, indem die vier unteren Kanäle 46h jeweils paarweise parallel durchströmt werden, während danach der Heizwasserstrom allein durch den durch die Schweißnähte 48p und 481 gebildeten Kanal zum Ausgang geführt wird. Durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird die im Kanalsystem 46 der wassergekühlten Brennkammer befindliche Luft mitgerissen. Damit braucht die wassergekühlte Brennkammer selbst nicht entlüftet werden. Dies kann, wie allgemein bekannt, an einer im Heizkreislauf angeordneten Umwälzpumpe erfolgen.
Der Heizungswirkungsgrad kann verbessert werden, wenn der Wärmeübergang von Heizgas auf die Brennkammerwand durch Vergrößerung der Strahlzahl y infolge Oxidation oder Schwärzung der Innenoberfläche erhöht wird.
Die in Figur 12 dargestellte Vorderwand 68 besteht aus einem äußeren Wandblech 70 und einem im Parallelabstand dazu angeordneten inneren Wandblech 72, welches aus einem besonders temperaturfesten Material besteht. Auf der Innenseite des Wandblechs 70 ist vorzugsweise eine metallisch-glänzende Strahlungsschutzschicht 74, gegebenenfalls in Form eines zusätzlichen Blechteils, vorgesehen. Der zwischen den beiden Wandblechen 70, 72 gebildete Raum 76 geht zum Hindurchführen eines Luftstromes, der dort aufgenommene Wärme zum Wärmübertrager 20 transportiert.

Claims (12)

  1. Gasbeheizter Wassererhitzer, mit einem als Lamellenblock mit durchgeführten Wasserrohren ausgebildeten Wärmeübertrager (20) und einer einen Schacht für die Verbrennungsgase umschliessenden wassergekühlten Brennkammer (10), zu deren Kühlung wasserführende Kanäle an bzw. in mindestens einer Brennkammerseitenwand vorgesehen sind, wobei die Vorderwand (18) der wassergekühlten Brennkammer (10) und der Wärmeübertrager (20) als getrennte Baugruppen ausgeführt sind, und die Vorderwand (18) ebenfalls wassergekühlt ist und über Mittel (70, 72 bzw. 78, 80) mit dem Heizkreislauf verbunden ist, die ein Abnehmen bzw. Abschwenken der Vorderwand (18) von den übrigen Wandteilen der Brennkammer (10) ermöglichen, ohne den Heizkreislauf unterbrechen zu müssen.
  2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (14, 16) der Brennkammer (10) zum Stirnrand hin offene Ausnehmungen (22) zur Aufnahme der über die äußeren Lamellen (24) des Wärmeübertragers (20) hervorstehenden Wasserrohrenden (26) bzw. von deren Verbindungs- und Umlenkelementen (32) haben.
  3. Wassererhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Ausnehmungen (22) gebildeten zinnenartigen Abschnitte (28) der Seitenwände (14, 16) mit sickenförmigen Vertiefungen (30) zur spaltfreien Anlage an den äußeren Lamellen (24) des Wärmeübertragers (20) versehen sind.
  4. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gekühlte Brennkammer (10) einem etwa rechteckigem Querschnitt aufweist, deren Wände aus zwei aneinanderanliegenden, miteinander verbundenen Wandblechen bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung des heizungswasserführenden Kanalsystems versehen sind, das sich im Eingangsbereich der Brennkammer (10) über deren Eckbereiche hinweg erstreckt, und die Brennkammer (10) im Eingangsbereich einen größeren Eckenradius r2 und in dem den Wärmeübertrager (20) aufnehmenden Bereich einen vorzugsweise dem Profil des Lamellenblocks angepaßten, durch Verstreckung der Wandbleche (38,40) von innen nach außen gebildeten kleineren Eckenradius r1 hat.
  5. Wassererhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (46) an der Rückwand (12) und/oder Vorderwand (18) der Brennkammer (10) bis zur Oberkante des Wärmeübertragers (20) hochgeführt ist.
  6. Wassererhitzer nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Wände der Brennkammer (10) aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verschweißten Wandblechen aus Edelstahl bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen für ein Fluid, insbesondere Heizungswasser, versehen sind, und die Wandbleche (38, 40) durch entlang der Kanalränder verlaufende Schweißnähte (48) miteinander verbunden sind und die Kanäle (46) nach dem Verschweißen durch Ausformungen der zwischen den Schweißnähten (48) sich befindenden Blechbereiche (42, 44) mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche (38, 40) eingeführten fluiden Arbeitsmittels gebildet sind.
  7. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als flexible wasserführende Leitungen (70, 72) ausgebildet sind.
  8. Wassererhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leitung (70, 72) aus einem Gummischlauch mit Drahtgewebeummantelung besteht.
  9. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Drehgelenk (78, 80) ausgebildet sind.
  10. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei mit den Mitteln (70, 72 bzw. 78, 80) verbundene Anschlußelemente (56, 57) auf einer Höhe im rechten und linken unteren Eckbereich der wassergekühlten Vorderwand (18) angeordnet sind, wodurch die Vorderwand (18) nach vorn hin abklappbar bzw. abschwenkbar ist.
  11. Wassererhitzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Vorderwand (81) angeordneten Kanäle (46h) so ausgebildet sind, dass das darin strömende Heizwasser gezielt vom Anschluss (56) zum Anschluss (57) geführt wird.
  12. Wassererhitzer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungsquerschnitt der Kanäle (46h) zum Anschluss (57) hin verkleinert.
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