DE3201920C2 - Nachschaltheizflächenwärmetauscher für Heizungskessel - Google Patents

Abstract

Der Nachschaltheizflächenwärmetauscher für Heizungskessel besteht aus mindestens einem mit dem wasserführenden Innenraum des Heizungskessels in Verbindung stehendem Kernrohr, auf dem heizgasseitig mehrere quer zur Kernachse verlaufende, zueinander parallele Rippen in Form von Lamellen angeordnet sind. Um bei einfacher Gestaltung und Herstellbarkeit zu erreichen, daß eine Kondensatbildung im Bereich des Wärmetauschers weitgehend verhindert wird, bzw. Kondensat beim erneuten Anfahren des Heizungskessels sofort wieder verdampft wird, ist der Wärmetauscher derart ausgebildet, daß die Lamellen (1) in ihrem Anschlußbereich (2) an das mindestens eine Kernrohr (3) mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Abkröpfung (4) versehen und diese auf den Abkröpfungsbereich der benachbarten Lamelle (3) aufgesetzt ist. Die zum Kernrohr (3) eine Wärmeleitbrücke bildende Schweißnaht (5) einer Lamelle (3) ist vom freien Ende (4Δ) der Abkröpfung (4) der benachbarten Lamelle (3) abgeschirmt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nachschaltheizflächenwärmetauscher für Heizungskessel gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Nachschaltheizflächenwärmetauscher der genannten Art sind bspw. nach der DE-OS 25 06 631 bekannt. Es handelt sich dabei um Elemente, die ggf. auch im Zuge der Rauchgasführung zwischen Brennkammer und Rauchgasabzugshaube eines Heizungskessels angeordnet werden könnten. Rohrregister, bei denen die Rip-Denlamellen auf im Querschnitt kreisförmige Kernrohre aufgezogen sind, finden bspw. auch Anwendung in Gasheizkesseln oder auch sogenannten Gasthermen (DE-PS 7 60 963, GB-PS 7 00 960).

Um Brennstoffe zu sparen, iit man schon seit einigen Jahren dazu übergegangen. Heizungskessel für den Betrieb mit sogenannten gleitenden Temperaturen zu entwickeln, was jedoch mit einer Kondensat/Korrosionsproblematik verbunden war, die jedoch zumindest für Heizungskessel im kleinen Leitungsbereich als gelöst betrachtet werden kann.

Die Kondensat/Korrosionsproblematik erstreckt sich natürlich auch auf den Nachschaltheizflächenbereich eines Heizungskessel, wenn dieser in Form eines oder mehrerer Rohrregister angeordnet werden soll, wofür jedoch die Wärmetauscher nach den vorbekannten Druckschriften nicht geeignet sind, denn diese können einen solchen Kondensatanfall nicht verhindern. Beim Wärmetauscher nach der DE-OS 25 06 631 sind nämlich die wasserführenden Wandungen der Kernrohre den heißen Gasen nicht direkt ausgesetzt. Dies ist zwar nicht der Fall beim Wärmetauscher nach den beiden anderen Druckschriften (DE-PS 7 60 963, GB-PS 7 00 960), aber hierbei wird ausdrücklich dafür gesorgt daß die Spalträume zwischen den mit Abkröpfungen versehenen Lamellen und den Kernrohren mit flüssigem Metall ausgefüllt werden (Metallbad, Verzinken, Verlöten), d. h„ hier ist eine möglichst ganzflächige, wärmeleitende Verbindung zwischen Lamellen und Kernrohren vorgesehen.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Nachschaltheizflächenwärmetauscher, ausgehend vom Wärmetauscher nach der DE-OS 25 06 631, für Heizungskessel zu schaffen, der nicht nur problemlos gefertigt und in eine gegebene Kesselkonstruktion cinbczogen werden kann, sondern bei dem sich gerade

J5 durch den einfachen Aufbau gleichzeitig Elemente bzw. Gestaltungen ergeben, die einer Kondensatbildung entgegenwirken.

Diese Aufgabe ist mit einem Nachschaltheizflächenwärmetauscher der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Erfaßte gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist einerseits ein einfacher Aufbau erreicht, wesentlich ist aber, daß das Kernrohr bzw. die Kernrohre mit nur jeweils einer Wärmebrücke, nämlich der Schweißnaht mit den jeweiligen Lamellen in Verbindung steht bzw. stehen, wobei aber, abgesehen von der obersten Lamellenlage, die ggf. mit anderen Mitteln abgeblendet werden könnte, diese Wärmebrücke und die Kernrohrfläche von den Lamellen abgeschirmt sind.

Beim Normalbetrieb des Heizungskessels kann also die Wärme über die relativ kleinen und gezielt angelegten Wärmebrücken abfließen und auch über sich an das Kernrohr in Wärmeleitkontakt anliegende Bereiche der Abkröpfung, wenn aber der Kessel praktisch auf »Tiefoder Niedertemperatur« heruntergefahren war, Kernrohr und Lamellen also kalt sind, so können sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung die Lamellen in der Anfahrphase sehr schnell aufheizen, wodurch praktisch kein Kondensat anfallen, bzw. bei Anfall sehr schnell wieder verdampfen kann.

Wesentlich ist dabei, daß die »kalten« Kernrohre und die Schweißnähte von den Lamellen abgeschirmt sind, die sich also erst einmal aufheizen müssen, ehe der Wärmeabfluß über die Wärrneleitbrücke einsetzen kann. Der damit verbundene Kondensationsverhinderungseffekt in der Anfahrphase würde sich nicht einstellen,

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wenn die ständig gekühlten Kernrohre und die Schweißnähte unmittelbar bloß lägen, wie das beim Wärmetauscher nach der DE-OS 25 06 631 der Fall ist

Die direkt wärmeleitende Verbindung, also die Schweißnaht, ist dabei so auszulegen, daß die von der Lamelle optimal aufnehmbare Wärme in das Kernrohr übergeleitet werden kann, d. h, die Schweißnaht muß ggf. nicht unbedingt der ganzen Länge des Berührunjsbereiches von Lamellen und Kernrohr entsprechen.

Die die Schweißnaht abschirmende Abkröpfung der jeweils benachbarten Lamelle, stellt automatisch auch einen fertigungstechnischen Vorteil dar, da diese gleichzeitig als Abstandshalter dient, wie das allein Ziel und Zweck der vorbekannten Ausbildungen nach der DE-PS 7 60 963 und GB 7 00 960 ist.

Der erfindungsgemäße Nachschaltheizflächenwärmetauscher wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 teilweise im Schnitt und Draufsicht den Wärmetauscher und

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1, 2 dargestellte Nachschaltheizflächenwärmetauscher wird bspw. hinter der Brennkammer und vor der Rauchgassammeikammer eines Heizungskessels eingebaut Sowohl Horizontal- als auch Vertikalanordnung der Lamellen 1 ist möglich.

Je nach Kesselkonstruktion bildet das Ganze eine separat in den Kessel rauchgasseitig einsetzbare Einheit, die in geeigneter Weise mit dem wasserführenden Innenraum des Gehäuses oder direkt mit den Vor- und Rücklaufanschlüssen des Heizungskessels verbunden wird, oder die Enden der Kernrohre 3 bzw. Wassertaschen 3' durchgreifen, wie in F i g. 2 erkennbar, die wassergekühlte Wand 7 des ansonsten nicht dargestellten Heizungskesselgehäuses.

Die ganze Wärmetauscher-Einheit kann natürlich ohne die Wand 7 komplett vorgefertigt werden, wobei die beiden Wassertaschen 3' in entsprechender Vorrichtung auf Distanz zueinander gehalten werden. Die Lamellen 1,1', die vorher mit den etwa halbkreisförmigen Abkröpfungen 4 versehen wurden, werden lagenweise zwischen und neben den Wassertaschen 3' angeordnet, wobei vorher jeweils die Schweißnähte 5 verlegt werden, die ggf. auch in Anpassung an die Wärmeübertragungserfordernisse in gewissen Abständen unterbrochen sein können.

Anströmseitig (in F i g. 1 von oben gesehen) wird man bspw. die Naht etwa bis zur Hälfte der Wassertaschenlänge führen und dann Nahtunterbrechungen vorsehen, die ggf. bis zum Ende hin größer werden.

Auf diese Weise wird der ganze Wärmetauscher aufgebaut, der sich dann, in Durchströmrichtung gesehen, im Sinne der F i g. 2 darbietet, aus der erkennbar ist, daß die Schweißnähte 5 von den freien Enden 4' der Abkröpfungen 4 der jeweils darüber befindlichen Lamelle 1, Γ abgeschirmt sind.

Die Lamellen 1, Γ können in Rücksicht auf Wärmedehnungen mit Anschlitzungen 8 versehen sein. Außerdem wird vorteilhaft Riffel- oder Warzenblech für die Lamellen 1 verwendet, um die gewissermaßen durch die Vielzahl der Lamellen aufgeprägte laminare Strömung der Heiz- bzw. Rauchgase von den Lamellen aus zu stören und der Strömung zumindest eine gewisse Turbulenz zu vermitteln.

Die angedeuteten Elemente 9, 10, 12 und 13 dienen der Einflußnahme auf die Durchströmverhältnisse und bedürfen insoweit hier keiner näheren Erläuterung.

Aus fertigungstechnischen Gründen können die seitlich angesetzten Lamellen Γ an ihren freien Rändern mit kleinen nach unten gebogenen Stützzungen 11 versehen sein, um bei der Herstellung diese Lamellen Γ ohne andere Hilfsmittel parallel übereinander stapeln zu können.

Die Kernrohre 3 bzw. Wassertaschen Küssen keineswegs, wie aus F i g. 1 ersichtlich, an- und abströmseitig

ίο halbkreisförmig, sondern sie können im Querschnitt auch rechteckig sein, d. h. eine ebene oder auch pflugscharartige Formgebung haben.

Bei jeder dieser möglichen Ausführungsformen können übrigens an- und abströmseitig an den Stirn- bzw. Rückflächen der wasserführenden Kernrohre 3 (es ist, wie erwähnt, eine Ausbildung des Wärmetauschers auch mit nur einem Kernrohr möglich), vorteilhaft aus den gleichen Gründen zur Kondensatbildungsverminderung Abschirmbleche 3", nur an wenigen Stellen per Schweißung angeheftet, angeordnet werden (gestrichelt in F i g. 1 links oben angedeutet).

Diese Anheftung erfolgt bevorzugt an den benachbarten Kanten der Lamellen 1.
Selbstverständlich können die Lamellen 1 die Kernrohre 3 auch nach vorn und/oder nach hinten überragen.

Wie in F i g. 1 gestrichelt angedeutet, können die

Kernrohre 2 auch separat hintereinander angeordnet sein und ferner können die Lamellen 1 in Rücksicht auf die Temperatur- und Wärmeabfuhrverhältnisse anströmseitig schmaler und in der Blechstärke dicker gehalten sein als die Folgelamellen. Diese Bemessung und Ausbildung der Lamellen ist selbstverständlich nicht daran gebunden, daß hintereinander angeordnete Kernrohre vorliegen, d. h., eine solche Lamellenausbildung kann auch an nur einem Kernrohr vorgesehen sein. Bei Nebeneinanderanordnung zweier oder mehr Kernrohre verlaufen die benachbarten Ränder 1" der Lamellen 1 selbstverständlich näher zueinander als gestrichelt angedeutet. In den Flächen der Lamellen 1 können auch, wie dargestellt, nur um die jeweilige Blechstärke ausgedrückte Zungen 14 angeordnet werden, die ebenfalls zur Strömungsverwirbelung beitragen. Diese Zungen 14 werden versetzt zueinander vorgesehen und können nach unten und/oder nach oben ausgedrückt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

32 Ol 920 Patentansprüche:

1. Nachschaltheizflächenwärmetauscher für Heizungskessel, bestehend aus mindestens einem mit dem wasserführenden Inr.enraum des Heizungskessels in Verbindung stehenden Kernrohr mit langlochartigem Querschnitt, auf dem heizgasseitig an den großen Seitenflächen mehrere quer zur Rohrachse verlaufende, zueinander parallele Rippen in Form von Lamellen angeordnet und diese im AnIagebereich an der Wassertasche gebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (1, V) in ihrem Anschlußbereich (2) an das mindestens eine Kernrohr (3) mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Abkröpfung (4) versehen und diese jeweils auf den Abkröpfungsbereich der benachbarten Lamelle (1, 1') aufgesetzt ist und daß zwischen den Lamellen (1,1') und dem Kernrohr (3) eine Wärmeleitbrücke durch eine Schweißnaht (5) gebildet ist, die vom freien Ende der Abkröpfung (4) der jeweils benachbarten Lamelle (1, Γ) abgeschirmt angeordnet ist

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Kernrohr (3) mindestens anströmseitig mit einem Abschirmblech (3") versehen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1Γ) in ihrem mittleren Flächenbereich mit Dehnungsausgleichsschlitzen (8) versehen sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (1") der Lamellen (1,1') mindestens nach einer Seite genoppt oder geriffelt ausgebildet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1') an ihren freien Seitenrändern mit Stützzungen (11) versehen sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lamellen (1, V) Abstandshalteelemente (12) angeordnet sind, die in Abzugsrichtung von oben nach unten abnehmend querschnittsverengend ausgebildet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei geteilten Lamellen (1) diese abströmseilig breiter und dünner ausgebildet sind als die in Strömungsrichtung davor angeordneten Lamellen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lamellen (1) aus der Lamellenfläche um die jeweilige Blechslärke ausgestellte Zungen (14) angeordnet sind.