DE4226875A1 - Wasserheizgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserheizgerät mit einem von einem Brenner beaufschlagten, vom Heizwasser durchströmten Rohren gebildeten Wärmetauscher.

Brennwertgeräte, das sind Geräte, die auch die Kondensationswärme des Brennstoffes nutzen, der eingangs erwähnten Art kühlen das Brenngas, verglichen mit nicht kondensierenden Heizgeräten auf ein wesentlich tieferes Temperaturniveau ab. Dadurch wird dem Brenngas ein höherer Anteil der fühlbaren Wärme, aber auch ein Teil der latenten Wärme der Brenngase entzogen. Somit wird mehr Wärme an das Heizungswasser Übertragen und die Brennstoffausnut­ zung und damit der Wirkungsgrad verbessert.

Entscheidend für den zusätzlichen Wärmegewinn bei Brennwertge­ räten sind neben den Temperaturen der Heizungsanlage die Wär­ meübertragungs- und Kondensations-Eigenschaften des Wärme­ tauschers.

Bei Gaswandheizgeräten mit Gebläsebrennern liegen die Tau­ punkttemperaturen bei ca. 53°C. Da bei höheren Brenngastem­ peraturen keine latente Wärme zurückgewonnen werden kann, muß für einen hohen Anlagennutzungsgrad das Brenngas auf fast Heizwasser­ temperatur abgekühlt werden. Die Wärmeübertragung erfolgt deshalb bei wesentlich niedrigerer mittlerer Temperaturdifferenz.

Bei Wasserheizern der eingangs erwähnten Art sind die Rohre des Wasserheizers meist mit Lamellen versehen, um eine entsprechend große Wärmetauscherfläche zu erreichen. Damit ergibt sich jedoch der Nachteil, daß sich ein erhebliches Temperaturgefälle über die von den Rohren abstehenden Lamellen ergibt. Um dieses nicht zu groß werden zu lassen, muß eine Begrenzung der Größe der Lamellen in Kauf genommen werden, wodurch aber der Entzug der Wärme der Brenngase ebenfalls begrenzt wird.

Weiter wurde auch schon ein zylindrischer Wärmetauscher aus par­ allel angeordneten Glattrohren bekannt, bei dem die Brenn­ gasspalte eine lichte Weite von lediglich 0,9 mm aufweisen.

Bei einem solchen Wärmetauscher ergibt sich jedoch der Nachteil, daß dieser nicht für schadstoffarme Flächen-Verbrennungssysteme geeignet ist, und eine Reihenschaltung der Rohre nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Wasserheizer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine weitgehende Ausnutzung der Wärme der Brenngase sicherge­ stellt ist und der einfach hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen je zwei im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Rohren, vorzugsweise glatt ausgebildeten Rohren, die in Reihe geschaltet sind, zwei Wellbleche angeordnet sind, die zu beiden Seiten eines glatten Bleches angeordnet sind, wobei die Wellbleche an den Rohren an­ liegen, beziehungsweise mit diesen verlötet oder verschweißt sind und mit den wasserführenden Rohren umfangsgeschlossene Kanäle für die Brenngase bilden.

Durch die vorgesehenen umfangsgeschlossenen Brenngaskanäle wird ein sehr guter Wärmeübergang zwischen den Brenngasen und dem im Wärmetauscher beziehungsweise dessen Rohren strömenden Wasser si­ chergestellt. Dabei ergibt sich durch die entstehende wabenartige Struktur eine sehr kompakte und feste Bauweise, so daß die Rohre sehr dünnwandig ausgebildet werden können. Dadurch wird ebenfalls der Wärmeübergang verbessert. Weiter wird durch die entstehenden kleinen Brenngaskanäle eine turbulente Strömung der Brenngase in diesen gefördert, wodurch ebenfalls der Wärmeübergang von den Brenngasen verbessert wird und ein Kondensatstau vermieden wird.

Durch die Reihenschaltung der Rohre ergibt sich der Vorteil, daß aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit ein guter was­ serseitiger Wärmeübergang auch ohne Rohreinbauten erreicht wird. Außerdem ist durch die Rohrreihenschaltung eine Entkalkung im Servicefall möglich.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß an der Zuströmseite der Brenngase die Wellbleche gegenüber den Rohren um ein geringes Maß von ca. 20% der Rohrhöhe zurückge­ setzt sind.

Auf diese Weise wird eine Druckverteilung im Wärmetauscher er­ reicht, wie sie sich bei den bekannten Lamellenwärmetauschern er­ gibt. Dies ist durch den Umstand bedingt, daß die Brenngase, so­ bald sie mit den gegenüber den Wellblechen vorragenden Bereichen der Rohre in Berührung kommen, stark abgekühlt werden, wodurch sich deren Volumen entsprechend stark, z. B. auf ein Drittel, ver­ mindert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Prägetiefe der Wellbleche 1 bis 2,5 mm und die Teilung der Wellbleche 4 bis 6 mm beträgt.

Dabei können die Wellbleche so zusammengelegt werden, daß die Wellenberge und die Wellentäler einander jeweils gegenüberliegen und, so daß sich ein im wesentlichen paralleler Verlauf der einan­ der benachbarten Wellbleche ergibt.

Auf diese Weise ergeben sich Rippenlängen des Wärmetauschers von max. 3 mm, wodurch die Temperatur dieser Rippen nur wenig über die Temperatur der Rohre steigen kann, und es entsteht in Brenn­ gasfließrichtung an den Rippen fast keine Temperaturdifferenz. Eine Wärmeleitung in dieser Richtung ist deshalb praktisch nicht möglich, wodurch das bei Lamellenwärmetauschern bekannte Problem vermieden wird. In den Brenngaskanälen wird die Abgastaupunkt- Temperatur an den kalten Wänden schnell unterschritten und der Wasserdampf kann sich als Kondensat niederschlagen. Dadurch kann ein hoher Anteil der latenten Abgaswärme übertragen werden.

Durch die Führung der Brenngase in den engen Kanälen, die durch die Wellbleche gebildet sind, wird fast die gesamte Strahlungs­ wärme der Brennerflammen absorbiert, wodurch eine Wiederverdamp­ fung von Kondensat nach dem Wärmetauscher kaum stattfindet. Um auch die geringe Restwärmestrahlung durch den Wärmetauscher zu vermeiden, kann weiter vorgesehen sein, daß die Prägungen der Wellbleche gekrümmt verlaufen.

Als Material für die Rohre und die Wellbleche sowie den diese haltenden glatten Bleche wird vorzugsweise Edelstahl verwendet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im wesentlichen rechteckigen Rohre zweireihig angeordnet sind.

Durch diese Maßnahmen kann eine sehr weitgehende Temperaturer­ höhung von 30 bis 50 K erreicht werden. Dies ermöglicht es, einen solchen Wasserheizer auch für Trinkwassererwärmung zu verwenden.

Bei solchen Durchlaufwasserheizern für Trinkwassererwärmung erge­ ben sich in der Regel relativ kleine Wasserdurchflußmengen, wobei ein relativ großer wasserseitiger Druckverlust zulässig ist. Da­ durch kann der Rohrquerschnitt entsprechend klein gehalten wer­ den.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Kaltwasserzulauf an den in der stromab der Abgase gelege­ nen Ebene angeordneten Rohre angeschlossen ist und die in jeweils einer Ebene angeordneten Rohre über Umlenkungen miteinander in Reihe verbunden sind.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß an den in der stromauf der Abgase gelegenen Ebene angeordneten Rohre das Abgas auf na­ hezu Taupunkttemperatur abgekühlt wird, so daß an den in der stromab der Abgase gelegenen Ebene angeordneten Rohren der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert und Kondensationswärme an die Rohre und damit an das zu erwärmende Medium abgibt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Da­ bei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen teilweisen Schnitt durch einen Wärme­ tauscher für einen erfindungsgemäßen Wasserheizer,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1,

Fig. 3 ein Detail des Wärmetauschers,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Wellblech,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserheizers und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1 bei Ausbildung des Wärmetauschers als zweilagiger Wärmetauscher.

Der Wärmetauscher 1 weist im Querschnitt im wesentlichen recht­ eckige Rohre 2 auf, die über in deren Endbereichen angeordnete Umlenkblech 3 miteinander in Reihe geschaltet sind und die zu er­ wärmendes Wasser führen.

Zwischen je zwei Rohren 2 sind Wellbleche 4 angeordnet und mit den Rohren 2 durch Löten verbunden, wobei die Wellbleche 4 über ein glattes Blech 5 miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt die Verbindung durch Pressung mittels Löten oder Schweißen. Dabei entsteht ein entsprechend kompaktes Wärmetauscher-Gebilde.

Dabei bilden die Wellbleche 4 in Verbindung mit dem glatten Blech 5 und den Außenwänden der Rohre 2 durchgehende Brenn­ gaskanäle 6 für Abgas eines nicht dargestellten Gasbrenners. Die Prägetiefe der Wellbleche beträgt dabei 1 bis 2,5 mm und die Teilung der Wellung 4 bis 6 mm.

Durch die Anordnung der Wellbleche 4 samt den glatten Blechen 5 an den Rohren 2 ergibt sich eine Vergrößerung der Oberfläche der Rohre auf das 6 bis 8-fache und damit eine weitgehende Ausnutzung der Wärme der Brenngase.

Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Wellbleche 4 ge­ genüber den Rohren 2 an der Zuströmseite der Brenngase, die in Richtung des Pfeiles 8 strömen, etwas zurückgesetzt, so daß die zuströmenden Brenngase zuerst mit den Rohren in Berührung kommen und entsprechend abgekühlt werden. Dadurch verringert sich das Volumen der Brenngase, so daß der Widerstand des Wärmetauschers für die Brenngase entsprechend abnimmt.

Die Rippen 7 der Wellbleche 4 weisen, wie aus der Fig. 4 zu er­ sehen ist, eine geringe Krümmung auf, wodurch die Restwärme­ strahlung durch den Wärmetauscher verhindert wird.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 5 ist in dem Wasserheiz­ gerät 10 ein Wärmetauscher 11 in einem Heizschacht 20 angeordnet, der von oben nach unten von Abgasen eines nicht dargestellten Sturzgebläsebrenners durchströmt ist und der im untersten Bereich trichterartig ausgebildet und mit einem Kondensatablauf 21 verse­ hen ist. Dieser mündet in einem Siphon 25, in dem das Kondensat gesammelt wird, wobei dieses gleichzeitig für einen Abschluß ge­ genüber der Umgebung sorgt, so daß kein Abgas in den Aufstellraum des Wasserheizers austreten kann. Das Kondensat kann über eine Kondensatleitung abfließen, wenn ein bestimmter Kondensatspiegel im Siphon überschritten wird. Das Abgas selbst strömt im unteren Bereich des Heizschachtes 20 über eine Abgasleitung 22 ab.

Der Wärmetauscher 11 weist in zwei Ebenen angeordnete Rohre 2′ auf, so daß sich eine zweireihige Anordnung der Rohre 2′ ergibt, die übereinander angeordnet sind. Zwischen benachbarten Paaren von Rohren 2′ sind Wellbleche 4 angeordnet, die mit je einem glatten Blech 5 und den Rohren 2′ verbunden, beziehungsweise verlötet sind.

Wie durch die Pfeile 23 angedeutet, durchströmt das Wasser zuerst die in der stromab der Abgase gelegenen Ebene angeordneten Rohre 2′ und wird erst nach dem Durchströmen aller in der stromab gelegenen Ebene angeordneten Rohre 2′ zu einem in der oberen Ebene angeordneten Rohr 2′ umgelenkt.

An den Wärmetauscher 11 schließt eine den Heizschacht 20 umge­ bende Rohrschlange 24 an, die zum Warmwasseraustritt führt.

Die Fig. 6 zeigt den gemäß der Fig. 2 einlagig ausgebildeten Wärmetauscher als zweilagigen Wärmetauscher 11, bei dem sich in Durchströmrichtung der Abgase zwei Wasserrohre 2′ hintereinander befinden.

Claims (6)

1. Wasserheizgerät mit einem von einem Brenner beaufschlagten vom Heizwasser durchströmten Roh­ ren gebildeten Wärmetauscher, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen je zwei im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Rohren (2), vorzugs­ weise glatt ausgebildete Rohre, die in Reihe ge­ schaltet sind, zwei Wellbleche (4) angeordnet sind, die zu beiden Seiten eines glatten Ble­ ches (5) angeordnet sind, wobei Wellbleche (4) an den Rohren (2) anliegen, beziehungsweise mit diesen verlötet oder verschweißt sind und mit den Rohren (2) umfangsgeschlossene Kanäle (6) für die Brenngase bilden.

2. Wasserheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Zuströmseite der Brenngase die Wellbleche (4) gegenüber den Rohren (2) um ein geringes Maß von ca. 20% der Rohrhöhe zu­ rückgesetzt sind.

3. Wasserheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägetiefe der Wellble­ che (4) 1 bis 2,5 mm und die Teilung der Wellung 4 bis 6 mm beträgt.

4. Wasserheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägungen der Wellbleche (4) gekrümmt verlaufen.

5. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen rechteckigen Rohre (2′) zweireihig angeordnet sind.

6. Wasserheizer nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kaltwasserzulauf an den in der stromab der Abgase gelegenen Ebene angeordneten Rohre (2′) angeschlossen ist und die in jeweils einer Ebene angeordneten Rohre (2′) über Umlen­ kungen miteinander in Reihe verbunden sind.